Biochimica - parte 2 di 2

FERMENTAZIONE ALCOLICA

Il piruvato è decarbossilato ad acetaldeide tramite piruvato decarbossilasi non presente

nell’uomo mentre nel mitocondrio è presente, per il ciclo di Krebs, la piruvato deidrogenasi che

produrrà acetil coenzimaA. La decarbossilazione semplice nei microrganismi porta alla

formazione di acetaldeide tramite anche il coenzima, comune tra microrganismi e uomo,

tiamina pirofosfato (vitamina B ) che porta alla decarbossilazione ne caso della piruvato

1

deidrogenasi partecipando ad un ciclo di 5 coenzimi e 3 enzimi, nel caso dei microrganismi con

un enzima libero.

FERMENTAZIONE LATTICA

Procede tramite lattato deidrogenasi (LDH) che è presente in quattro forme isoenzimatiche

(importanti quella muscolare e cardiaca) ed è uno degli indicatori dell’infarto. Il lattato sarà

portato al fegato per la formazione di piruvato che sarà fornito alla gluconeogenesi per

riformare glucosio (ciclo di Cori). Grazie a questo ciclo il lattato è un elemento energetico per

riprodurre glucosio. Nel muscolo questo processo non è possibile.

L’unico modo per defosforilare il glucosio-6-fosfato è possibile nel fegato per mezzo della

glucosio fosfatasi che quindi può rimetterlo in circolo nel sangue.

Un’altra via di utilizzo del piruvato, che è

un alfa-cheto acido, è quella di

produzione di alanina tramite una

transaminasi, un enzima in grado di

formare da un amminoacido e un alfa-

cheto acido, un nuovo amminoacido. Per

transaminazione s’intende lo

spostamento di un gruppo amminico

dell’amminoacido sul piruvato per formare alanina.

CICLO DI KREBS.

È detto anche “ciclo degli acidi tricarbossilici” ed è una via metabolica che continua la

glicolisi, dopo la trasformazione del piruvato in acetil coenzimaA. è una via mitocondriale che

continua quindi l’ossidazione del glucosio entrato nella glicolisi tramite intermedi, il NADH e il

FADH . Questi intermedi fanno parte della catena di trasporto degli elettroni fino ad entrare a

2

contatto con l’ossigeno in cui si ha l’ossidazione completa del citocromo che porterà alla

produzione di ATP, e quindi energia.

Dopo l’entrata del piruvato nel mitocondrio, si ha una decarbossilazione ossidativa di questa

specie chimica che avviene tramite un complesso multienzimatico. Questo complesso è

necessario per ottimizzare al massimo la reazione, che è piu efficiente di un enzima perfetto

perché non subisce il limite della velocità di diffusione. Di complessi multi enzimatici ne

esistono pochi: in particolare nelle vie metaboliche troviamo la piruvato deidrogenasi e l’alfa-

chetoglutarato deidrogenasi presente nel ciclo di Krebs. La reazione 5 è

una reazione a

livello del

substrato che

produce una

molecola

energetica

direttamente dal

substrato. Nella

glicolisi ce ne

erano due di

reazioni di questo

tipo, nel ciclo di

krebs si produce

GTP. Le reazioni di

controllo sono due

e sono la prima

reazione,

produzione di

citrato, e la 3,

produzione di alfa-

chetoglutarato.

Il piruvato deriva

da un alfa-

chetoacido e,

infatti, il coenzima

per la sua

trasformazione è

la tiamina

pirofosfato,

coenzima delle

decarbossilazioni

degli alfa-

chetoacidi a

differenza delle

decarbossilazioni degli alfa-amminoacidi che sfruttano pirosal fosfato. Ad opera di una

traslocasi entra nel mitocondrio dove viene convertito in acetil-coA. La piruvato deidrogenasi,

diidrolipoil transacetilasi e la diidrolipoil deidrogenasi sono gli enzimi che formano il complesso

multi enzimatico. La piruvato deidrogenasi è la tiamina pirofosfato che fornisce un carboanione

molto forte producendo idrossietil-tiammina pirofosfato che viene subito trattato con l’acido

lipoico, coenzima dell’enzima adiacente, tramite un ponte disolfuro che ossida il substrato

trasferendolo al CoA formando Acetil-CoA. Ma l’acido lipoico va riossidato e ciò avviene tramite

il FADH , presente come gruppo prostetico della diidrolipoil deidrogenasi, che deve cedere i

2 +

propri elettroni al NAD perché il FAD, fungendo da gruppo prostetico, rimane legato all’enzima

+

mentre il NAD può agire da solo.

L’attività del complesso multienzimatico subisce una regolazione: intanto questo complesso è

inibito da un’alta carica energetica della cellula, rappresentata da una buona concentrazione di

NADH e acetil-CoA, inibizione competitiva da prodotto. La priruvato deidrogenasi è inoltre

regolata dalla fosforilazione o meno su delle serine da parte di una piruvato deidrogenasi

chinasi e una fosfatasi, regolate a loro volta sempre dalla concentrazione di NADH e Acetil-CoA

ed sono anche enzimi regolati a livello trascrizionale. La fosfatasi, che attiva la piruvato

2+

deidrogenasi, e sensibile alle concentrazioni di Ca .

L’importanza del ciclo di Krebs non è solo quella di convertire l’energia in modo che sia

riutilizzabile, ma anche quella di fornire molecole utili per altre vie metaboliche.

Dall’ingresso nel ciclo di Acetil-CoA, il ciclo si compone di 8 reazioni:

1) La prima reazione consiste nella condensazione dell’acetil-CoA con l’ossalacetato,

reazione catalizzata da citrato sintasi e quindi ci sarà un intermedio di reazione che

libererà acqua e CoA. È un attacco nucleofilo che genera due molecole chirali R e S. La

regolazione di questo enzima è importante la regolazione avviene tramite NADH e

succinil-CoA che è un prodotto successivo nel ciclo di Krebs, che lo inibiscono

allostericamente. Questa prima reazione ha come ΔG circa -54.

2) Il citrato va trasformato in isocitrato poiché il primo non è un buon substrato per la

reazione di ossidazione. Questa reazione è catalizzata da un’aconitasi, un enzima della

famiglia delle isomerasi. Questo è un enzima stereospecifico che lavora solo sullo

stereoisomero R. Il meccanismo con la quale l’enzima agisce è caratterizzato da una

disidratazione prima con formazione di un doppio legame e una reidratazione

successiva.

3) La reazione successiva è catalizzata dall’isocitrato deidrogenasi, e rappresenta la prima

decarbossilazione ossidativa del ciclo di krebs. L’isocitrato è trasformato in alfa-

chetoglutarato e si formano le prime molecole di NADH, quindi le prime molecole

energetiche. l’enzima di questa reazione è regolato allostericamente da NADH e ATP

come inibitori e dal ADP come attivatori. L’alfa-chetoglutarato è importante anche nella

transaminazione e quindi nel metabolismo degli amminoacidi. La decarbossilazione è

spontanea per la posizione alfa.

4) La reazione successiva è catalizzata da un altro complesso enzimatico, dell’alfa-

chetoglutarato deidrogenasi che è simile a quello della piruvato deidrogenasi, varierà

solo nel primo enzima che avrà un substrato diverso. Si otterrà il succinil-CoA che

conterrà un legame tioestere che è una classe di legame che sono ottimi intermedi

energetici.

5) Ad opera della succinil-CoA sintetasi si avrà la reazione di fosforilazione a livello del

substrato, poiché la formazione della molecola energetica avviene a livello delle vie

metaboliche. A differenza della glicolisi non si forma direttamente ATP ma si forma GTP

che verrà convertita successivamente. Il CoA è liberato e si forma succinato. Nel sito

attivo del succinil-CoA è presente His, l’amminoacido anfotero, che attacca il fosfato del

succinil-CoA, con idrolisi del CoA, e come fosfoistidina cederà il fosfato a GDP.

6) Ottenuto il succinato, a 4 atomi di carbonio, si completa l’ossidazione in ossalacetato

che ricomincerà il ciclo in 3 reazioni. La prima, sesta nel ciclo completo, trasformerà il

succinato in fumarato, presente anche nel ciclo dell’urea, tramite una succinato

deidrogenasi utilizzando come coenzima il FADH . La succinato deidrogenasi è un

2

enzima presente nelle creste mitocondriali che fa parte della catena di trasporto degli

elettroni, secondo complesso e unico che non ha gradiente protonico che non fornisce

energia per la sintesi di ATP, nella membrana interna dei mitocondri. Cioè è possibile

poiché il FADH è direttamente unito, poiché enzima, all’enzima a differenza del NADH,

2

in modo covalente.

7) A questo punto si avrà un’idratazione tramite fumarasi che produrrà L-malato.

8) Quindi un’ossidazione completa del malato termina il ciclo per produrre ossalacetato

con formazione di NADH. La reazione è catalizzata da malato deidrogenasi. La

stereospecificità del prodotto è data dal NADH.

Le ultime tre reazioni sono presenti anche nel catabolismo e nelle vie metaboliche di acidi

grassi e amminoacidi.

Nel complesso quindi, l’ossidazione di un acetato proveniente da un glucosio produce: 2

molecole di CO (una da isocitrato deidrogenasi e una da alfa-chetoglutarato idrogenasi), una

2

molecola di ATP e 4 molecole di coenzimi ridotti(3 NAD e 1 FAD). Il ΔG dell’intero ciclo è -40 J,

quindi il ciclo è spontaneo.

Invece comprendendo nel bilancio l’ossidazione completa di una molecola di glucosio (glicolisi

+ ciclo di krebs) si produrranno: 6 molecole di anidride carbonica, 10 NADH, 2 FADH e 4

2

molecole di ATP. Inoltre da ogni molecola di NADH si ottengono 3 molecole di ATP e da ogni

molecola di FADH 2 molecole. Il bilancio completo quindi sarà di 38 molecole di ATP per ogni

2

ossidazione di una molecola di glucosio.

Reazioni anaplerotiche: sono reazioni di riempimento del ciclo di Krebs. Piruvato carbossilasi:

trasforma il piruvato in ossalacetato, attivato dall’ acetil-CoA. La fosfoenolpiruvato carbossilasi

che converte il fosfoenolpiruvato in ossalacetato, inibita dall’aspartato e tipica dei batteri delle

piante. L’enzima amalico, che, in presenza di piruvato, lo converte in malato. Infine la

fosfoenolpiruvato chinasi che lega l’anidride carbonica e l’ossalacetato producendo

fosfoenolpiruvato. Tutte queste reazioni avvengono in carenza di carboidrati.

+

Carica energetica della cellula: rapporto tra ADP/NAD e ATP/NADH.

Isocitrato deidrogenasi ΔG -17

Alfa-chetoglutarato idrogenasi ΔG -44

METABOLISMO ACIDI GRASSI

I grassi possono essere semplici (acidi grassi e colesterolo) o complessi (glicerofosfolipidi,

sfingosidi e trigliceridi) che per essere degradati devono essere prima deidratati. La

degradazione degli acidi grassi avviene a livello del mitocondrio. Sono la principale fonte

energetica anche se meno efficienti del glucosio.

L’acido grasso, sintetizzato o ingerito, &e