Biochimica II – Lezione 6 – Slides

GLIOSSILATO

Complesso multienzimatico dellapiruvato deidrogenasi (PDH)

Enzyme Abbreviated Prosthetic Group

Pyruvate ThiamineE1Dehydrogenase pyrophosphate (TPP)

Dihydrolipoyl LipoamideE2Transacetylase

Dihydrolipoyl FADE3Dehydrogenase OOCH −3 CH O P O P OCH 22+ −− OOCH N2N SC +acidic HHH C N3 NH2 thiamine pyrophosphate (TPP)

S CH2 CH2 NHOS CH lipoic acid lysine

CH CH CH CH C NH (CH ) CH2 2 2 2 2 4lipoamide C O+−

In E. coli il “core ”contiene 24 monomeridi E2, ognuno legato a3 molecole di acidoLipoico.

Inoltre il complessocontiene 24 monomeridi E1 e 12 di E3

Ha un diametro di 45nm (5 volte pi ù grandedi un ribosoma).

6×Mr = 4,5 10 Complesso della Piruvato deidrogenasi

C- C C- C- C- C- C- CC- C- C- C C- C- C- C- C- CC- C- C- C C- C- C- C- CC- C- C- C C- C- C- CC- C- C- C HSCoA

Ciclo di Krebs acetil-CoA HSCoAcitratoossalacetato isocitrato

NADNADHHNADL-malato ++ H NAD CO 2+NADHH + HNADFADHHFAD 2fumarato +NADHH + HNAD citrato sintasi FAD NAD aconitasi

α-chetoglutarato isocitrato deidrogenasi HSCoA α-chetoglutarato deidrogenasi succinil-CoA sintetasi CO succinato deidrogenasi 2succinato succinil-CoA fumarasi GDP + P i GTPPGT malato deidrogenasia

1 tappa -Il ciclo di Krebs inizia con una reazione di condensazione catalizzatadalla citrato sintasi (enzima condensante) che unisce il Cα (*) dell’acetil-CoA conl’ossalacetato formando citrato (l’anione di un acido tricarbossilico: il ciclo di Krebsviene anche detto Ciclo degli Acidi Tricarbossilici).*+ −δ δ + H O2citrato sintasiOssalacetato Citrato

2a tappa -Il secondo enzima detto aconitasi catalizza una reazione diisomerizzazione del citrato trasformandolo in isocitrato. Nel sito attivo si formal’intermedio di reazione cis-aconitato deivato dalla eliminzione di unamolecola di H O dal citrato. La successiva addizione di una molecola di H 02 2+avviene con l’attacco di un ione H al Cβ e dell’OH (dell’acqua)

al Cα porta alla formazione dell'isomero isocitrato.

H₂O + H₂O₂ → aconitasi → cis-Aconitato → Citrato → Isocitrato

a3 tappa - Il terzo enzima (isocitrato deidrogenasi) catalizza sia una reazione redox sia una decarbossilazione (decarbossilazione ossidativa), formando α-chetoglutarato (in questa reazione si forma la prima molecola di NADH e la prima molecola di CO₂).

2NADH + H⁺ → CONAD → Isocitrato deidrogenasi → α-Chetoglutarato

a4 tappa - Il quarto enzima (α-chetoglutarato-deidrogenasi) è un complesso multienzimatico analogo a quello della piruvato deidrogenasi. E’ formato da 3 enzimi (E1, E2 ed E3) e richiede 5 coenzimi (TPP, lipoamide, HS-CoA, NAD e FAD). Esso catalizza la decarbossilazione ossidativa dell’α-chetoglutarato trasformandolo in succinil-CoA e formando anche la seconda molecola di NADH e la seconda molecola di CO₂ del ciclo.

2NADH + H⁺ → CONAD

2α-Chetoglutaratodeidrogenasi-Chetoglutaratoα Succinil-CoAa5 tappa - Il quinto enzima (succinil-CoA sintetasi ovvero succinato-tio-cinasi) catalizza la reazione del succinil-CoA con GDP e Pi (fosfatoinorganico) formando succinato e GTP, una sostanza che è energeticamenteequivalente all'ATP. Durante questa reazione, nel sito attivo viene inizialmenteformato succinil-fosfato (un composto ricco di energia); questo fosforilal'enzima che poi trasferisce il fosfato al GDP formando GTP (fosforilazione alivello del substrato).

GTP HS-CoAGDP + PiSuccini-CoAsintetasiSuccinil-CoA Succinatoa6 tappa - Il sesto enzima (succinato-deidrogenasi) ha come coenzima ilFAD che accetta 2 atomi di idrogeno dal succinato trasformandolo in fumarato(un composto insaturo) e producendo 1 molecola di FADH .2La succinato deidrogenasi è l'unico catalizzatore del ciclo (in effetti è ilcomplesso-II) localizzato nella membrana interna del mitocondrio,

quinditrasferisce direttamente gli elettroni al CoQ.

FADH₂FAD Succinatodeidrogenasi FumaratoSuccinatoa7 tappa - il settimo enzima (fumarasi) catalizza l'addizione di una molecola di H₂O al doppio legame C=C trans presente nel fumarato, producendo L-malato.2(La reazione è stereospecifica)

H₂O2SuccinatodeidrogenasiFumarato L-Malato

8 tappa - l'ottavo ed ultimo enzima (malato deidrogenasi) ossida il malatoutilizzando il NAD come ossidante e rigenera la molecola di ossalacetato, producendo anche la terza molecola di NADH e chiudendo il ciclo. Infatti questa molecola di ossalacetato, rigenerata alla fine del ciclo, può iniziare un nuovo ciclo reagendo con una seconda molecola di acetil-CoA, e così via fino a che la cellula ha necessità di bruciare le sue molecole di acetil-CoA per ricavarne energia.

NADH + H+ NADMalatodeidrogenasi L-Malato Ossalacetato HSCoA

Ciclo di Krebs acetil-CoA HSCoAcitrato ossalacetato isocitratoNADNADHHNADL-malato ++ H NAD CO 2+NADHH +

HNADFADHHFAD 2fumarato +NADHH + HNAD citrato sintasi FAD NAD aconitasi α -chetoglutarato isocitrato deidrogenasi HSCoA α -chetoglutarato deidrogenasi succinil-CoA sintetasi CO succinato deidrogenasi 2succinato succinil-CoA fumarasi GDP + P i GTPPGT malato deidrogenasi 1 NADH = 2,5 ATP1 FADH = 1,5 ATP2 Resa energetica del ciclo diKrebs (accoppiato con lafosforilazione ossidativa)RESA NETTA IN ATP DAL METABOLISMO AEROBIO DEL GLUCOSIO30-(32) ATPRegolazione covalente della PDHIl complesso della PDH (E1- E2- E3) contiene anche unaproteina cinasi che fosforila E1 sulla catena laterale di unaserina, ed una proteina fosfatasi che può rimuovere il fosfatoPURINE E Sintesi degliPIRIMIDINE steroidiAspAsn…… GluGln……GLUCOSIO PURINEIl duplice ruolo, catabolico e biosintetico ( anfibolico ), delCiclo di KREBSLa velocità con cui procede il ciclo di Krebsdipende dalla concentrazione mitocondriale diossalacetatoLe vie metaboliche che sintetizzano

Il termine "anaplerotiche" viene utilizzato per descrivere il processo di formazione dell'ossalacetato.

La piruvatocarbossilasi è l'enzima responsabile della conversione del piruvato in ossalacetato.

Il ciclo del gliossilato è un percorso metabolico che coinvolge la conversione dell'ossalacetato in gliossilato.

L'ossalacetato è un composto chimico che svolge un ruolo importante in diverse reazioni metaboliche.

La citrato sintasi è un enzima che catalizza la formazione del citrato a partire dall'ossalacetato.

Il centro ferro-zolfo dell'aconitasi è coinvolto nella reazione di isomerizzazione dell'isocitrato.

La demolizione asimmetrica di composti simmetrici è stata descritta per la prima volta da Alexander Hogston nel 1948.

γα