Biochimica - parte 4

Ubichinone (Coenzima Q)

L'ubichinone (anche detto coenzima Q o semplicemente Q) possiede un anello della benzochinonica e una coda polietetra alifatica di tipo isoprenoidi ripetuta n volte (10 nel regno animale). L'ubichinone può accettare un solo elettrone e un solo protone, formando un radicale semichinonico stabile o può accettare 2 elettroni e 2 protoni, passando alle forme completamente ridotte di ubichinolo. L'ubichinone ha piccole dimensioni ed è idrofobico per cui si muove liberamente nel doppio strato fosfolipidico della membrana mitocondriale interna. È più agevole da pensare che tra trasportatori di elettroni, meno mobile, oltre che trasportato elettroni l'ubichinone trasporta protoni, per cui ha un ruolo importante nel processo di accoppiamento tra flusso elettronico e gradimento atomico.

Ubichinone (Q)(piemamento ossidato)

Radicale semichinonico(QH^•)

Ubichinolo (QH₂)(piemamento ridotto)

Citocromi

I citocromi sono proteine che possiedono una componente organica, cioè un gruppo prostetico eme. Ogni eme possiede 4 anelli e 5 membri contornati a zoto che costituiscono una struttura ciclica detta porfirina. I 4 atomi di zoto sono coordinati

con uno ione centrale di Fe, che può assumere gli stati di ossidazione Fe₂₊ e Fe₃₊ accettando e dando elettroni. L’eme H viene trasportatore di elettroni nella catena respiratoria esistono 3 tipi di citocromi (a, b, c) che possiedono un gruppo eme con la stessa struttura tetrapirrolica ma con sostituenti diversi, legato in modo differente alla catena polipeptidica.

• Citocromo a possiede come sostituenti un gruppo vinilico, un gruppo formile ed una lunga catena isoprenoide. Il gruppo eme è legato non covalentemente alla catena polipeptidica.
• Citocromo b possiede come sostituenti 2 gruppi vinilici (si tratta della ferroprotoporfirina IX presente anche nella mioglobina e nell’emoglobina). Anche in questo caso, il gruppo eme è legato non covalentemente alla catena polipeptidica.
• Citocromo c il suo gruppo eme è legato covalentemente alla catena polipeptidica attraverso ponti tioeteri con residui di cisteina.

Eme A (nei citocromi di tipo a)

Complesso III: dell'ubichinone - Citocromo C ossidoreduttasi

Il complesso III è costituito da: citocromo c₁, citocromo b e una proteina Fe-S particolari con atomi di Fe che presentano legami di coordinazione con atomi di S di residui di cisteina. Adiacente comunque al complesso III c'è il citocromo c, che trasporta gli elettroni dal complesso III al complesso IV. Il citocromo c infatti è una proteina solubile per cui utilizza delle tasche polari dei fosfolipidi affacciandosi nello spazio intermembrana. Il trasporto di elettroni e di protoni attraverso il complesso III nello spazio_p segue il ciclo Q.

Il citocromo Q ridotto dal complesso I, II o dalla proteina ETF cede i suoi 2e^- al complesso III, ma lasciando di essi seguire un percorso diverso. Uno e^- viene ceduto al centro Fe-S, per poi passare al citocromo c₁ ed infine al citocromo c, e l'altro elettrone viene ceduto al citocromo b, i cui 3 gruppi eme (b_L e b_H) lo trasportano ad una molecola di citocromo a ossidato presente dal lato della matrice mitocondriale in cui questo elettrone va allo stato di radicale semichinone, e che quando un secondo molecola di coenzima Q ridotto raggiunge il complesso III, e i 2 e^- che adde seguono lo stesso percorso appena descritto.

Il risultato finale è che 2 molecole di citocromo c vengono ridotte, e riducendo due complesso III, trasportano gli elettroni al complesso IV (ciascuna molecola di citocromo c trasporta 1 elettrone); il coenzima Q presente dal lato della matrice mitocondriale, passa alla forma completamente ridotta e le 2 molecole di coenzima Q ridotto che raggiungono il complesso III passano nella forma ossidata. Quindi il ciclo Q regola il trasportamento degli elettroni da un trasportatore a 2e^- (il coenzima Q) a trasportare a un solo elettrone (i 2 gruppi eme del citocromo b e i 3 gruppi eme del citocromo c₁ e c).

Anche nel complesso III il trasporto degli elettroni è accoppiato, e per cui l'energia derivante da questo processo è sfruttata per il rilascio di 4 H⁺ nello spazio intermembrana per ogni coppia di e^- che passa attraverso il complesso III e viene trasportata al citocromo c (cioè in una fase del ciclo sono pompati 2 H⁺).

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1. In questa modo per ogni giro complete della subunita y (360°) ciascuna coppia a/B assumes 3 le conformazioni e si ha metabolismo compensato di 3 molecole di ATP (una per ogni rotozzone di 120°).

Rapporti stechiometrici e tipi di trasporto

Per il rilascio di una molecola di ATP da parte delta subunita B occorrono 4H⁺: 3H⁺ attraversano il complesso F₀. 1H⁺ e usato per trasportar e Pi. Quindi se si considera la riossidazione del NADH, sapendo che i protoni trasportati sono 10, le molécole di ATP prodotte saranno 2,5; se si considera la riossidazione del FADH₂, sapendo che i protoni trasportati sono 6, le molecole di ATP prodotte saranno 1,5. Poiche la fosforilazione ossidativa pussa avvenire it, oltre all'ATP, sintasti si devono produre anch i 2 sistcmi di:

1. Indtoportarsi protoni sulle membrane interne: fosfato traslocasi → traffico nella matrice importo una intone H₃PO₄ e uno ins H⁺. In questo modo il Pi introdotto potra essere usato per la sintesi di ATP.
2. Traslocasi di nucleotidi adceinici (cativoport) ADP→ATP e 2^up uno molecola di AP ^3- nello spazio intermembrana e la transporte nella matrice scambiando con una molecola di ATP^4- che contemporaneamente vieno, tratportats nello spazia, intermermbcana (tarkaporte); L'ADP entrotato in matricc e usato per la sintesi di ATP, questo scambiatorio ADP-ATP e detto, elettrogenico poiche le 2 unolecle si transporta possessina carica divers(CDP^3- e ATP^4-).

Regolazione della respirazione ossidativa

La velocità della respirazione cellulare è regolata della maxsima energetica della cellula: I'ADP esercitata un'ziona e feedback positivo cioc quando é alta le sua concentrazione é quindi la sua disponibilita per la fosfotilazione ossidativa. La

produzione di NADH eccessiva a livello della catena respiratoria. Utilizzando

l'ossigeno, quindi, risolveremo una diminuzione della pressione di O₂, cioè vuol

dire che i mitocondri isolati iniziano a consumare O₂ e a sintetizzare ATP solo in

presenza di un substrato ossidabile. Vediamo ora l'effetto che alcune sostanze

inibitrici hanno sui questi mitocondri a contatto con la soluzione di malato:

tenomicina inibisce il complesso I per cui la catena respiratoria non funziona e

non si registra nessuna diminuzione dei livelli di O₂ né la sintesi di ATP.

2,4dinitrofenolo trasporta i protoni al posto dell'ATP sintasi per cui blocca la

sintesi di ATP ma opera la catena respiratoria e si registrerà quindi una diminuzione dei

livelli di O₂.

Oligomicina inibisce il complesso F_o dell'ATP sintasi per cui l'ATP non viene sintetizzata

e pi che si accumulano nello spazio intermembrnaario riducendo l'attività della catena

respiratoria e si ha la diminuzione dei livelli di O₂ e neanche la sintesi di ATP.

Supponiamo ora che i mitocondri isolati a contatto con gli acidi grassi. Questi

tramite β-ossidazione daranno origine a molecole di gluco con che protroniamo

nel cliclo di Kreb a cui segue poi la fosforizzazione ossidativa. Per cui in presenza di

acidi grassi sarà rilevata una diminuzione dei livelli di O₂ e la sintesi di ATP.

Gli acidi grassi aggiungiamo l'antamicina il complesso III viene bloccato per cui meno c'è

più trasporto di e^- e non si registra né la sintesi di ATP né la diminuzione dei livelli

di O₂.

Inibisce il complesso I viene bloccato per cui non si rileva più una diminuzione

non livelli di O₂ né la sintesi di ATP

Supponiamo infine di portare i mitocondri isolati e contatto con ADP e Pi. In queste

condizioni il consumo di O₂ è molto basso e non c'è la sintesi di ATP. Se si aggiunge

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