Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
vuoi
o PayPal
tutte le volte che vuoi
OSSIDAZIONE AEROBIA DEL PIRUVATO
Il piruvato che residua dalla glicolisi in condizioni aerobie viene trasportato all’interno del mitocondrio, attraversa
sia la membrana esterna che quella interna e arriva alla matrice mitocondriale dove viene ossidato completamente
a CO e H O; i protagonisti di questa trasformazione sono una serie di proteine enzimatiche e questa avviene con un
2 2
meccanismo di diverse reazioni.
Le tappe principali:
- Decarbossilazione ossidativa del piruvato ad acetilCoA
- Condensazione tra acetilCoA e ossalacetato a dare citrato (acido citrico)
- Ossidazione del citrato ad ossalacetato, con perdita di CO e fosforilazione a livello del substrato (gli atomi di C
2
sono diventati CO e gli atomi di H sono diventati H O)
2 2
I cofattori ridotti che residuano dalle reazioni di ossidazioni vengono rigenerati utilizzando ossigeno molecolare in un
processo separato, sempre mitocondriale. Vi è quindi sempre il problema di riossidare questi cofattori.
Il complesso multienzimatico della piruvico deidrogenasi è molto grande e comprende tre diverse attività
enzimatiche; ciascuno dei singoli enzimi è presente in un numero diverso di copie, in funzione inversa della sua
attività ovvero della sua efficienza:
• Poche copie dell’enzima più efficiente
• Numerose copie di quelli meno efficienti
Sono presenti in un complesso in quanto in questo modo si possono passare l’uno con l’altro gli intermedi di reazione
senza che questi vadano in giro per la cellula quindi la vicinanza fisica degli enzimi coinvolti in queste reazioni rende
il sistema molto efficiente.
Il primo enzima la piruvico deidrogenasi decarbossila il piruvato, trasforma il piruvato in acetaldeide, la quale non è
libera ma è legata al cofattore di questo enzima sotto forma di un complesso (acetaldeide-cofattore: tiamina
pirofosfato). Questo complesso che si forma viene definito come una forma attivata dell’acetaldeide. Abbiamo già
perso una molecola di CO e abbiamo la forma attivata dell’acetaldeide, la quale viene in contatto con il secondo
2
enzima ovvero la diidrolipoil transacetilasi. Questa proteina ha legato a sé in modo covalente un cofattore che è
l’acido lipoico, il quale forma un legame ammide con un residuo di lisina e fa sporgere il braccio del cofattore che
porta il legame disolfuro.
Questo composto ha due funzioni:
- Ossidante: prende il gruppo idrossietile e lo trasforma in un gruppo acetile, quindi ossida l’acetaldeide ad acido
acetico e questo composto si riduce a doppia funzione tiolica. Si forma quindi un tioestere tra l’acido lipoico e
la molecola iniziale
- Successivamente prende il gruppo acetile e lo trasferisce ad un altro tiolo, il quale è il tiolo del coenzima A; il
coenzima A è un derivato di una vitamina e dell’acido fosfopantotenico dove in fondo vi è un derivato della
cisteina che è la cisteammina.
Questi due tioesteri che si formano, sono caratterizzati dall’elevata instabilità del legame tioestere ovvero l’energia
depositata in questo legame è legata a due ragioni chimiche:
1. Il tioestere che si forma non ha possibilità di risonanza
2. Un tiolo è molto meno basico (molto più acido) che un OH.
Il legame tioestere rappresenta il secondo legame più fragile.
Il terzo enzima si occupa di riportare l’acido lipoico nella forma ossidata, ovvero ossida il lipoato ridotto. In questo
vi è un cofattore redox che è la flavina. Vengono chiamate flavoproteine, le proteine che contengono questi
cofattori. La riboflavina (vitamina) è una struttura versatile, a partire da essa si possono formare due nucleotidi, il
primo è il flavina mononucleotide (FMN) e il secondo è la flavina-adenina dinucleotide (FAD), in cui una molecola
di FMN è coniugata ad una molecola di AMP; questo composto usa la flavina per riossidare il lipoato.
Il FAD è molto versatile in quanto può prendere 1 o 2 elettroni ed è facilmente riossidabile da parte di altri nucleotidi,
+
oppure può cedere gli elettroni a molte specie molecolari. Il FADH viene riossidato a FADH da una molecola di NAD .
2
+ +
Quindi la reazione complessiva: CH + NAD + CoASH CoA-S-C-CH + NADH + CO + H
à
3 3 2
Ciclo degli acidi tricarbossilici (ciclo di Krebs) negli eucarioti avviene nella matrice mitocondriale
L’acetil-CoA viene recuperato ovvero condensa con una molecola di ossalacetato per ottenere il citrato.
La condensazione tra Acetil-CoA e ossalacetato è un esempio di attacco nucleofilo su un carbonile da parte di un
carbanione. Il carbanione viene formato quando un residuo amminoacidido al sito catalitico dell’enzima sottrae un
protone dal metile del gruppo acetato in Acetil-Coa.
La reazione è aiutata dal punto di vista termodinamico, dalla rottura del legame tioestere (altoenergetico)
nell’Acetil-CoA. Quindi il primo prodotto è l’acido citrico.
L’acido citrico viene isomerizzato ad acido isocitrico attraverso la formazione di cis-aconitato (intermedio)
attraverso l’enzima aconitasi.
Il sito attivo dell’aconitasi contiene un cofattore (cluster 4Fe 4S): uno degli atomi di ferro (non ha leganti proteici)
contribuisce ad orientare in modo appropriato la molecola di citrato.
Il citrato è una molecola prochirale (soltanto uno degli isomeri si lega all’enzima, ovvero contiene una chiralità
+
nascosta). Una molecola di NAD ossida poi il gruppo alcolico dell’isocitrato al corrispondente chetone, che è instabile
e perde CO formando alfa-cheto glutarato (equivalente chetonico del glutammato) attraverso un enzima ossidante
2 +
che usa come substrato l’isocitrato e come cofattore il NAD . Questa molecola è una delle molecole che il mitocondrio
può scambiare con l’esterno ovvero è un punto di ingresso ed anche un punto per produrre intermedi ovvero per la
funzione anaplerotica del ciclo di Krebs.
Nella reazione successiva l’alfa-cheto glutarato si imbatte in un enzima che è l’alfa-cheto glutarato deidrogenasi
che si occupa di ossidare questa molecola, questo enzima utilizzerà il NAD come ossidante, il coenzima A nella forma
libera che serve come accettore del nuovo gruppo acile e da questa reazione ho la fuoriuscita della CO ed è per
2
questo che questo enzima è praticamente uguale alla piruvato deidrogenasi (cambia solo il substrato).
Il prodotto della reazione è il succinil-CoA. L’energia liberata da questa ossidazione è conservata mediante la
formazione del legame tioestere del succinil-CoA.
Per recuperare l’energia presente nel legame tioestere, viene trasformato l’acido prodotto in acido succinico
rilasciando il coenzima A pronto per venire reimpiegato e accoppio questa rottura di un legame eterogenico con la
formazione di un legame altoenergetico, ovvero prendo un GDP e lo trasformo in GTP.
L’enzima che catalizza questa reazione è la tiochinasi, rompo un legame tioestere e fabbrico un legame
fosfoanidrico. Quindi si è prodotto il succinato, il quale deve venir riossidato.
Le due CO che sono state perse sono i due atomi di C che derivavano dall’acetil-CoA.
2
Per ripristinare l’ossalacetato, faccio un’ossidazione ed introduco un doppio legame. Ovvero si ottiene il fumarato.
La succinato deidrogenasi è l’unico enzima del ciclo di Krebs ad essere una proteina integrale infissa nella membrana
interna del mitocondrio. Tutte le deidrogenasi che fanno delle insaturazioni sulle catene alifatiche producono la
forma trans e questi enzimi contengono le flavine. Questo fatto condiziona la chiralità del composto ottenuto poi per
azione dell’enzima enolasi, che aggiunge una molecola d’acqua al doppio legame trans del fumarato. Il risultato è
che trasformo l’acido bicarbossilico in un idrossiacido bicarbossilico ovvero si forma l’acido L-malico (L in quanto con
questa geometria di legame trans si può formare solo l’isomero L).
L’ultima reazione: l’acido L-malico viene riossidato utilizzando il NAD per trasformare la sua funzione alcolica in
funzione chetonica dell’ossalacetato.
Riassumendo: l’ossidazione di AcetilCoA a CO produce:
2
- Una molecola di GTP
- Una di FADH 2
- 3 molecole di NADH
A cui vanno aggiunte la molecola di NADH e quella di CO prodotte nell’ossidazione del piruvato ad AcCoA.
2
Il ciclo di Krebs è regolato sia nella tappa di ingresso (l’azione della piruvato deidrogenasi ovvero la formazione di
AcetilCoA a partire da piruvato), che in quelle successive. L’acceleratore più grosso di questa reazione è l’AMP.
ADP e NADH sono stimolatori dell’isocitrato deidrogenasi mentre l’alfa cheto deidrogenasi non ha effettori allosterici,
ovvero è una reazione inibita in modo competitivo da elevate quantità di prodotto (NAD ridotto, CO e succinil-CoA).
2
L’ossalacetato, che non può uscire dal mitocondrio non avendo un trasportatore specifico, agisce da potente effettore
allosterico e inibitore della succinato deidrogenasi.
Il ciclo di Krebs raccoglie composti provenienti da diverse vie metaboliche, però queste molecole devono avere dei
trasportatori che permette di farli entrare nella membrana. Così come entrano molecole, ne escono altre.
Dagli intermedi di questo ciclo hanno origine molte molecole indispensabili. Ad esempio dall’acido citrico derivano i
lipidi. Il succinil-CoA è un composto altoenergetico ma è anche la base di una sintesi all’interno del nostro organismo
ovvero la sintesi del gruppo Eme. Passando dal ciclo di Krebs è possibile arrivare a ossalacetato e questo è il punto
di partenza per la via gluconeogenica. Avere un ciclo di Krebs attivo vuol dire essere in condizioni di depositare
riserve sotto forma di glicogeno.
La catena respiratoria mitocondriale (nella membrana interna) usa l’ossigeno molecolare per rigenerare nella
forma ossidata i cofattori ridotti (NADH e FADH ) generati dalle reazioni di ossidazione associate al ciclo di Krebs.
2
Questa ossidazione avviene trasferendo i loro elettroni separatamente dai loro protoni all’ossigeno. Gli elettroni
fluiscono all’ossigeno, quando ne ha presi 4 prende 4 protoni dall’ambiente e si trasforma in acqua. Questo processo
è in grado di sviluppare quantità elevate di energia. Questa ossidazione è accoppiata alla produzione di energia sotto
forma di ATP.
Convertire energia elettrica in energia chimica: l’equazione di Nerst: da un qualunque processo redox si può ricavare
tanta più energia quanta più alta è la differenza di potenziale elettrochimico tra il composto che ossida e il composto
che fornisce gli elettroni ovvero riducente.
Equazione: E = E RT/nF lna /a
0 ox red
Il NAD è un