Biochimica - appunti

REGOLAZIONE DELLE VIE METABOLICHE

ENERGIA LIBERA DELLE REAZIONI

dei reagenti. Il valore del ΔG fornisce informazioni sulla spontaneità della reazione. Se il valore del ΔG è negativo la reazione è spontanea. Se il valore del ΔG è positivo la reazione non è spontanea. Quando il ΔG < 0 la reazione procede con rilascio di energia e viene detta esoergonica. Quando il ΔG > 0 la reazione procede con consumo di energia e viene detta endoergonica.

VARIAZIONI DI ENERGIA LIBERA

La variazione di energia libera reale (ΔG) di una reazione è fortemente influenzata dalla concentrazione dei singoli reagenti e dalla temperatura. È più conveniente misurare la variazione di energia libera in condizioni standard (concentrazione 1 M dei reagenti e dei prodotti) e fisiologiche (pH neutro). La variazione di energia libera standard, indicata con ΔG'°, è una costante caratteristica di ogni reazione. Il valore del ΔG'° è diverso per ogni

reazione.In una via metabolica costituita da reazioni sequenziali, la variazione complessiva di energia libera è data dalla somma di tutti i valori di ∆G delle singole reazioni.

ADENOSINA TRIFOSFATO (ATP)

La strategia di base del metabolismo è la sintesi di adenosina trifosfato (ATP).

L'ATP viene prodotto in seguito alle ossidazioni delle sostanze nutrienti durante le reazioni cataboliche.

L'ATP fornisce energia per molte funzioni della cellula, come:

• reazioni anaboliche;
• trasporto di sostanze attraverso le membrane contro gradiente di concentrazione;
• contrazione muscolare;
• trasmissione dell'impulso nervoso.

L'ATP è presente in tutti gli organismi viventi e rappresenta la principale forma di energia immediatamente disponibile.

STRUTTURA DELL'ATP

La molecola di ATP è costituita da una molecola di adenina e una di ribosio a cui sono legati tre gruppi fosfato (α, β e γ) mediante legami ad elevata energia.

Il legame ribosio-P è un legame estere, mentre i legami Pα-Pβ e Pβ-Pγ sono legami anidridici.

Adenosina trifosfato (ATP)

L'energia libera di idrolisi dell'ATP, cioè l'energia contenuta nella molecola di ATP, viene liberata quando in seguito all'idrolisi si rompono i legami ad elevata energia.

L'idrolisi parziale dell'ATP porta alla formazione di una molecola di adenosina difosfato (ADP) e di un gruppo fosfato:

ATP + H2O → ADP + Pi

L'idrolisi totale dell'ATP porta alla formazione di una molecola di adenosina monofosfato e due gruppi fosfato:

ATP + H2O → AMP + PPi

L'idrolisi dell'ATP ad ADP + Pi libera una notevole quantità di energia libera standard (-30.5 kJ/mol o -7.3 kcal/mol).

L'idrolisi dell'ATP è favorita per i seguenti motivi:

• L'allontanamento di una carica negativa riduce le repulsioni elettrostatiche sulla molecola di ATP.
• I prodotti dell'idrolisi...

COMPOSTI AD ELEVATA ENERGIA DI IDROLISI

Nelle cellule sono presenti altre molecole con elevata energia di idrolisi, come: fosfoenolpiruvato, 1,3-bisfosfoglicerato, fosfocreatina.

Questi composti ad elevata energia di idrolisi, così come l’ATP, hanno un elevato potenziale di trasferimento dei gruppi fosfato.

Altri composti ad elevata energia di idrolisi sono i tioesteri, molecole caratterizzate da un legame tra un acido carbossilico ed un tiolo.

Il più importante tioestere è l’acetil-CoA, molecola centrale del metabolismo.

REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE

Le reazioni di ossido-riduzione hanno un’importanza fondamentale nel metabolismo.

Le reazioni di ossido-riduzione sono dovute al trasferimento di elettroni da un donatore ad un accettore.

L’ossidazione è la perdita di elettroni.

La riduzione

elettroni e 1 protone) e si trasformano nella forma ridotta (NADH e NADPH). L'altro protone (H+) rimosso al substrato viene rilasciato nel solvente acquoso:

NAD+ 2e- + 2H+ → NADH + H+

NADP+ 2e- + 2H+ → NADPH + H+

Il NAD è coenzima di enzimi impegnati nelle ossidazioni cataboliche.

Il NADP è coenzima di enzimi impegnati nelle riduzioni anaboliche.

FAD e FMN

Il flavin adenina dinucleotide (FAD) e il flavin adenina mononucleotide (FMN) sono coenzimi di altre deidrogenasi. Nella molecola dei coenzimi FAD e FMN è presente la riboflavina (vitamina B2).

I coenzimi nella forma ossidata (FAD e FMN) accettano equivalenti riducenti sotto forma di 2 protoni e 2 elettroni, trasformandosi nella forma ridotta (FADH2 e FMNH2):

FAD + 2e- + 2H+ → FADH2

FMN + 2e- + 2H+ → FMNH2

INIBIZIONE PER FEEDBACK

In alcune vie metaboliche, un intermedio, spesso il prodotto finale, funziona da inibitore allosterico del primo enzima regolatore della via. In questo modo gli enzimi a

valle lavorano con velocità ridotta dovuta a carenza disubstrato: la quantità di prodotto finale si adatta alle necessità della cellula. Il sistema multienzimatico batterico che converte la L-treonina in L-leucina è un esempio.

RESPIRAZIONE CELLULARE

I mitocondri svolgono un ruolo insostituibile nel metabolismo energetico, per questo sono più presenti nelle cellule di organi come il fegato, il cuore e il cervello, nei quali il metabolismo ossidativo è molto intenso.

I mitocondri sono la sede di vie metaboliche quali:

• Beta-ossidazione degli acidi grassi
• Biosintesi dei corpi chetonici
• Prime reazioni del ciclo dell'urea
• Decarbossilazione ossidativa dell'acido piruvico
• Ciclo acido citrico
• Catena di trasporto degli elettroni

RESPIRAZIONE CELLULARE: Processo usato dalle cellule per ricavare energia dalle molecole delle sostanze nutritive in condizioni aerobiche.

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP

È un

processo esoergonico: l'energia chimica contenuta nei legami del glucosio viene trasferita e immagazzinata nei legami chimici dell'ATP

Da ogni molecola di glucosio la respirazione cellulare ricava fino a 38 molecole di ATP

Nelle reazioni redox della respirazione cellulare il glucosio perde elettroni e si ossida, mentre l'ossigeno acquista elettroni e si riduce

Tappe della respirazione:

GLICOLISI:

1. ha luogo nel citoplasma; scinde il glucosio in due molecole di un composto a 3C chiamato piruvato (forma ionizzata dell'acido piruvico). È un processo anaerobico.
2. L'energia estratta dal glucosio viene immagazzinata in ATP e NADH (nicotinammide adeninadinucleotide), dove la prima rappresenta energia prontamente spendibile mentre l'altra è potenziale accumulata.

REAZIONI ACCOPPIATE: ogni prodotto intermedio è prodotto della reazione precedente e reagente di quella successiva

1. Stadio 1 a 4: consumo di ATP per scindere il glucosio
2. Stadio 5 a 9:

glucosio e quindi di amminoacidi e diproteine. - il piruvato subisce delle trasformazioni, un gruppo COO viene rimosso e liberato sotto forma di CO2+ NAD si riduce a NADH Il coenzima A si lega a due atomi di C dando luogo all’acetilcoAL'acetil coA è il prodotto terminale della degradazione degli acidi grassi, di molti amminoacidi e dei carboidrati.

2. CICLO DI KREBS: si svolge nella matrice mitocondriale e completa la scissione del glucosio fino a ottenere CO2. È chiamato anche ciclo dell’acido citrico, ciclo degli acidi carbossilici. Lo scopo del ciclo non è produrre energia sotto forma di ATP ma piuttosto