Biochimica

CICLO DELL'UREA

- Tutti gli eccessi di aminoacidi sono deaminati

- Il risultato è la produzione di ammonio che è tossico e deve essere eliminato.

- Il ciclo dell'urea ha questo scopo: avviene nel fegato e produce urea che è eliminata con le urine

- Un blocco completo di qualsiasi passaggio del ciclo dell'urea è incompatibile con la vita

Avviene in modo completo solamente nel fegato, in due compartimenti cellulari: mitocondri e citoplasma.

La reazione trasforma 2 moli di ione ammonio in una mole di urea, con il consumo di 4 moli ATP

AMINOACIDI GLUCOGENICI:

Lo scheletro carbonioso degli aminoacidi è degradato a:

- Piruvato oppure

- A intermedi del ciclo di krebs

Questi sono precursori della gluconeogenesi, che avviene quando i livelli di glucosio sono bassi.

AMINOACIDI CHETOGENICI:

Lo scheletro carbonioso degli aminoacidi chetogenici è degradato a:

- Acetil CoA oppure

- Acetoacetato

L'acetilCoa e il suo precursore, acetoacetato, non

possono essere convertito a ossalacetato, il precursore della gluconeogenesi. Lo scheletro carbonioso degli aminoacidi chetogenici può essere catabolizzato per produrre energia nel ciclo di Krebs o essere convertito a corpi chetonici o acidi grassi.

DEGRADAZIONE OSSIDATIVA DEGLI AMINOACIDI:

1. durante il turnover proteico: vengono ossidati gli aminoacidi che non vengono utilizzati per una nuova sintesi
2. in presenza di una dieta troppo ricca di proteine: viene ossidato l'eccesso
3. Durante il digiuno e in caso di diabete mellito

IL CICLO DI KREBS:

Anche detto ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo dell'acido citrico.

• Importanza fondamentale di tutte le cellule aerovie
• Anello di congiunzione delle trasformazioni cataboliche dei carboidrati, acidi grassi e aminoacidi in anidride carbonica e acqua con la formazione di energia chimica
• Fornisce precursori per la produzione di alcuni amminoacidi

È costituito da una serie di 8 reazioni e si compie all'interno dei

mitocondri.- Il suo compito è la DEMOLIZIONE DI ACETIL- CoA in CO2 +- 4 delle 8 reazioni sono di ossido- riduzione e producono : 3 NADH + H e 1 FADH la cui ti-2ossidazione dara luogo dalla sintesi di 9 ATP nella catena respiratoria.- Produce direttamente una molecola di GTP che viene trasformato in ATPBILANCIO ENERGETICO:Demolizione di un acetil-CoA è quindi di : 10 ATPbilancio della reazioneNAD+ e NADH:- Il nicotinamide adenin dinucleotide è un coenzima presente in tutte le cellule.- Formato da 2 nucleotidi uniti: un nucleotide contiene adenosina, l'altro nicotinamide.- E' coivolto nelle reazioni di ossidoriduzione, e trasporta gli elettroni da una reazione all'altra.Pertanto il coenzima si trova in 2 forme:
• il NAD+ (NAD ossidato), che accetta elettroni da altre molecole, riducendosi (NADH)
• Il NADH (NAD ridotto), in grado di donare elettroni al substrato, ritrasformandosi in NAD+La riduzione del NAD avviene sull'anello nicotinamidico,

dove l'atomo di azoto perde la carica positiva presente nella forma ossidata. La riduzione avviene mediante lo ione idruro (H+ + 2 e-).

FAD e FADH₂:

Il flavin-adenin-dinucleotide è un coenzima ossidoriduttivo e partecipa a innumerevoli reazioni che comportano il trasferimento di 1 o 2 elettroni. Esiste anch'esso in 2 forme:

• FAD (forma ossidata), in grado di accettare elettroni e trasformarsi in FADH
• FADH₂ (forma ridotta), in grado di donare elettroni e trasformarsi in FAD

Durante il processo di riduzione il FAD può acquistare fino a 2 atomi di idrogeno:

• Il primo viene legato all'azoto dell'anello centrale: si forma FADH
• Il secondo si lega ad un azoto dell'anello terminale: si forma FADH₂

ATP:

L'adenosina Trifosfato (ATP) è lo scambiatore di energia nella cellula.

CICLO DI KREBS E FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA:

Il ciclo di Krebs è funzionale alla fosforilazione ossidativa. L'uno non avrebbe senso senza

l'altra- La fosforilazione ossidativa (respirazione cellulare) estrae energia da NADH e FADH2, producendo NAD+ e FAD, che tornano al ciclo di Krebs, sostenendolo.

- Il ciclo di Krebs non usa ossigeno, che è invece utilizzato nella fosforilazione Ossidativa

1. SINTESI DI CITRATO

La citrato sintesi catalizza la condensazione di ossalacetato con acetil-CoA per ottenere citato

2. SINTESI DI ISOCITRATO

Il citrato isomerizza ad isocitrato attraverso la formazione di cis aconitato. La reazione è reversibile

3. FORMAZIONE DI α-CHETOGLUTARATO

Avviene in 2 fasi:

• Ossidazione con formazione di NADH
• Decarbossilazione di forma α-chetoglutarato. Catalizzate dalla isocitrato deidrogenasi
4. FORMAZIONE DI SUCCINIL-CoA

L'α-chetoglutarato è convertito in succinil-CoA con formazione di NADH. Catalizzata da α-chetoglutarato deidrogenasi. Il succinil-CoA è tioestre ad alta energia

5. FORMAZIONE DI SUCCINATO E GTP

Il succinil-CoA è trasformato in succinato e GTP

L'energia proveniente dal succinil-CoA viene utilizzata per fosforilare il GDP (guanosina-difosfato) e formare GTP. La reazione è catalizzata dalla succinil-CoA sintetasi.

6. FORMAZIONE DI FUMARATO

La reazione è catalizzata dalla succinato deidrogenasi, un complesso enzimatico che è parte della catena respiratoria (complesso 2). Il complesso enzimatico si trova nella membrana mitocondriale interna.

SUCCINATO DEIDROGENASI:

È l'unico enzima del ciclo ad essere legato ad una membrana. Gli elettroni passati sul FADH2 vengono immessi direttamente nella catena respiratoria.

7. FORMAZIONE DI MALATO

Un H+ e di un gruppo OH- provenienti da una molecola d'acqua vengono aggiunti al fumarato conformazione di L-malato. La reazione è catalizzata dalla fumarasi.

8. FORMAZIONE DI OSSALACETATO

Il malato viene ossidato ad ossalacetato. La reazione utilizza una molecola di NAD+ producendo NADH. La reazione è catalizzata dalla malato deidrogenasi.

CICLO DI KREBS: perché

sintesiQuindi per catabolizzare l'acetilCoA occorre ossalacetato che deriva dagli zuccheri.

La velocita del ciclo di krebs viene continuamente modulata per venire incontro alle esatte necessitaenergetiche della cellula .

• Alcuni aminoacidi come aspartato, valina e isoleucina sono convertibili in intermedi del ciclo stesso
• Altri aminoacidi sono convertibili in molecole glucidiche e possono entrare nel ciclo passando per levie cataboliche di glucidi
• Altri aminoacidi sono convertiti direttamente da acetilCoA
• Il catabolismo degli acidi grassi forma acetilCoA direttamente nei mitocondri
• La glicolisi degrada il glucosio in piruvato
• Il piruvato è trasferito dal citoplasma nei mitocondri dove viene convertito in acetilCoA

DA PIRUVATO A ACETIL-CoA: La reazione è una decarbossilazione ossidativa catalizzata dalla piruvato deidrogenasi. Si forma 1 mole di NADH da cui potranno originare 2.5 moli di ATP

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA: È il vero modo con cui otteniamo energia.

È culmine del metabolismo energetico negli organismi aerobi. Costituita da due fenomeni strettamente accoppiati:

1. Coenzimi ridotti prodotti durante le reazioni ossidative vengono ossidati nella catena di trasporto degli elettroni
2. Si forma ATP

CATENA RESPIRATORIA:

- Formata da 4 complessi proteici localizzati nella membrana mitocondriale interna e da 2 trasportatori solubili

- Il suo compito è accelerare gli elettroni ad alta energia che provengono da NADH e FADH2 e di trasferirli lungo la catena attraverso una serie di ossidoriduzioni.

- Ad ogni ossidoriduzione parte dell’energia viene trasferita al sistema e permette il passaggio di protoni nello spazio inter membrana

ENTRATA DI ELTTRONI:

Gli elettroni entrano nella catena respiratoria grazie ai trasportatori di elettroni:

• NADH
• FADH2
• NADPH serve principalmente a rifornire di elettroni le reazioni anatoliche

COMPLESSO 1: da NADH a ubichinone

Il complesso I è la NADH:ubichinone ossidoreduttasi o NADH deidrogenasi

elettroni passano da NADH all'ubichinone (Q) che si riduce a ubichinolo (QH2)Il trasferimento di elettroni porta anche all'espulsione dalla matrice di protoni con un meccanismo non ancora noto.

UBICHINONE (coenzima Q)
Può accertare un solo elettrone, trasformandosi in un radicale semichinoinico oppure può accettare due elettroni trasformandosi nella forma completamente ridotta

COMPLESSO 2: da succinato a ubichinone
Il complesso è la succinato deidrogenasi, enzima del ciclo di krebs. Durante la conversione di succinato a fumarato di forma FADH2.
Gli elettroni si muovono dal FADH2 fino all'ubichinone (Q), che diviene ubichinolo (QH2)

COMPLESSO 3: a ubichinone a citocromo C
Il complesso 3 è la ubichinone:citocromoC ossidoreduttasi- L'ubichinolo (QH2) cede elettroni al citocromo c- Il trasferimento di e- comporta il passaggio di due protoni dalla matrice allo spazio intermembrana(seconda pompa protonica).

COMPLESSO 4: da citocromo C a O2
Il complesso 4

è il citocromo C ossidasi. Trasferimento di e- dal citocromo C ridotto a O2 con spostamento di protoni dalla matrice allo spazio intermemembrana. I protoni necessari per formare H2O vengono prelevati dalla matrice.

COMPONENTI DELLA CATENA RESPIRATORIA:

• CITOCROMI: proteine con un gruppo eme contenente ferro
• PROTEINE FERRO-ZOLFO: partecipano a reazioni redox in cui viene trasferito un elettrone alla volta utilizzando la modificazione dello stato di ossidazione degli atomi di ferro

LA FORZA MOTRICE PROTONICA:

• La membrana mitocondriale interna separa due compartimenti a diversa concentrazione di H+.
• Il flusso degli elettroni nella catena respiratoria è accompagnato da traslocazione di protoni attraverso la membrana.