Biochimica per scienze biologiche

PERDITA DEL GRUPPO FOSFATO E FORMAZIONE PIRUVATO BIOCHIMICA 101

11A. FERMENTAZIONE LATTICA = AGGIUNTA DI UN OH AL C2 E FORMAZIONE DILATTATO

11B. FERMENTAZIONE ALCOLICA = TRAMITE LA TIAMINA PIROFOSFATO FORMAZIONE DI ACETALDEIDE E POI FORMAZIONE DI ETANOLO

SI è osservato che nel citosol gli enzimi gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi e la fosfoglicerato chinasi nel citosol sono debolmente associati. Questo perché il prodotto del primo enzima (1,3 bisfosfoglicerato) è il substrato del secondo (che andrà a formare 3-fosfoglicerato), e così non è necessario un ulteriore processo diffusionale per spostare i substrati da un enzima all'altro nel citosol, accelerando il processo. Essendo debolmente associati, non appena una cellula viene rotta per studiarli il rischio è che si dissocino per diluizione.

Altri enzimi invece sono associati con elevata affinità, per esempio la piruvato deidrogenasi e i complessi respiratori.

BIOENERGETICA DELLA

GLICOLISI

La glicolisi garantisce un flusso spontaneo di daglucosio a prodtti finali grazie a tre reazioniirreversibili:

1. Attacco di un gruppo P al glucosio chediventa glucosio-6-fosfato (esochinasi)
2. Attacco di un secondo gruppo P al fruttosio6-fosfato che diventa fruttosio-1,6-bisfosfato(fosfofruttochinasi)
3. Conversione i fosfoenolpiruvato in piruvatograzie alla rimozione di un gruppo P dal C2(piruvato chinasi)

In una reazione con un reagente e due prodotti l'equilibrio si sposta verso i prodotti quanto più unareazione è diluita, ovvero quanto più basse sono le concentrazioni delle specie chimiche che partecipanoalla reazione

Es. ALDOLASI = nelle condizioni fisiologiche (con concentrazioni di reagenti e prodotti nell'ordine di 10^-4M), la quantità di triosi all'equilibrio è apprezzabile rispetto a quella del fruttosio 1,6-bisfosfato,nonostante la costante di equilibri sia molto bassa e il deltaG sia di 5.7 kcal/mol

BIOCHIMICA

102FONDAMENTI STRUTTURALI DELL'ELEVATA ESOERGONICITA' DELLA REAZIONE DELLA PIRUVATO CHINASI

Il legame estere di norma non è un legame ad alta energia, tuttavia nel fosfoenol piruvato il legame tra il C2 e il gruppo P lo è, e questo è dovuto al fenomeno di tautomeria

Il NAD+ è un coenzima della glicolisi che si riduce durante la conversione di gliceraldeide-3-fosfato in 1,3-bisfosfoglicerato grazie alla gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi. Deve quindi essere nuovamente ossidato per tornare disponibile in forma di NAD+, e ciò avviene durante la fermentazione lattica e alcolica

BIOCHIMICA 103

BILANCI ENERGETICI

ENZIMI E LORO REGOLATORI

1. ESOCHINASI (da glucosio a glucosio-6-fosfato)

Inibitore = glucosio-6-P (inibizione a feedback)

Attivatore = glucosio

2. FOSFOFRUTTOCHINASI (da fruttosio-6-fosfato a fruttosio-1,6-bisfosfato)

Inibitori = ATP E CITRATO

Attivatori = AMP, ADP E FRUTTOSIO-2,6-BISFOSFATO

La PFK è un enzima tetramerico

(subunità di ca. 90kDa) allosterico

Usa ATP come substrato e inibitore, infatti con l'aumento della concentrazione di ATP la reazione rallenta. All'inizio se la concentrazione di questo è bassa si legherà solo al sito catalitico, altrimenti inizierà a legarsi anche al sito regolatore (accessibile solo alla forma T). Il risultato è a stabilizzazione della forma tesa, dunque inibizione.

3. PIRUVATO CHINASI (da fosfonenolpiruvato a piruvato)

Attivatori = ALANINA E ACETIL-COA

Inibitori = FRUTTOSIO-1,6-BISFOSFATO

REGOLAZIONE DELLA GLICOLISI NEL MUSCOLO

Nel muscolo a riposo la concentrazione di ATP è elevata la reazione glicolitica è rallentata. Andranno progressivamente a diminuire gli intermedi alla fine della reazione e ad aumentare quelli all'inizio. È la PFK a controllare la via glicolitica nel muscolo, e il suo controllo è responsabile dell'effetto Pasteur. Tutte le vie metaboliche sono esoergoniche, dunque spontanee termodinamicamente.

Il funzionamento dell'adenilato chinasi permette il pieno sfruttamento dei legami ad alta energia. Altrimenti anziché due, quello disponibile sarebbe uno solo. Inoltre è stato osservato che mutazioni che inattivano l'adenilato chinasi provocano ritardo mentale e anemia emolitica.

Il calcolo delle tre frazioni percentuali si svolge risolvendo un'equazione a tre incognite, assumendo che ATP+ADP+AMP = 100. In condizioni fisiologiche la concentrazione di ATP è maggiore rispetto a quella di ADP, che è maggiore rispetto a quella di AMP.

La carica energetica è mantenuta costante da un effetto combinato di reazioni anaboliche e cataboliche. Infatti, quando l'energia aumenta, le reazioni anaboliche sono favorite e aumentano, mentre diminuiscono quelle cataboliche. Al contrario, se c'è bisogno di energia, vengono attivate le reazioni cataboliche e ridotte quelle anaboliche.

BIOCHIMICA 105 LA DIGESTIONE DEI DISACCARIDI NEGLI ORGANISMI UMANI

MALTOSIO

Il maltosio è in realtà un prodotto di digestione degli amidi. Questi, che sono polimeri diglucosio legati da legami alfa 1-4, vengono inizialmente degradati da amilasi nella saliva e poi successivamente da altre amilasi prodotte dal pancreas fino ad arrivare a maltosio.

Il maltosio è poi idrolizzato a glucosio da maltasi intestinali, e il glucosio è indirizzato al fegato dall'intestino. Nel fegato può essere immagazzinato se la concentrazione di glucosio in circolo è già abbondante, altrimenti viene utilizzato da altri organi.

SACCAROSIO

È il normale zucchero da cucina e viene idrolizzato dalla saccarasi (enzima associato all'epitelio intestinale) in glucosio e fruttosio. Questi vengono riassorbiti e inviati al fegato tramite la vena porta dove vengono primariamente metabolizzati, anche se tutti gli altri organi hanno la capacità di metabolizzarlo.

LATTOSIO

È idrolizzato da una lattasi intestinale.

In glucosio e galattosio. Quest'ultimo viene sempre captato dal fegato. Si pensava che nelle popolazioni primitive l'unica fonte di lattosio fosse il latte materno, per cui con l'avanzare dell'età la capacità di digerirlo declinasse. Poi, con l'introduzione della pastorizia ha fatto sì che questa capacità continuasse anche durante l'età adulta. Tuttavia non in tutti i soggetti ciò è possibile, infatti manifestano intolleranza al lattosio, dovuta al fatto che i batteri intestinali metabolizzano i disaccaridi generando prodotti che causano una caratteristica sintomatologia intestinale.

Il cellobiosio è un polimero di glucosio con legami beta 1-4, per cui per essere scisso ha bisogno di beta-glicosidasi. La maggior parte degli organismi non possiede tale enzima. Animali come i bovini invece hanno il tubo digerente abitato da colonie di batteri simbionti in grado di digerire zuccheri come questo.

Essi infatti possiede cellulasi (enzima in grado di scindere la cellulosa)

ENTRATA DEL FRUTTOSIO NELLA GLICOLISI

1. Tessuto adiposo, muscolo, rene

La fruttochinasi ha una bassa Km per il fruttosio (circa 0.5 mM) ed è tipicamente epatica

L'esochinasi invece trasforma con diversa efficienza molti esosi e ha una Km per il fruttosio di circa 12 mM

Ne consegue che, siccome la fruttochinasi per svolgere le sue funzioni a velocità apprezzabili ha bisogno di meno fruttosio, questo verrà catturato principalmente nel fegato, dove viene utilizzato per la sintesi del glicogeno e/o di acidi grassi

Al contrario le esochinasi (nome generico per identificare una serie di isoenzimi presenti nei tessuti muscolare, nervoso e adiposo) ha maggiore affinità (quindi minore Km) per il glucosio rispetto alla chinasipresente nel fegato glucochinasi). Per questo motivo il fegato cattura glucosio solo quando quello in circolazione è molto abbondante, altrimenti lascia priorità

è proporzionale alla carica che si sposta. Per conoscere la capacità intrinseca di

del campo di produrre lavoro si dovrà dividere il lavoro per la carica che si è spostata, ottenendo il

potenziale elettrico deltaV (variazione di potenziale espressa in Volt, Joule\Coulomb)

Il potenziale ossidoriduttivo è invece la tendenza di un composto a cedere elettroni: dunque anche in

questo caso avviene uno spostamento di cariche da un composto all'altro.

Maggiore è la tendenza a cedere elettroni, più negativo è il potenziale, al contrario maggiore è la tendenza

ad acquistare elettroni, più positivo è il potenziale

CELLA ELETTROCHIMICA

Due semicelle contenenti ciascuna uno ione in forma ossidata e lo stresso ione in forma ridotta (es. Zn e

Zn2+). Le due semicelle sono connesse da un ponte di agar che previene il loro rimescolamento ma

consente il passaggi