Biochimica - Appunti

La catena respiratoria e gli inibitori dei complessi

È reso impossibile dal bilayer lipidico, ed è possibile solo se gli ioni passano attraverso strutture proteiche. La struttura proteica che permette questo è accoppia la tendenza naturale degli ioni di l'F1FoATP sintasi: passare nella matrice (processo esoergonico) per liberare ATP nella matrice.

Possiamo calcolare quanta è l'energia che si sviluppa quando rientrano gli H nella matrice e quanta energia ci vuole per trasportare contro gradiente H nello spazio intermembrana: la quantità di energia necessaria dipende direttamente dalla concentrazione che gli ioni hanno nella matrice e nello spazio intermembrana, maggiore è la quantità di ioni nello spazio intermembrana e maggiore sarà l'energia da usare. La variazione di energia libera è direttamente proporzionale alla quantità di carica che deve essere trasportata ed al potenziale elettrico transmembrana.

ΔG = RTln(C)

La differenza di potenziale elettrico è 0,15-0,20 V, la differenza di concentrazione degli H calcolato dal pH+ dobbiamo spendere 20 kJ/mol. Se trasportiamo NADH, la quantità della matrice è 0,75. Per far passare 1H di energia che viene trasformata in energia di potenziale di gradiente elettrochimico è 200 kJ/mol.

Dall'ossidazione di una mole di NADH (220 kJ/mol), l'energia di ossidoriduzione viene quasi completamente conservata sotto forma di forza motrice protonica. Quindi, attraverso il trasporto di elettroni da trasportatori che hanno potenziali di ossidoriduzione più negativi a trasportatori che hanno potenziali di ossidoriduzione più positivi si ottiene energia di gradiente elettrochimico: forza motrice protonica. Questa energia viene utilizzata per liberare ATP nella matrice da parte di FoF1sintasi. Il trasporto esoergonico di elettroni e sintesi di ATP sono accoppiati.

Se dobbiamo sintetizzare ATP da ADP + Pi dobbiamo usare energia.

La catena respiratoria si ferma quando la disponibilità di ossigeno diminuisce. Gli H non possono entrare nella matrice perché l'energia derivata dall'ossidazione dei coenzimi non è più sufficiente (vedi equazione diventa troppo grande). In assenza di ossigeno, la catena degli elettroni si ferma, mancando l'accettore finale, come spiegato in precedenza, la C2.

La struttura F1Fo ATP sintasi utilizza lettere greche per la subunità F1 e lettere arabe per Fo. F1 è il fattore che è stato scoperto per primo, mentre Fo è inibito da oligomicina. ATP sintasi serve per sintetizzare ATP ed è presente nella membrana mitocondriale interna.

Fo (transmembrana):

• 10 subunità c che ruotano
• 1 subunità a con due semicanali in rapporto con le subunità a

F1 (mitosolica):

• 3 subunità α e 3 β alternate
• 1 subunità γ in grado di ruotare, circondata dalle α e β

Fa da tunnel per gli H•2 subunità b tengono ancorate Fo e F1 attraverso le subunità δ.

Enzima: subunità β di F1ADP + Pi↔ E-ADP-P↔ E-ATP + H O2

Per scindere il complesso enzima-prodotto: E-ATP ATP (libero nella matrice) + E (serve energia)

L’energia è ottenuta dal ritorno esoergonico di H attraverso Fo.

Le subunità β comunicano tra loro attraverso tresubunità α. Le tre β non sono nella stessa formafunzionale nello stesso momento, ci sarà unaconformazione quando β non lega niente, una quandoè più affine al substrato (non ha ancora prodotto ATP)e una quando lega ATP. In un certo momento le tresubunità sono in condizioni diverse: una lega ATP (T),quella vicino ADP + P (L), la terza non lega niente (0);quando si libera ATP le α inducono il cambioconformazionale delle β. La γ và ad agire con lasubunità β che lega ATP: produce energia con larotazione.

ATP esce e la β che legava ATP si trasforma nella β vuota (forma 0). Questo cambiamento conformazionale di β dalla forma T alla 0 viene comunicato attraverso una diversa interazione di β con α. Il cambiamento rotazionale ciclico delle subunità β induce anche un cambio di affinità per i loro substrati: aumenta per quelli che dovranno legare, diminuisce per gli altri. Dalla forma L si passa alla T, poi alla 0 e si ricomincia il ciclo.

Cosa fa ruotare γ? Γ interagendo con la subunità β fa liberare ATP nella matrice. La subunità a è formata da 2+ : uno affacciato al lato semicanali per gli ioni H spazio intermembrana, l’altro verso il mitosol. La subunità c presenta due grandi strutture ad α-elica con al centro un acido aspartico: un aa che ha una catena laterale ionizzabile; può passare ad aspartato (COO-) verso il bilayer lipidico vengono affacciati aa che non hanno cariche (acido aspartico), le

subunità c che si affacciano sulla subunità a, invece, sono nella forma ionizzata (COO-). Lo ione H dallo spazio intermembrana si infila nel semicanale della proteina a e si ferma dove trova la carica negativa (dell'aspartato). Quando l'aspartato diventa acido aspartico (ha legato H), può ruotare, avendo accesso alla membrana mitocondriale interna, verso lo spazio lipidico. Se una c si sposta, si spostano anche le altre; dopo un giro completo lo ione arriva in contatto con quella parte della subunità a con il semicanale in contatto con la matrice, l'H viene liberato nella matrice. Mentre uno ione si infila in un canale, un altro H viene liberato nella matrice (dopo un giro di 10 subunità).

La subunità γ per ruotare ha bisogno che 3 H siano passati. Per produrre una molecola di ATP è necessario il passaggio di 3 protoni. I 10 H che abbiamo ottenuto dal NAD ridotto servono per formare 3 molecole di ATP. Come trasferiamo

ATP dalla matrice al citosol? Come rendere accessibile l'ATP alle reazioni anaboliche? Un'adenina che trasferisce ATP dalla matrice allo spazio intermembrana, e porta dentro ADP (sistema di antiporto). Il gruppo fosfato, invece, entra nella matrice attraverso un con uno ione H+ (sistema di simporto). Questi due processi sono molto favoriti perché H+ secondo gradiente produce l'energia sufficiente per il trasporto di Pi contro gradiente ([Pi] nel mitosolo > [P] nello spazio intermembrana perché la fosforilazione dell'ADP è nel mitosol). Per la sintesi di ATP abbiamo bisogno di 3 H+ per ogni fosfato inorganico. Dall'ossidazione di NAD ridotto otteniamo (10/4) 2,5 molecole di ATP, dal FAD ridotto (6/4) 1,5 molecole di ATP.

RIASSUNTO: Il trasportatore che agisce con modalità di antiporto (adenina porta ATP nello spazio intermembrana, mentre ADP nella matrice). Il fosfato viene portato