Che materia stai cercando?

Anteprima

ESTRATTO DOCUMENTO

trasformata in QH· con liberazione di un protone sul lato citoplasmatico ed un elettrone che via

il centro di Rieske e cit c va a ridurre Fe sul cit c QH· segue la trafila precedente, via b e b

1 L H

con formazione di Q ossidato che va al pool Q ed un protone che si accumula sul lato

o

citoplasmatico della membrana; l’elettrone su b unitamente ad un protone della matrice

H

passano ora al QH ·radicalico formato in precedenza per formare una molecola di QH che si

i 2

porta al pool Q ed il ciclo si ripete. Nell’essenza, da una molecola di QH , formatosi nella

o 2

riossidazione del NAD ridotto, si liberano in successione sul lato citosolico della membrana due

protoni ed un elettrone in forma di cit c ridotto, mentre il secondo elettrone circola all’interno

dell’emo b e solo successivamente sarà liberato e ceduto al cit c. E’ così possibile spiegare come

l’ossidazione di QH , che comporta la liberazione di due elettroni, coinvolga solo una molecola

2

di cit c alla volta ed in particolare un solo atomo di ferro, in quanto gli elettroni sono trasferiti

sequenzialmente. Il complesso III, come il complesso I, si comporta come pompa protonica;

inoltre nel suo insieme la reazione di riduzione del cit c è fortemente esoergonica; l’energia

liberata in parte si associa qui pure con modificazioni conformazionali di proteine della

membrana mitocondriale seguite da un accumulo di protoni sul lato citoplasmatico della

membrana. Importante il citocromo c interagisce con il cit b durante il processo catalitico

mediante legami elettrostatici che si stabiliscono fra le catene laterali basiche di residui di lys ed

arg largamente distribuiti sul cit c e catene laterali acide di residui di asp e glu di cui il cit b è

ricco.

Il complesso IV

Questo complesso detto anche citocromoossidasi (COX) è una proteina di massa molecolare

complessiva pari a 200 kDa formata nella sua totalità da 13 differenti subunità di cui le tre con

massa molecolare maggiore (subunità I, II, III) sono codificate dal DNA mitocondriale. Il

complesso si dispone a cavallo della membrana mitocondriale con la quale interagisce

profondamente a mezzo della componente fofolipidica. Contiene due molecole di emo di tipo a,

una definita emo a presente sulla subunità II, ed una seconda definita emo a , presente sulla

3

subunità I, con caratteristiche diverse non per differenze strutturalidell’emo, ma per proprietà

fisiche (spettro di assorbanza) impartite dalla parte proteica che lo circonda; fra di loro i due

centri emo sono estremamente vicini.. E’ da ricordare che gli spettri che permettono di

differenziare l’emo dei diversi citocromi sono quelli delle loro forme ridotte (Fe in forma

+

ferrosa 2 ). Tutte gli anelli emo, sia in forma ridotta od ossidata, hanno una banda di assorbanza

comune intorno a 400 nm, detto banda di Soret che è propria dell’anello porfinico e quindi

condivisa anche dall’emo della emoglobina, mentre si differenziano solo se in forma ridotta per

le bande di assorbanza intorno ai 500-600 nm.

L’emo a è in contatto con uno ione o più probabilmente due ioni Cu (valenza variabile fra 1 e 2)

detto centro Cu A; l’ emo a è invece legato ad un solo ione rame detto Cu B. L’emo a e Cu A

3

hanno bassa capacità di trasferire l’elettrone a differenza dell’emo a e del Cu B che hanno

3

potenziale alto. Studi spettroscopici hanno rivelato che nel centro Cu A uno ione Cu è legato,

all’azoto ad un residuo di His, a sua volta legato al solfo di un residuo di Cys, al carbossile

indissociato di un residuo di Asp; ed inoltre al solfo di un altro residuo di Cys; questo atomo di

solfo è condiviso con il secondo ione Cu, a sua volta coordinato all’azoto di un residuo di His ed

il solfo di un residuo di Met. La quarta valenza coordinativa del primo ione Cu è impegnata con

l’azoto di un residuo di His del cit c con il quale la subunità II di COX è strettamente in contatto

a mezzo di ponti salini tra residui aminoacidici acidi (Asp e Glu) di cui la subunità II è ricca, e

residui aminoacidici basici (Lys, Arg) presenti in elevato numero sul cit c (vedi sopra). Gli

elettroni verrebbero quindi trasferiti dal ferro del cit c, che passa da valenza 2 a valenza 3 e

quindi si riossida, al centro Cu A e successivamente all’emo a. Da questo l’elettrone passerebbe

sull’emo a il cui Fe si riduce da valenza 3 a valenza 2. Nell’emo a il ferro è legato

3 3

coordinativamente, in aggiunta ai quattro legami con l’azoto degli anelli pirrolici della porfina,

ad un atomo di azoto di un residuo di His ed al solfo di un residuo di Cys, solfo che lega del pari

il Cu B a sua volta legato all’azoto di tre istidine della subunità I.

Il complesso IV riceve uno alla volta gli elettroni dal cit c che in primis verrebbero accettati dal

centro Cu A e quindi dal Fe dell’emo a; da questo un elettrone andrebbe al Fe dell’emo a che

3

3+ 2+ 2+

conseguentemente passa da Fe a Fe , ed un secondo al Cu B che a sua volta passa da Cu a

1+ 2+

Cu . A questo punto Fe e Cu coordinano una molecola di O a guisa di ponte perossidico (Fe -

2

1+ 3+ 2+

O=O-Cu ) a cui cedono entrambi un elettrone ritornando Fe e Cu , originando uno ione

2- - +

perossido (O ) non tossico perché legato ai due atomi Fe e Cu. In un tempo successivo due H

prelevati dal lato citosolico della membrana mitocondriale si legano all’atomo di ossigeno

impegnato con Cu formando un intermedio Cu OH con rottura del ponte perossidico e

2

3+

formazione sull’atomo di ossigeno legato ad Fe di un ossigeno radicalico; su questo tramire cit

3+

c viene ora trasferito un elettrone ed un secondo elettrone viene ceduto da Fe che

4+ 4+ 2-

temporaneamente si trasforma in Fe o ione ferrile con formazione dell’intermedio Fe -O ; a

4+ 3+

questo viene ora trasferito da cit c un elettrone che riporta Fe ad Fe ; il successivo prelievo di

3+ 2-

due protoni dal lato citoplasmatico ed il loro trasferimento al complesso Fe -O determinerà il

distacco dell’ossigeno dal complesso e la formazione di una molecola di acqua. Nel processo un

residuo di Tyr con l’ossidrile fenolico è parte attiva. La reazione di riduzione dell’ossigeno per

formare H O è fortemente esoergonica e si associa ad un flusso protonico dalla matrice

2

mitocondriale al lato citosolico della membrana mitocondriale. Pertanto anche il complesso IV,

del pari con i complessi I e II, funge da pompa protonica.

INIBITORI DELLA CATENA RESPIRATORIA

La comprensione delle modalità con cui i vari complessi della catena respiratoria funzionano e

l’ordine con cui intervengono nel processo è stata possibile in base alla scoperta di piccole

molecole che si comportano come inibitori specifici dei diversi complessi.

Inibitori del complesso I, e quindi accumulo di NADH riduttasi in forma ridotta (FMNH ) sono

2

alcuni barbiturici, tra cui l’amital, ed il rotenone una molecola presente nella linfa di alcune

piante tropicali utilizzata in guerra dagli indigeni di queste zone per ricoprire le frecce con esito

letale per soggetto colpito.

Inibitore del complesso III è l’antimicina, un antibiotico che blocca il trasferimento degli

elettroni al centro di Rieske, con accumulo in una catena respiratoria funzionante di QH .

2

Inibitori del complesso IV sono monoossido di carbonio (CO), che si lega selettivamente al

ferro dell’emo a in forma ridotta e quindi impedisce il trasferimento degli elettroni all’ossigeno,

3 -

ed il cianuro (CN ) che si lega selettivamente ad Fe trivalente dell’emo a impedendone la

3

riduzione, con conseguente accumulo di cit c ridotto.

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (COMPLESSO V)

E’ il processo che accoppia l’energia liberata nell’ossidazione del NAD e FAD ridotti con la

sintesi di ATP a livello della membrana mitocondriale. Questa sintesi è catalizzata da un

complesso proteico presente sulla membrana mitocondriale definito complesso V o ATP sintasi

mitocondriale o erroneamente ATP asi mitocondriale, che si accentra in prossimità delle tre

pompe protoniche (i complessi I, III, IV) della catena respiratoria.

Quando i mitocondri vengono sottoposti a colorazione negativa con acido fosfotungstico, il

microscopio elettronico mette in evidenza sulle creste mitocondriali (ripiegamenti della

membrana mitocondriale all’interno della matrice) la presenza sul lato matrice di un elevato

numero di protuberanze a forma di bottone o corolla di un fiore attaccate alla membrana interna

del mitocondrio a mezzo di corti peduncoli o steli, che a loro volta si affondano nello spessore

della membrana. A seguito di frammentazione dei mitocondri mediante sonicazione, i

frammenti della membrana interna si richiudono su stessi a formare delle vescicole nelle quali la

membrana risulta rovesciata per cui il lato della membrana, che se intatta era rivolto verso la

matrice mitocondriale, ora si trova all’esterno della membrana delle vescicole (inside out), e

viceversa; ne consegue che i bottoni sono ora sul lato esterno della vescicola. Le vescicole

conservano la capacità di consumare ossigeno in presenza di substrati ossidabili e di sintetizzare

ATP. Sotto l’azione di agenti caotropici (urea) o di proteasi (tripsina) i bottoni vengono

dissociati dalle vescicole e le due componenti si possono separare mediante centrifugazione

frazionata. Le vescicole, private dei bottoni, in presenza di substrati ossidabili continuano a

ossidare questi ed a ridurre l’ossigeno ad H O, ma hanno perso la capacità di sintetizzare ATP,

2

mentre i bottoni in presenza di ATP scindono questo in ADP e Pi mettendo in evidenza una

apparente attività ATPasica, da cui il nome dato erroneo dato al complesso. Tuttavia le

vescicole riacquistano la capacità di sintetizzare ATP per aggiunta dei bottoni che tornano ad

inserirsi in modo corretto sulle vescicole. Ne consegue che la capacità di sintetizzare ATP è

propria dei bottoni che tuttavia necessitano delle vescicole perché questa loro capacità divenga

effettiva.

Le protuberanze vennero chiamate fattore di accoppiamento perché se aggiunte alle vescicole

rendevano possibile la sintesi di ATP accoppiata alla capacità delle vescicole di ossidare i

cofattori ridotti con formazione di H O. La loro purificazione rivelò come esse fossero in realtà

2

un complesso multiproteico di massa molecolare elevata costituito da oltre dodici catene

proteiche e formato in realtà da due componenti con diversa funzione, l’una formata dal bottone

o corolla definita fattore F e l’altra fattore F ; la prima costituisce della protuberanza la parte

1 0

che protrude verso la matrice mitocondriale al di fuori della membrana., la seconda la parte che

sta immersa nello spessore della membrana interna del mitocondrio strettamente associata alla

componente lipidica della membrana stessa. Le due componenti sono fra di loro connesse a

mezzo di un giunto detto stelo che emerge dalla membrana. L’insieme di queste diverse parti

costituisce il complesso F F che pertanto è composto da due fattori F ed F .

0 1 1 0

  

Il fattore F consta di 5 differenti catene peptidiche identificate come δ ε presenti nel

1   δε.  

fattore con la seguente stechiometria Le catene e sono unite a formare un dimero in

3 3

cui la subunità è responsabile dell’attività ATP sintasica; il fattore contiene tre di questi

dimeri che si dispongono come gli spicchi di una arancia per un totale di 6 spicchi che

appoggiano sulle subuntà ed ε, mentre la subunità δ sarebbe in contatto direttamente con il

fattore F del quale riconosce le due subunità b. Il fattore F è definito anche fattore statore in

0 0

quanto fa da base al fattore F e ne regola la capacità di sintetizzare ATP. Il fattore F è

1 0

anch’esso formato da almeno tre tipi di catene indicate come a, b, c, delle quali la catena a ha

massa molecolare più elevata, ed è presente nel fattore come unità singola, mentre la catena b è

presente in ragione di due subunità e la catena c di almeno 10 subunità. Nell’architettura del

complesso F F , la subunità a costituisce la base su cui si imperniano le due subunità b e le dieci

0 1

subunità c; a loro volta le due subunità b si legano con la subunità δ di F , mentre le diverse

1

ε

subunità c sono alternativamente in contatto con il dimero di F tramite lo stelo ed

1

impartiscono ad F un movimento rotatorio, capacità che il fattore F acquisisce in funzione del

1 0

sua affinità per i protoni. Lo stelo è formato da almeno due proteine, la proteina che conferisce

all’intero complesso sensibilità alla oligomicina (OSCP) ed il fattore di accoppiamento 6 o F .

6

L’oligomicina, antibiotico prodotto da un ceppo di streptomiceti, è in grado di legarsi ad una

delle subunità di F ed in questo modo inibisce la capacità di quest’ultimo di trasportare protoni,

0

essenziale per il manifestarsi dell’attività ATP sintasica di F . Per questo motivo F è definito

1 0

anche fattore Fo ossia sensibile all’oligomicina. La dicicloesilcarbodiimmide (DCCD), un

reagente liposolubile in grado di derivatizzare i gruppi carbossilici, inibisce del pari il passaggio

dei protoni attraverso il fattore F andando a bloccare il gruppo carbossilico di un residuo di

0

acido glutammico presente su sei delle subunità c del fattore; tale interazione altera la struttura

delle subunità impedendo loro di disporsi a formare un canale al cui interno scorrerebbero i

protoni. E’ probabile quindi che i protoni rimbalzino all’interno del canale formato dalle

subunità c andando a protonare radicali acidi dei residui aminoacidici di queste, che

alternativamente passerebbero dalla forma deprotonata a quella protonata. In questo modo è

possibile capire come la membrana interna, di per sé impermeabile al passaggio di protoni,

possa in effetti diventare tale e permettere ai protoni di raggiungere la matrice mitocondriale

attraverso la sintesi di ATP.


ACQUISTATO

1 volte

PAGINE

8

PESO

63.30 KB

AUTORE

flaviael

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Esame: Biochimica
Corso di laurea: Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia
SSD:
Università: Torino - Unito
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher flaviael di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Torino - Unito o del prof Rinaudo Maria Teresa.

Acquista con carta o conto PayPal

Scarica il file tutte le volte che vuoi

Paga con un conto PayPal per usufruire della garanzia Soddisfatto o rimborsato

Recensioni
Ti è piaciuto questo appunto? Valutalo!

Altri appunti di Biochimica

Biochimica - enzimi
Appunto
Biochimica - enzimi
Appunto
Biochimica - Domande
Esercitazione
Biochimica - Domande
Esercitazione