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dell’ossigeno.   Per   questo   motivo   il   monossido   di   carbonio   è   molto   tossico   per   gli  

organismo  aerobi.      

La  funzione  della  mioglobina  dipende  dalla  capicità  delle  proteine  non  solo  di  legare  

l’ossigeno,   ma   anche   di   rilasciarlo   quando   non   è   necessario.   In   genere   il   legame  

reversibile   di   un   ligando   a   una   proteina   può   essere   descritto   dalla   reazione  

all’equilibrio:   P+L  à  PL  

La  posizione  dell’equilibrio  della  reazione  è  definita  dalla  costante  di  equilibrio  K  

a

K =  [PL]/[P][L]  

a

K   definita   costante   di   associazione,   descrive   l’affinità   del   ligando   L   per   la  

a

proteina  P.  Un  valore  di  K  elevato  corrisponde  a  un’elevata  affinità  del  ligando  per  la  

a

proteina.   L’emoglobina   ha   una   forma   quasi   sferica   ed   è   una   proteina   tetramerica  

contenente  quattro  gruppi  prostetici  eme,  uno  per  ciascuna  subunità.  L’emoglobina  

A   contiene   due   tipi   di   globine,   due   α   e   due   β.   L’analisi   ai   raggi   X   ha   rivelato   che  

l’emoglobina   può   essere   in   due   forme   conformazionali   principali:   lo   stato   T   e   lo  

stato   R.   L’ossigeno   si   può   legare   in   entrambi   gli   stati,   ma   lo   stato   R   ha   un’affinità  

molto  più  elevata.  Il  legame  dell’ossigeno  alla  proteina  stabilizza  lo  stato  R;  quando  

l’ossigeno   non   è   disponibile,   lo   stato   T   è   più   stabile   e   quindi   questa   è   la  

conformazione   predominante   della   deossiemoglobina.   Il   legame   di   O   ad   una  

2

subunità   dell’emoglobina   nello   stato   T   innesca   una   modificazione   conformazionale  

che   la   converte   nello   stato   R.   La   prima   molecola   di   O interagisce   con   la  

2  

deossiemoglobina   piuttosto   debolmente   in   quanto   si   sta   legando   ad   una   subunutà  

nello   stato   T.   Questo   legame   però   determina   una   modificazione  

conformazionale  che  che  viene  comunicata  alle  subunità  adiacenti,  rendendo  più  

facile  l’interazione  dell’ossigeno  con  le  altre  subunità.  Dopo  che  l’ossigeno  si  è  legato  

alla  prima  subunità,  ha  inizio  la  transazione  TàR  che  rende  più  facile  il  legame  della  

seconda  molecola  di  O .  La  quarta  ed  ultima  molecola  di  O si  lega  ad  un  gruppo  eme  

2 2  

di   una   subunità   ormai   nello   stato   R   e   quindi   presenta   la   massima   affinità   per   il   suo  

ligando.  Una  proteina  allosterica  è  appunto  quella  in  cui  il  legame  di  un  ligando  a  

un  sito  modifica  le  proprietà  di  un  altro  sito  sulla  stessa  molecola  proteica.  Quando  il  

normale   ligando   di   una   proteina   allosterica   è   anche   modulatore,   l’interazione   viene  

detta   omotropica.   Se   invece   il   modulatore   è   una   molecola   diversa   dal   ligando  

normale,   l’interazione   viene   detta   eterotropica.   Oltre   all’ossigeno,   l’emoglobina  

+

trasporta  anche  due  prodotti  finali  della  respirazione  cellulare,  H  e  CO ,  dai  tessuti  

2

ai   polmoni   ed   ai   reni   dove   vengono   escreti.   La   CO   prodotta   nei   mitocondri  

2 5 | Page  

dall’ossidazione   delle   sostanze   organiche   nutrienti   viene   idratata   in   forma   di  

bicarbonato:   + 3-­‐  

CO  +  H O  à  H  +  HCO

2 2  

Questa   reazione   è   catalizzata   dalla   anidrasi   carbonica.   L’idratazione   della   CO   a  

2

+

bicarbonato  produce  un  aumento  della  [H ]  che  abbassano  il  pH  nei  tessuti.  Il  legame  

dell’ossigeno   all’emoglobina   è   profondamente   influenzato   dal   pH   e   dalla   [CO ].  

2

L’effetto  del  pH  e  della  [CO ]  sul  legame  e  sul  rilascio  dell’ossigeno  dall’emoglobina  è  

2

detto   effetto   Bohr.   Quando   la   concentrazione   di   ossigeno   è   sufficientemente  

elevata,   come   accade   nei   polmoni,   l’emoglobina   lega   l’O   e   rilascia   il   protone;  

2

viceversa,  quando  la  concentrazione  di  ossigeno  è  bassa,  come  nei  tessuti  periferici,  

l’O  viene  rilasciato  e  contemporaneamente  si  lega  il  protone.  L’ossigeno  si  lega  agli  

2 +

ioni   ferrosi   dei   gruppi   eme,   mentre   lo   ione   H   si   lega   alle   catene   laterali   di   diversi  

residui   amminoacidici   della   proteina.   L’emoglobina,   come   dicevamo   prima,   oltre   a  

+

legare   l’H ,   lega   anche   la   CO   che   forma   carbammato   al   gruppo   α-­‐amminico  

2

dell’estremità   ammino-­‐terminale   di   ciascuna   catena   globinica;   si   genera   in   questo  

+  

modo   carbamminoemoglobina.   Questa   reazione   produce   H e   contribuisce   a  

generare   l’effetto   Bohr.   Il   legame   dell’ossigeno   all’emoglobina   è   regolato   dal   2,3-­‐

regolazione   allosterica  

bifosfoglicerato   (BPG).   Questo   è   un   esempio   di  

eterotropica .   Il   BPG   è   presente   in   quantità   piuttosto   elevata   nei   globuli   rossi.   Esso  

riduce   profondamente   l’affinità   dell’emoglobina   all’ossigeno;   ossigeno   e   BPG   hanno  

effetti   allosterici   opposti.   Il   BPG   si   lega   all’emoglobina   nella   cavità   tra   le  

subunità   β     nello   stato   T.   Questa   cavita   è   rivestita   da   amminoacidi   con   gruppi   R  

carichi  positivamente  che  interagiscono  con  i  gruppi  carichi  negativamente  del  BPG.  

Il  BPG  abbassa  l’affinità  dell’ossigeno  e  stabilizza  lo  stato  T;  la  transizione  

allo   stato   R   restringe   la   tasca   in   cui   si   va   a   legare   il   BPG,   impedendogli   qualsiasi  

interazione.      

Cap.6  

 

Gli  enzimi  hanno  uno  straordinario  potere  catalitico  basato  su  un  elevato  grado  di  

specificità   per   i   loro   substrati   che   permette   loro   di   accelerare   enormemente   le  

reazioni  chimiche.  Tranne  un  piccolo  gruppo  di  molecole  di  RNA  catalitico,  tutti  gli  

enzimi   sono   proteine.   Se   un   enzima   viene   denaturato   o   dissociato   in   subunità,  

perde   la   sua   natura   catalitica.   Le   strutture   primarie,   secondarie,terziarie   e  

6 | Page  

quaternarie   sono   essenziali   per   l’espressione   dell’attività   catalitica.   Alcuni   enzimi  

non   hanno   bisogno   per   la   loro   attività   di   altri   gruppi   chimici;   altri   invece   hanno  

bisogno   di   componenti   chimici   chiamati   cofattori   (uno   o   più   ioni   inorganici   come  

2+

Fe )   oppure   da   complesse   molecole   organiche   o   metallorganiche   chiamate  

coenzimi.   Un   coenzima   o   uno   ione   metallico   legato   covalentemente   alla   proteina  

enzimatica   viene   detto   gruppo   prostetico.   Un   enzima   cataliticamente   attivo   con  

tutti  i  suoi  coenzimi  o  ioni  metallici  è  detto  oloenzima,  mentre  la  parte  proteica  di  

un   enzima   è   chiamata   apoenzima.   Una   caratteristica   delle   reazioni   catalizzate   da  

enzimi,  è  quella  di  avvenire  all’interno  dei  confini  di  una  tasca  dell’enzima,  chiamata  

sito   attivo.   La   molecola   che   si   lega   al   sito   attivo   e   su   cui   l’enzima   agisce   è   detta  

substrato.   La   superficie   di   un   sito   attivo   è   rivestita   da   residui   amminoacidici   i   cui  

gruppi  funzionali  costituenti  legano  il  substrato  e  catalizzano  la  reazione  chimica.  La  

velocità

funzione  di  un  catalizzatore  è  quella  di  aumentare  la    di  reazione  senza  però  

equilibri Il  catalizzatore  aumenta  la  velocità  di  reazione  

modificare  gli    della  reazione.  

abbassando   l’energia   di   attivazione .   Ogni   reazione   è   costituita   da   diverse   tappe  

specie   chimiche   transitorie

intermedie   dove   si   ha   la   formazione   e   la   scomparsa   di   ,  

chiamate  intermenti  della  reazione.    

 

Come   fa   un   enzima   ad   abbassare   drasticamente   l’energia   di   attivazione   di   una  

specifica  reazione?  Tramite  due  interazioni:  

Riarrangiamento  di  legami  covalenti  che  si  hanno  durante  una  reazione  

• catalizzata.  Tra  i  gruppi  funzionali  del  substrato  e  dell’enzima  hanno  luogo  molti  

tipi   di   reazioni   chimiche.   I   gruppi   funzionali   catalitici   di   un   enzima   possono  

formare  un  legame  covalente  transitorio  con  il  substrato,  rendendolo  più  attivo  

e   reattivo,   oppure   un   gruppo   può   essere   trasferito   momentaneamente   dal  

substrato  all’enzima.  

Interazioni   non   covalenti   che   si   instaurano   fra   enzima   e   substrato.   Molta  

• dell’energia  che  serve  ad  abbassare  l’energia  di  attivazione  deriva  da  interazioni  

deboli  non  covalenti  che  si  instaurano  fra  substrato  e  l’enzima.  

L’energia   che   si   libera   dalle   interazioni   substrato-­‐enzima   viene   detta   energia   di  

è   la   fonte   principale   di   energia   libera   usata   dall’enzima   per  

legame   (ΔG )   ed  

B

abbassare  l’energia  di  attivazione  della  reazione .  Ricapitolando:  

1. Il   potere   catalitico   degli   enzimi   deriva   dall’energia   rilasciata   durante   la  

formazione  di  legami  ed  interazioni  deboli  tra  il  substrato  e  l’enzima. 7 | Page  

trasferimento temporaneo

La  catalisi  acida  è  un  processo  in  cui  il      di  un  protone  da  

un   acido   abbassa   l’energia   libera   dello   stato   di   transizione   di   una   reazione.   Si  

parla   di   catalisi   basica   se   la   velocità   di   reazione   viene   accelerata   dalla  

sottrazione  temporanea   di  un  protone  da  parte  di  una  base.  La  catalisi  covalente  

legame  covalente  transitorio

coinvolge  la  formazione  di  un    tra  l’enzima  e  il  substrato.  

Nella  catalisi  favorita  da  ioni  metallici,  gli  ioni  metallici  possono  :  

1. Legarsi  al  substrato  in  modo  da  orientarlo  correttamente;

2. Partecipare   a   reazioni   di   ossido-­‐riduzione   mediante   cambiamento   reversibile  

del  numero  di  ossidazione  del  metallo;

3. Stabilizzare  elettrostaticamente  cariche  negative.

Uno   dei   fattori   chiave   che   modificano   la   velocità   di   una   reazione   catalizzata   da   un  

enzima,   è   la     quantità   di   substrato   disponibile   [S].   Normalmente   la   [S]   varia  

man   mano   che   la   reazione   procede   e   il   substrato   viene   convertito   in   prodotto.   Si  

introduce  il  concetto  di  velocità  iniziale  V quando  la  [S]  è  in  generale  molto  più  

0  

grande  della  [E].    

 

Michaelis   ipotizzò   che   l’enzima   per   prima   cosa   si  

combinasse   con   il   substrato,   formando   il  

complesso   enzima-­‐substrato   in   una   tappa  

relativamente  veloce  e  reversibile.  Il  complesso  ES  si  decompone  poi  in  una  tappa  più  

lenta   che   produce   l’enzima   libero   e   il   prodotto   della   reazione   P.   La  

l'andamento   della   velocità   di  

cinetica   di   Michaelis-­‐Menten   descrive  

una   reazione  

catalizzata  da  enzimi ,  

al   variare   della  

concentrazione   di  

substrato. Quando  ES  

 

assume   un   valore   di  

concentrazione   che  

si   mantiene  

costante   nel  

tempo,  si  dice  che  è  

stato   raggiunto   lo  

stato   stazionario.  

K è  uguale  alla  [S]  a  

M   8 | Page  

cui  la  velocità  di  reazione  è  pari  alla  metà  di  quella  massima.  K  indica  anche  l’affinità  

M

tra  un  enzima  e  il  suo  substrato.  

Gli  enzimi  possono  essere  soggetti  ad  inibizione  reversibile  o  irreversibile.  Gli  

inibitori  enzimatici  sono  delle  molecole  che  interferiscono  con  la  catalisi  rallentando  

aspirina

o  bloccando  le  reazioni  catalizzate  da  enzimi.  Per  esempio,  l’  inibisce  l’enzima  

prostaglandine

che  catalizza  la  prima  reazione  della  via  di  sintesi  delle   ,  composti  che  

partecipano   a   numerosi   processi,   tra   cui   anche   l’insorgenza   del   dolore.   Un   tipo  

comune  di  inibizione  reversibile  viene  detta  competitiva  e  un  inibitore  competitivo  

compete   con   il   substrato   per   il   legame   al   sito   attivo   dell’enzima.   Sono   spesso  

composti   che   ricordano   il   substrato   e   si   combinano   con   l’enzima   formando   un  

EI

complesso   .   Un   inibitore   incompetitivo   a   differenza   di   quello   competitivo,   si  

lega  ad  un  sito  diverso  da  quello  del  substrato,  che  è  presente  soltanto  nel  complesso  

ES .  Un  inibitore  misto si  lega  ad  un  sito  distinto  da  quello  che  lega  il  substrato,  ma  

 

si   può   legare   sia   ad   E,   sia   a   ES.   Gli   inibitori   irreversibili   sono   quelli   che   si  

combinano   o   distruggono   un   gruppo   funzionale   dell’enzima   necessario   per   l’attività  

catalitica.   Una   classe   speciale   di   inibitori   irreversibili,   sono   gli   inibitori   suicidi.  

Questi  composti  si  legano  al  sito  attivo  dell’enzima  e  portano  avanti  le  prime  tappe  

normali   della   reazione   enzimatica,   ma,   invece   di   essere   trasformato   nel   prodotto  

naturale  della  reazione,  l’inattivatore  viene  convertito  in  un  composto  molto  reattivo  

che   si   combina   in   modo   irreversibile   con   l’enzima.   Gli   enzimi   regolatori   possono  

modulare   la   loro   attività   catalitica   in   relazione   a   determinati   segnali.   Modificazioni  

nella   velocità   delle   reazioni   catalizzate   da   questi   enzimi   e   quindi   nell’intera   via  

metabolica   consentono   alla   cellula   di   adeguarsi   a   modificazioni   nella   richiesta   di  

energia   e   di   biomolecole   necessarie   per   la   crescita   e   per   la   riparazione.   In   molto  

sistemi   multienzimatici,   il   primo   enzima   della   sequenza   metabolica   è   un   enzima  

regolatore.  Nelle  vie  metaboliche  vi  sono  due  classi  di  altri  regolatori:  

Enzimi   allosterici,   agiscono   mediante   interazioni   non   covalenti   e   reversibili  

• di  composti  regolatori  chiamati  effettori  o  modulatori;

Altri  enzimi  sono  regolati  da  modificazioni  covalenti  reversibili.  

La   regolazione   allosterica   non   covalente   permette   una   regolazione   fine   delle   vie  

metaboliche   che   devono   funzionare   continuamente   ma   a   velocità   diverse   per  

adattarsi   alle   necessità   della   cellula.   I   modulatori   possono   essere   inibitori   o  

stimolatori.   L’effetto   è   simile   a   quello   dell’ossigeno   con   l’emoglobina;   il   legame   del  

ligando   o   del   substrato,   causa   un   cambiamento   conformazionale   che   modifica  

l’attività  di  altri  siti  nella  proteina.  In  una  via  metabolica  la  produzione  del  prodotto  

finale  è  bilanciata  costantemente  dal  fabbisogno  della  cellula.  Tale  tipo  di  regolazione  

viene   detta   inibizione   a   feedback;   l’accumulo   del   prodotto   terminale   della   via  

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metabolica   rallenta   sostanzialmente   la   velocità   dell’intera   via   metabolica.   Un  

L-­‐isoleucina  

esempio   tipico   è   l’inibizione   a   feedback   esercitato   dalla   sulla   treonina  

L-­‐treonina   L-­‐

deidratasi   che   è   l’enzima   della   prima   tappa   di   conversione   della   in  

isoleucina .  I  gruppi  fosforici  modificano  la  struttura  e  l’attività  catalitica  degli  enzimi.  

L’attacco   di   gruppi   fosforici   è   catalizzato   da   proteina   chinasi;   la   rimozione   di  

gruppi   fosfati   da   proteina   fosfatasi.   Alcuni   tipi   di   regolazione   richiedono   la  

proteolisi  di  un  precursore  enzimatico.  In  questo  caso,  un  precursore  inattivo  detto  

zimogeno,  viene  scisso  in  modo  da  generare  la  forma  attiva  dell’enzima.  La  rottura  

di   specifici   legami   peptidici   produce   una   modificazione   conformazionale   che  

determina  l’esposizione  del  sito  attivo  dell’enzima.    

  Cap.7  

 

I   carboidrati   sono   aldeidi   o   chetoni   poliossidrilici   o   sostanze   che   liberando   questi  

composti   in   seguito   a   idrolisi.   Molte   sostante   appartenenti   a   questa   classe   hanno  

formula  di  struttura  (CH O)    

2 n

Vi  sono  tre  grandi  classi  di  carboidrati:  

Monosaccaridi,  sono  costituiti  da  una  singola  unità  poliossidrilica  aldeidica  o  

• D-­‐glucosio

chetonica.  Lo  zucchero    è  il  più  abbondante  in  natura;

Oligosaccaridi,   sono   costituiti   da   breve   catene   di   unità   monosaccaridiche  

• unite  da  caratteristici  legami  glicosidici;

Poligosaccaridi,   sono   polimeri   di   zuccheri   che   contengono   20   o   più   unità  

• monosaccaridiche.  

I   monosaccaridi   sono   solidi   cristallini   incolori   di   sapore   dolce   solubili   in   acqua   ed  

insolubili  in  solventi  non  polari.  Se  il  gruppo  carbonilico  è  a  una  delle  estremità  della  

catena  carboniosa  viene  detto  aldosio;  se  il  gruppo  carbonilico  è  in  qualunque  altra  

posizione,   il   monosaccaride   viene   detto   chetosio.   I   polisaccaridi,   chiamati   anche  

glicani,   differiscono   tra   loro   per   il   tipo   di   unità   saccaridica   ricorrente.   Gli  

omopolisaccaridi   contengono   soltanto   un   tipo   di   unità   monomerica;   gli  

eteropolisaccaridi   sono   formati   da   due   o   più   tipi   di   unità   monomeriche.   Alcuni  

omopolisaccaridi  sono  utilizzati  come  fonte  di  riserva  di  sostanze  nutrienti.  I  principali  

polisaccaridi  di  riserva  in  natura  sono  l’amido  per  le  cellule  vegetali  e  il  glicogeno  

per   le   cellule   animali.   Entrambi   sono   presenti   nelle   cellule   sotto   forma   di   grandi  

agglomerati  o  granuli.  L’amido  contiene  due  tipi  di  polimeri  di  glucosio,  l’amilosio  e  

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non  ramificate

l’amilopectina.  Il  primo  è  costituito  da  lunghe  catene  lineari    di  unità  

ramificate

di   D-­‐glucosio   unite   da   legami   (α   1à4);   la   seconda   invece   ha   catene   .   Il  

glicogeno   è   un   polimero   di   subunità   di   glucosio   unite   con   legami   (α   1à4)   e   con  

ramificazioni  che  partono  da  legami  (α  1à6);  il  glicogeno  è  però  molto  più  ramificato  

e   compatto   dell’amido.   Ai   granuli   di   glicogeno   sono   saldamente   legati   gli   enzimi  

responsabili  della  sintesi  e  della  degradazione  del  polimero.    

  Cap.10  

 

I   grassi   e   gli   oli,   utilizzati   come   riserva   di   energia   dagli   esseri   viventi,   derivano   dagli  

acidi  grassi.  Essi  sono  acidi  carbossilici  con  una  catena  idrocarburica  composta  da  4  

a  36  atomi  di  carbonio  ed  in  alcuni  acidi  grassi  questa  catena  è  completamente  satura  

(non  contiene  doppi  legami).  Per  gli  acidi  grassi  polinsaturi,  i  doppi  legami  non  sono  

quasi  mai  coniugati  (alternano  legami  singoli  e  legami  doppi  come  nella  sequenza  –

CH=CH-­‐CH=CH-­‐).   I   doppi   legami   di   quasi   tutti   gli   acidi   grassi   sono   in   configurazione  

cis.  Diete  con  alto  contenuto  di  acidi  grassi  trans  sono  correlate  ad  un  aumento  dei  

colesterolo   cattivo

livelli   sanguigni   di   LDL   ( )   e   ad   una   diminuizione   di   HDL  

colesterolo  buono

( ).  Cibi  fritti  e  prodotti  di  pasticceria  contengono  grandi  quantità  di  

acidi  grassi  trans.  A  temperatura  ambiente  gli  acidi  grassi  saturi  da  12:0  a  24:0  hanno  

una  consistenza  cerosa,  mentre  gli  acidi  insaturi  con  la  stessa  lunghezza  sono  liquidi  

oleosi.   Questo   dipende   dal   grado   di   impacchettamento   presente   negli   acidi   grassi  

saturi   che   si   possono   impacchettare   così   strettamente   da   costituire   strutture   quasi  

cristalline  i  cui  atomi  creano  legami  di  Van  der  Waals  con  quelli  delle  catene  vicine.  

Cosa  diversa  è  per  gli  acidi  grassi  insaturi  con  uno  o  più  ripiegamenti  che  non  possono  

impacchettarsi  così  saldamente  per  cui  le  loro  interazioni  con  le  altre  molecole  sono  

deboli.  E’  a  causa  di  questa  diversa  disposizione  che  gli  acidi  grassi  insaturi  hanno  un  

punto  di  fusione  più  basso.    

I   lipidi   più   semplici   costruiti   a   partire   dagli   acidi   grassi   sono   i   triacilgliceroli,  

trigliceridi

chiamati  anche   .  I  triacilgliceroli  sono  composti  da  tre  acidi  grassi,  legati  con  

legami   estere   ai   gruppi   ossidrilici   di   una   molecola   di   glicerolo.   Nella   maggior   parte  

delle  cellule  eucariotiche  i  trigliceridi  costituiscono  una  fase  separata  sotto  forma  di  

minuscole   gocce   oleose,   presenti   nel   citosolo   acquoso,   che   servono   da   depositi   di  

sostanze   energetiche.   Nei   vertebrati   alcune   cellule   specializzate,   adipociti,  

conservano   grandi   quantità   di   trigliceridi   sotto   forma   di   gocce   di   grasso   che  

riempiono  quansi  totalmente  la  cellula.  Queste  cellule  contengono  lipasi,  enzimi  che  

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catalizzano   l’idrolisi   dei   trigliceridi   conservati,   rilasciando   acidi   grassi   che   vengono  

trasportati  ai  siti  dove  vi  è  bisogno.  I  cibi  ricchi  di  lipidi,  quando  sono  a  contatto  con  

l’ossigeno   si   possono   rovinare   e   diventare   acidi.   Questo   deriva   dall’ossidazione   dei  

doppi  legami  degli  acidi  grassi  insaturi  con  formazione  di  aldeidi  e  acidi  carbossilici  a  

catena  più  corta  e  quindi  non  volatili.    

Le  strutture  portanti  delle  membrane  biologiche  sono  costituite  da  un  doppio  strato  

lipidico   che   fornisce   una   barriera   al   passaggio   di   molecole   polari   e   ioni.   I   lipidi   di  

idrofobica

membrana   sono   anfipatici:   ovvero   hanno   una   estremità     e   l’altra  

idrofilica fosfogliceridi

.  I  glicerofosfolipidi,  anche  detti   ,  sono  lipidi  di  membrana  in  

cui   due   molecole   di   acido   grasso   sono   legate   con   un   legame   estere   al   primo   e   al  

secondo   atomo   di   carbonio   del   glicerolo,   mentre   la   testa   polare   è   legata   con   un  

legame  fosfodiestere  al  terzo  atomo  di  carbonio  del  glicerolo.  Esistono  anche  lipidi-­‐

etere  in  cui  una  delle  catene  aciliche  è  legata  al  glicerolo  da  un  legame  etere  invece  

che   estere.   Un   lipide-­‐etere   importantissimo   è   il   fattore   che   attiva   le   piastrine  

ed   è   un   importante   segnale   molecolare.   Viene   rilasciato   dalla   serie   bianche   del  

sangue   (basofili)   e   stimola   l’aggregazione   delle   piastrine   e   la   secrezione   di  

serotonina  (vasocostrittore)  da  parte  delle  piastrine  stesse.  Gli  sfingolipidi  sono  

costituti   da   una   testa   polare   e   da   due   code   non   polari,   ma   a   differenza   dei  

fosfogliceridi,   non   contengono   glicerolo.   Essi   sono   composti   da   una   molecola   di  

sfingosina,   da   una   molecola   di   acido   grasso   a   catena   lunga   e   da   una   testa   polare  

alcolica   unita   da   un   legame   glicosidico   o   da   un   ponte   fosfodiestere.   Quando   una  

molecola   di   acido   grasso   si   lega   al   residuo   NH   del   C2   della   sfingosina,   si   forma   un  

2

ceramide  che  costituisce  l’unità  fondamentale  comune  a  tutti  gli  sfingolipidi.    

Gli   steroli   sono   lipidi   strutturali   in   cui   il   nucleo   steroideo   è   costituito   da   quattro  

anelli   fusi.   Il   colesterolo,   il   principale   sterolo   dei   tessuti   animali,   è   anfipatico   con  

una  testa  polare  e  un  corpo  idrocarburico  non  polare.  Gli  steroli  servono  anche  come  

precursori  di  diversi  prodotti  con  attività  biologiche.  Ad  esempio  sono  potenti  segnali  

biologici  che  regolano  l’espressione  genica.    

   

 

 

  12 | Page  

 

Cap.11  

 

Le   membrane   sono   selettivamente   permeabili   a   soluti   polari.   La   loro   flessibilità  

permette  modificazioni  nella  forma  della  cellula  che  hanno  luogo  durante  la  crescita  

e  il  movimento.  La  loro  capacità  di  rompersi  e  autosigillarsi  permette  a  due  cellule  di  

esocitosi

fondersi   ( ).  

Poiché   le   membrane  

sono   selettivamente  

permeabili   a   soluti  

polari,   permettono   di  

mantenere  

determinati   composti  

all’interno  della  cellula  

o   all’interno   di  

specifici  

compartimenti  e  di  escluderne  altri.  Le  membrane  sono  impermeabili  a  soluti  carico  o  

polari,   ma   sono   permeabili   ai   composti   non   polari.   I   fosfolipidi   formano   un   doppio  

strato   lipidico   in   cui   le   regioni   non   polari   sono   rivolte   all’interno   della   struttura   e   le  

teste  polari  guardano  invece  verso  l’esterno.  I  fosfogliceridi,  gli  sfingolipidi  e  gli  steroli  

sono  praticamente  insolubili  in  acqua.  Quando  vengono  dispersi  in  ambiente  acquoso  

formano   spontaneamente   aggregati   lipidici   raggruppando   insieme   le   parti  

le  teste  polari  si  dispongono  

idrofobiche  e  tenendole  in  contatto  le  une  con  le  altre;  

sulla  superficie  per  interagire  con  il  solvente  acquoso .    

A  seconda  delle  condizioni  e  della  natura  dei  lipidi,  si  possono  formare  tre  tipi  diversi  

di  aggregati:  

1. Micelle,  le  catene  idrofobiche  di  acidi  grassi  sono  confinati  all’interno  mentre  

le  teste  polari  sono  esposte  all’esterno  e  a  contatto  con  l’acqua;

2. doppio  strato,  si  forma  un  foglietto  bidimensionale.  Le  teste  polari  idrofiliche  

sono  a  contatto  con  l’acqua  in  entrambe  le  superfici  del  doppio  strato;

3. liposoma,   con   la   formazione   della   vescicola,   il   doppio   strato   perde   i   bordi  

idrofobici   esposti   e   acquista   la   massima   stabilità   nell’ambiente   acquoso.   Tali  

vescicole   possono   inglobare   acqua   formando   un   compartimento   interno  

acquoso  separato  dall’ambiente  circostante.   13 | Page  

 

Le  proteine  di  membrana  possono  essere  divise  in  due  classi  operative:  

proteine   integrali,   che   sono   ancorate   stabilmente   alla   membrana   dalla  

• quale  possono  essere  rimosse  previo  trattamento  con  agenti  che  interferiscono  

detergenti

con  le  interazioni  idrofobiche  ( );

proteine   periferiche,   sono   associate   alla   membrana   da   interazioni  

• elettrostatiche  e  legami  idrogeno  con  i  domini  idrofilici  delle  proteine  integrali  e  

con  le  teste  polai  dei  lipidi  di  membrana.  

L’associazione   molto   forte   fra   le   proteine   integrali   e   il   doppio   strato   lipidico,  

dipendono   da   interazioni   idrofobiche   tra   i   lipidi   di   membrana   e   i   domini   idrofobici  

delle   proteine.   Alcune   proteine   di   membrana   attraversano   il   doppio   strato   lipidi  

diverse   volte,   con   sequenze   idrofobiche   di   circa   20   residui   amminoacidici   che  

formano  α  eliche  transmembrana.    

Alla  temperatura  fisiologica,  la  diffusione  attraverso  il  doppio  strato  lipidico  o  il  “flip-­‐

flop”  di  una  molecola  lipidica,  cioè  il  passaggio  di  un  lipide  da  un  foglietto  all’altro  del  

doppio   strato,   avviene   molto   lentamente   o   per   nulla.   Il   movimento   attraverso   il  

doppio   strato   lipidico   richiede   che   una   testa   polare   o   carica,   lasci   il   suo   ambiente  

acquoso   e   si   sposti   nell’ambiente   idrofobico   interno   del   doppio   strato,   un   processo  

che   presenta   una   variazione   positivi   di   energia   libera.   Una   famiglia   di  

proteine,   le   flippasi,   facilitano   la   diffusione   flip-­‐flop,   mediante   un   maccanismo  

transmembrana   energeticamente   più   favorevole   e   molto   più   veloce   di   quello   non  

catalizzato.    

La  caveolina  è  una  proteina  integrale  di  membrana  con  due  domini  globulari  uniti  

da   un   dominio   idrofobico   a   forcina   che   lega   la   proteina   al   foglietto   citoplasmatico  

della   membrana   plasmatica.   La   caveolina   lega   il   colesterolo   nelle   membrane.   La  

presenza   di   caveolina   forza   il   doppio   strato   lipidico   a   cui   è   associata   a   curvarsi  

all’interno   formando   caveole   nella   superficie   della   cellula.   Esse   sono   impiegate   in  

vari   processi   cellulari,   incluso   il   traffico   di   membrana   all’interno   delle   cellule   e   la  

trasduzione  di  segnali  esterni  in  risposte  cellulari.  Alcune  famiglie  di  proteine  integrali  

della   membrana   plasmatica   rappresentano   punti   specifici   di   attacco   tra   cellula   e  

cellula;   le   integrine   ad   esempio   sono   proteine   dimeriche   (costituite   cioè   da   due  

subunità   α   e   β   diverse   tra   loro)   ancorate   alla   membrana   plasmatica   da   una   singola  

elica   transmembrana   idrofobica   presente   in   ogni   subunità.   Le   integrine   però   non  

sono   solo   proteine   di   adesione;   esse   servono   anche   come   recettori   e   trasduttori   di  

segnali  ,  trasportando  informazioni  attraverso  la  membrana  plasmatica  in  entrambe  

le  direzioni.  Regolano  molti  processi  come  per  esempio  l’aggregazione  delle  piastrine  

14 | Page  

a   livello   delle   ferite,   l’attività   di   cellule   del   sistema   immunitario   e   l’invasione   dei  

tessuti  da  parte  di  un  tumore.    

Una   caratteristica   importante   delle   membrane   biologiche   è   la   loro   capacità   di  

fondersi   con   le   altre   membrane   senza   perdere   la   propria   integrità.   Nonostante   le  

membrana   siano   delle   strutture   stabili,   non   sono   statiche.   All’interno   del   sistema  

endomembranoso  vi  è  una  costante  riorganizzazione  dei  compartimenti  membranosi.  

Processi   come   l’esocitosi,   l’endocitosi,   la   fusione   di   cellule   uovo   con   spermatozoi  

comportano   tutti   una   riorganizzazione   della   membrana   in   cui   l’operazione  

fondamentale   è   la   fusione   di   due   segmenti   di   membrana,   senza   però   la   perdità   di  

continuità.  Il  processo  di  fusione  di  due  membrane  richiede:  

1. riconoscimento  fra  le  due  membrane;

2. le  superfici  si  avvicinino  fra  loro  ad  una  distanza  così  piccola  di  determinare  la  

perdita  delle  sole  molecole  d’acqua  normalmente  associate  alle  teste  polari  dei  

lipidi;

3. che  i  loro  doppi  strati  si  rompano  localmente  generando  la  fusione  del  foglietto  

esterno  di  ogni  membrana;

4. che  i  due  doppi  strati  si  fondano  formandone  uno  solo  continuo;

5. che  il  processo  di  fusione  sia  innescato  nel  momento  opportuno  o  in  seguito  ad  

uno  specifico  segnale.

Le   proteine   integrali   di   membrana   chiamate   proteine   di   fusione   governano   tutti  

questi   eventi   favorendo   il   riconoscimento   e   provocando   la   temporanea   distorsione  

della  struttura  a  doppio  strato  necessaria  per  la  fusione.    

Il  trasporto  di  soluti  è  una  funzione  essenziale  delle  membrane  e  avviene  quando  il  

composto   da   trasportare   all’interno   della   cellula   è   un   composto   polare,   è   uno   ione  

etc...  In  alcuni  casi  la  proteina  di  membrana  facilita  il  trasporto  all’interno  della  cellula  

in   favore   del   suo   gradiente   di   concentrazione,   ma   accade   spesso   che   il   trasporto  

avvenga   contro   un   gradiente   di   concentrazione.   L’energia   potrebbe   provenire  

direttamente   dall’ATP   o   essere   fornita   sotto   forma   di   un   movimento   di   un   altro  

soluto   spinto   dal   suo   gradiente   elettrochimico.   Il   traffico   di   piccole   molecole  

attraverso  la  membrana  plasmatica  avviene  ad  opera  di  processi  mediati  da  proteine.  

Quando   due   compartimenti   acquosi   contenenti   concentrazioni   diversi   di   un  

composto   solubile   sono   separati   da   una   membrana   permeabile,   il   soluto   si   muove  

per   diffusione   semplice   dalla   regione   a   concentrazione   maggiore   verso   quella   a  

concentrazione   minore.   Quando   ioni   di   carica   opposta   sono   separati   da   una  

membrana   permeabile,   si   forma   un   gradiente   elettrico   transmembrana,   un  

15 | Page  

potenziale   di   membrana   V   che   determina   una   forza   che   si   oppone   ai  

m

movimenti  che  tendono  ad  aumentare  il  valore  di  V  e  favorisce  invece  moviementi  

dello  ione  che  tendono  ad  abbassare  il  valore  di  V .    

m

Le   proteine   di   membrana   abbassano   l’energia   di   attivazione   necessaria   per   il  

trasporto  di  composti  polari  e  ioni,  generando  una  via  alternativa  di  attraversamento  

per   uno   specifico   soluto.   Le   proteine   che   hanno   questa   capacità   di   diffusione  

facilitata   non   sono   enzimi   nel   senso   comune   della   parola;   esse   spostano   il   loro  

substrato   da   un   compartimento   all’altro   senza   però   modificarlo.   Le   proteine   che  

accelerano   il   passaggio   di   soluto   attraverso   una   membrana   per   diffusione   facilitata  

prendono  il  nome  di  permeasi.    

I   trasportatori   legano   i   propri   substrati   con   alta   stereospecificità,   catalizzano   il  

trasporto  a  quantità  ben  al  di  sotto  dei  limiti  della  diffusione  libera  e  sono  saturabili  

esattamente   come   gli   enzimi.   I   canali   invece   permettono   il   movimento  

transmembrana  a  velocità  di  molti  ordini  di  grandezza  più  elevati  di  quelle  tipiche  dei  

trasportatori   e   mostrano   minor   stereospecificità   rispetto   ai   trasportatori.   Per  

esempio,l’eritrocita   ha   costantemente   bisogno   di   un   afflusso   di   glucosio  

(concentrazione   di   circa   5   mM)   per   sostenere   il   suo   metabolismo.   Il   glucosio   entra  

nell’eritrocita   per   diffusione   facilitata   attraverso   uno   specifico   trasportatore   a   una  

velocità   50000   volte   superiore   di   quella   non   facilitata.   Il   trasportatore   del   glucosio  

GLUT1

degli   eritrociti,   ,   è   una   proteina   integrale   di   membrana   costituita   da   12  

segmenti  idrofobici  ognuno  dei  quali  forma  una  struttura  ad  α  elica  che  attraversa  la  

membrana.    

Il   trasporto   di   soluti   all’interno   della   cellula   è   affidato   a   tre   classi   di   trasportatori.  

Nello   specifico   sono:   uniporto,   simporto   ed   antiporto.   Partendono   dall’ultima  

classe,   quando   i   due   soluti   si   muovo   in   direzioni   opposte,   il   processo   viene   detto  

antiporto.  Nel  simporto  invece  i  due  substrati  si  muovo  simultaneamente  nella  stessa  

direzione.   I   trasportatori   che   invece   muovono   un   solo   substrato,   come   nel   caso   di  

GLUT1,  il  sistema  viene  detto  uniporto.  Il  trasporto  attivo  accumula  soluto  su  un  lato  

della   membrana   oltre   il   punto   di   equilibrio.   E’   termodinamicamente   sfavorito  

(endoergonico)  e  si  verifica  soltanto  quando  è  accoppiato  a  un  processo  esoergonico,  

come  l’assorbimento  di  luce  solare,  una  reazione  di  ossidazione  etc...  Nel  trasporto  

attivo   primario   l’accumulo   del   soluto   è   accoppiato   direttamente   a   una   reazione  

esoergonica,   come   la   conversione   di   ATP   in   ADP   +   Pi.   Il   trasporto   attivo  

secondario   avviene   quando   il   trasporto   endoergonico   (contro   gradiente)   di   un  

soluto   è   accoppiato   a   un   flusso   esoergonico   di   un   soluto   diverso   che   era   stato   in  

precedenza  accumulato  su  un  lato  della  membrana  da  un  trasporto  attivo  primario.    

  16 | Page  

 

  Cap.14  

 

Il  glucosio  rappresenta  occupa  un  ruolo  fondamentale  nel  metabolismo  delle  piante,  

degli   animali   e   di   alcuni   microorganismi.   É   un’ottima   fonte   di   energia   e   la   sua  

completa  ossidazione  a  CO  ed  acqua  produce  una  variazione  di  energia  libera  pari  a  -­‐

2

2840   kJ/mole.   Conservando   il   glucosio   sotto   forma   di   polimeri   con   grande   massa  

molecolare,   una   cellula   può   immagazzinare   grandi   quantità   di   esosio   pur  

mantenendo   relativamente   bassa   l’osmolarità   del   citosol.   In   caso   di   necessità,   il  

glucosio   può   essere   rilasciato   rapidamente   da   questi   polimeri   di   riserva   ed   essere  

utilizzato  per  produrre  ATP  sia  in  modo  anaerobico  sia  in  modo  aerobico.  É  anche  un  

E.coli

formidabile  precursore  di  molti  composti;  basti  pensare  che    utilizza  il  glucosio  

come   scheletro   per   la   costruzione   di   amminoacidi,   nucleotidi   etc...Negli   animali   e  

nelle  piante  superiori,  il  glucosio  può  seguire  tre  destini  principali:  

1. può  essere  conservato  sotto  forma  di  polisaccaride  o  di  saccarosio; piruvato

2. può   essere   ossidato   a   un   composto   a   tre   atomi   di   carbonio   ( )  

attraverso  la  glicolisi;

3. può   essere   ossidato   a   pentosio   attraverso   la   via   del   pentosio   fosfato   per  

produrre  ribosio  5-­‐fosfato  per  la  sintesi  di  acidi  nucleici  e  NADPH.

Gli  organismi  vegetali  lo  producono  attraverso  processi  fotosintetici  che  prevedono  la  

riduzione  della  CO  a  trioso  e  di  lì  a  glucosio,  mentre  gli  organismi  animali  producono  

2

glucosio  mediante  il  processo  di  gluconeogenesi  usando  precursori  semplice  a  3  o  

4  atomi  di  carbonio.    

Nella   glicolisi   una   molecola   di   glucosio   viene   degradata,   attraverso   una   serie   di  

reazioni  catalizzate  da  enzimi,  in  due  molecole  del  composto  a  tre  atomi  di  carbonio  

piruvato .   Durante   le   reazioni   sequenziali   della   glicolisi,   una   parte   dell’energia   libera  

rilasciata   dal   glucosio   viene   convertita   in   ATP   e   NADH.   La   glicolisi   è   la   via   principale  

per  il  catabolismo  del  glucosio  nella  maggior  parte  delle  cellule.  In  alcuni  tessuti  ed  in  

alcune   cellule,   la   degradazione   di   glucosio   è   l’unica   fonte   di   energia   metabolica.   La  

anaerobica

fermentazione   è   la   degradazione     del   glucosio   e   di   altri   nutrienti  

organici    per  ottenere  energia  sotto  forma  di  ATP.    

  17 | Page  

 

 

Nelle   reazioni   sequenziali   della   glicolisi,   tre   tipi   di   trasformazioni   sono  

particolarmente  importanti:  

1. la   degradazione   dello   scheletro   carbonioso   del   glucosio   nel   composto   non  

saccaridico  piruvato;

2. la  fosforilazione  di  ADP  in  ATP; +

3. il  trasferimento  di  atomi  di  idrogeno  o  di  elettroni  al  NAD  generando  NADH.

tre   strade   diverse

Il   piruvato   che   si   forma   durante   la   glicolisi   può   prendere   .   Nella  

prima   strada   e   in   tessuti   o   negli   organismi   aerobici   il   piruvato   viene   ossidato   con  

,

perdita   del   suo   gruppo   carbossilico   sotto   forma   di   CO   formando   il   gruppo  

2

acetilico   dell’acetil-­‐coenzima   A,   che   a   sua   volta   viene   ossidato   a   CO   nel   ciclo  

2

dell’acido   citrico.   Gli   elettroni   ricavati   da   queste   ossidazioni   sono   trasferiti   all’  

ossigeno   attraverso   la   catena   di   trasportatori   presente   nei   mitrocondri,   formando  

acqua.   L’energia   che   si   ottiene   dalle   reazioni   di   trasferimento   degli   elettroni   nei  

mitocondri  guida  la  sintesi  di  ATP  nei  mitocondri.    

La   seconda   strada   prevede   la   riduzione   a   lattato   attraverso   la   fermentazione  

lattica.   Quando   un   tessuto   (muscolo   che   si   contrae   intensamente)   opera   in  

condizioni   di   limitata   disponibilità   di   ossigeno   (ipossia),   il   NADH   non   può   essere  

+

riossidato  a  NAD  e  questo  composto  è  essenziale  come  accettore  di  elettroni  per  le  

ulteriori  ossidazioni  del  piruvato.    

La  terza  strada  prevede  la  sua  conversione  in  etanolo.  Il  alcuni  tessuti  di  piante  

ed   in   alcuni   invertebrati,   il   piruvato   in   condizioni   anaerobiche   viene   trasformato   in  

etanolo   e   CO   attraverso   un   processo   che   prende   il   nome   di   fermentazione  

2

alcolica.    

Durante  la  glicolisi,  una  parte  di  energia  che  viene  liberata  dalla  moleca  di  glucosio,  è  

convertita  e  conservata  sotto  forma  di  ATP.  L’equazione  complessiva  della  glicolisi  è:  

+ +

Glucosio  +  2NAD  +  2ADP  +  2P  à  2  piruvato  +  2NADH  +  2H  +  2ATP  +  

i 2H 0  

2

Per   ogni   molecola   di   glucosio   che   viene   degradata   a   piruvato,   si   formano   due  

molecole  di  ATP  da  ADP  e  P .  La  variazione  dell’energia  libera  standard  della  glicolisi  

i

0

ΔG ’ :  

s 0 0 0

ΔG ’ :  ΔG ’  +  ΔG ’  =  -­‐146kJ/mole  +  61  kJ/mole  =  -­‐85  kJ/mole  

s 1 2 18 | Page  

La  glicolisi  è  essenzialmente  un  processo  irreversibile  spinto  al  completamento  da  

questa  grande  diminuizione  di  energia  libera.    

 

Da  considerare  è  anche  l’importanza  degli  intermedi  fosforilati,che  nella  reazione  di  

glicolisi  sono  9.  I  gruppi  fosforici  sembrano  avere  tre  funzioni:  

1. Poiché   la   membrana   plasmatica   non   possiede   trasportatori   per   gli  

zuccheri   fosforilati,   gli   intermedi   glicolitici   fosforilati   non   possono   uscire  

dalla   cellula   nonostante   esiste   un’enorme   differenza   di   concentrazione   di  

questi  composti  tra  l’interno  e  l’esterno  della  cellula;

2. I   gruppi   fosforici   sono   essenziali   nei   processi   enzimatici   di   conservazione  

dell’energia   metabolica.   I   composti   fosforilati   ad   alta   energia   che   si   formano  

durante  la  glicolisi,  donano  i  loro  gruppi  fosforici  all’  ADP  e  formano  ATP;

3. Il  legame  del  gruppo  fosforico  al  sito  attivo  di  un  enzima  produce  un’energia  di  

legame   che   contribuisce   ad   abbassare   l’energia   di   attivazione   e   aumenta   la  

specificità   della   reazione   catalizzata   dall’enzima.   Da   non   dimenticare   che   tutti  

+

gli  enzimi  glicolitici  hanno  bisogno  di  ioni  Mg  per  la  loro  attività  catalitica.

Quindi   ricapitolando,   la   glicolisi   è   una   via   pressocché   universale   nella   quale   una  

molecola   di   glucosio   è   ossidata   a   due   molecole   di   piruvato   e   l’energia   viene  

immagazzinata   sotto   forma   di   ATP   e   NADH.   Tutti   i   dieci   enzimi   glicolitici   sono  

localizzati  nel  citosol.  Nella  fase  preparatoria  l’  ATP  viene  utilizzato  per  convertire  

il  glucosio  in  fruttosio  1,6-­‐bisfosfato.    

 

Oltre   al   glucosio,   anche   altri   carboidrati   possono   entrare   nella   via   glicolitica   dopo  

essere   stati   trasformati   in   uno   degli   intermedi   glicolitici.   I   più   importanti   sono   i  

polisaccaridi   di   deposito   glicogeno   ed   amido.   Le   unità   di   glicogeno   presenti   nei  

tessuti  animali  possono  essere  rese  disponibili  alla  cellula  mediante  una  reazione  di  

fosforilazione  catalizzata  dalla  glicogeno  fosforilasi.  Questi  enzimi  catalizzano  una  

reazione  in  cui  il  legame  glicosidico  (α1  -­‐>  4)  che  tiene  uniti  due  residui  di  glucosio  nel  

glicogeno,  viene  attaccato  dal  fosfato   inorganico   producendo  glucosio  1-­‐fosfato.  

Questo  viene  poi  convertito  in  glucosio  6-­‐fosfato  da  parte  della  fosfoglucomutasi.    

Per  molti  individui,  l’amido  è  la  principale  fonte  di  carboidrati  introdotti  con  la  dieta.  

La   digestione   inizia   a   livello   della   cavità   orale   attraverso   l’   α-­‐amilasi   salivare   che  

idrolizza  i  legami  glicosidici  interni  dell’amido  producendo  piccoli  polisaccaridi  oppure  

oligosaccaridi.  Da  ricordare  che  in  questa  reazione,  idrolisi,  l’  acqua  è  responsabile  

19 | Page  

dell’attacco   e   non   il   P .   Una   volta   giunto   nello   stomaco,   un’altra   α-­‐amilasi   entra   in  

i

gioco,   α-­‐amilasi   prodotta   dal   pancreas   che   produce   principalmente   maltosio   e  

maltotrioso.  I  disaccaridi  devono  essere  idrolizzati  a  monosaccaridi  per  entrare  nelle  

cellule,  e  questa  reazione  è  svolta  sulla  superficie  esterne  delle  cellule  epiteliali  che  

rivestono  il  lume  dell’intestino  tenue.    

Gli  esosi  diversi  dal  glucosio  possono  entrare  nella  via  glicolitica  una  volta  convertiti  in  

D-­‐fruttosio

un   derivato   fosforilato.   Il   ,   presente   in   forma   libera   in   molti   tipi   di  

frutta,   viene   convertito   in   fruttosio   1-­‐fosfato   tramite   una   fruttochinasi.   Il  

fruttosio   1-­‐fosfato   viene   poi   scisso   in   gliceraldeide   e   diidrossiacetone   fosfato   dalla  

fruttosio  1-­‐fosfato  aldolasi.    

D-­‐galattosio

Il   ,   un   prodotto   dell’idrolisi   dello   zucchero   presente   nel   latte   (lattosio),  

viene  fosforilato  nel  fegato  a  spese  dell’  ATP  sul  C-­‐1,  dall’enzima  galattochinasi  per  

dare  galattosio  1-­‐fosfato.  Successivamente  viene  poi  convertito  nel  suo  epimero  

a  livello  del  C-­‐4,  glucosio  1-­‐fosfato,  da  una  serie  di  reazioni  nelle  quali  l’uridina  

difosfato  (UDP)  agisce  come  trasportatore  dell’esosio.    

Il   condizioni   aerobiche   il   piruvato   viene   ossidato   ad   acetato,   che   entra   nel   ciclo  

dell’acido   citrico   ed   è   ossidato   a   CO   e   H O.   Il   NADH   che   si   forma   dalla  

2 2 +

deidrogenazione   della   gliceraldeide   3-­‐fosfato   viene   riossidato   a   NAD   mediante   il  

passaggio   dei   suoi   elettroni   all’ossigeno   nel   processo   della   respirazione  

mitocondriale.    

La   maggior   parte   degli   organismi   attuali   ha   conservato   la   capacità   di   rigenerare  

+

continuamente  il  NAD  durante  la  glicolisi  anaerobica  trasferendo  elettroni  dal  NADH  

a  un  altro  composto  in  modo  da  formare  un  prodotto  finale  ridotto  come  l’etanolo  o  

il   lattato.   Quando   i   tessuti   animali   non   sono   riforniti   con   una   quantità   di   ossigeno  

sufficiente   per   le   ossidazioni   aerobiche   del   piruvato     e   del   NADH   prodotti   dalla  

+

glicolisi,   il   NAD   viene   rigenerato   dal   NADH   mediante   la   riduzione   del   piruvato   a  

lattato.   La   riduzione   del   piruvato   è   catalizzata   dalla   lattato   deidrogenasi.  

L’equilibrio  di  questa  reazione  favorisce  fortemente  la  formazione  di  acido  lattico,  

dato   il   valore   molto   negativo   della   variazione   di   energia   libera   standard.   Nella  

glicolisi,   la   deidrogenazione   di   due   molecole   di   gliceraldeide   3-­‐fosfato   converte   due  

+

molecole  di  NAD  in  due  di  NADH.  Poiché  la  riduzione  di  due  molecole  di  piruvato  a  

+ +

due   di   lattato   rigenera   due   molecole   di   NAD ,   non   si   ha   accumulo   netto   di   NAD   o  

NADH.     Il   lattato   formato   durante   lo   sforzo   viene   reciclato   mediante   il   trasporto  

tramite   il   sangue   al   fegato   dove   viene   convertito   in   glucosio   durante   la   fase   di  

recupero  dopo  lo  sforzo.     20 | Page  

Il  lievito  ed  altri  microrganismi  fermentano  il  glucosio  ad  etanolo  e  CO  invece  che  a  

2

lattato.   Il   glucosio   viene   convertito   in   piruvato   nella   glicolisi   e   poi   in   un   processo   a  

due   tappe,   viene   trasformato   in   etanolo   e   CO .   Nella   prima   tappa   il   piruvato   va  

2

incontro   a   una   decarbossilazione   mediante   una   reazione   irreversibile  

2+

catalizzata  dalla  piruvato  decarbossilasi.  La  piruvato  decarbossilasi  richiede  Mg  

ed  ha  saltamente  legato  a  sé  il  coenzima  tiamina  pirofosfato.  Nella  seconda  tappa  

l’acetaldeide   viene   ridotta   a   etanolo   ad   opera   dell’enzima   alcol   deidrogenasi,  

utilizzando  come  fornitore  di  equivalenti  riducenti  il  NADH.    

La  tiamina  pirofosfato  è  un  coenzima  derivato  dalla  vitamina  B .  Ha  una  funzione  

1

rilevante   nelle   reazioni   in   cui   si   ha   la   rottura   di   un   legame   adiacente   a   un   gruppo  

carbonilico.  La  parte  funzionale  della  molecola  di  tiamina  è  il  suo  anello  tiazolico.  Il  

protone  legato  all’atomo  di  carbonio  C-­‐2  dell’anello  è  relativamente  acido  e  la  perdita  

porta   alla   formazione   di   un   carbanione.   Quest’ultimo   si   lega   facilmente   a   gruppi  

trappola  per  

carbonilici  e  l’anello  tiazolico  si  trova  quindi  nella  possibilità  di  agire  da  

elettroni .    

La   formazione   di   glucosio   da   precursori   non   saccaridici   prende   il   nome   di  

gluconeogenesi a   partire   dal   piruvato   e   i   composti   a   3   o   4   atomi   di   carbonio   ad  

esso   correlati.   Negli   animali   superiori   la   gluconeogenesi   avviene   principalmente   nel  

fegato   ed   in   piccola   parte   nella   corteccia   renale;   il   glucosio   prodotto   passa   poi   nel  

sangue   per   rifornire   i   tessuti.   La   gluconeogenesi   e   la   glicolisi   non   sono   le   stesse  

reazioni   percorse   in   direzioni   opposte   anche   se   condividono   diverse   tappe.   Sette  

delle   dieci   tappe   della   gluconeogenesi   sono   reazioni   della   glicolisi   che   avvengono  

nella  direzione  opposta.  Tre  reazioni  della  glicolisi  sono  essenzialmente  irreversibili  e  

non  sono  utilizzate  dalla  gluconeogenesi:  

1. La  conversione  del  glucosio  in  glucosio  6-­‐fosfato  da  parte  della  esochinasi;

2. La  fosforilazione  del  fruttosio  6-­‐fosfato  a  fruttosio  1,6-­‐bisfosfato  da  parte  della  

fosfofruttochinasi-­‐1;

3. La   conversione   del   fosfoenolpiruvato   in   piruvato   da   parte   della   piruvato  

chinasi.

Nelle  cellule  queste  tre  reazioni  hanno  una  variazione  di  energia  libera  fortemente  

negativa   mentre   le   altre   sette   hanno   valori   che   si   avvicinano   allo   0.   La   prima  

deviazione   si   ha   a   livello   della   conversione   del   piruvato   in   fosfoenolpiruvato.  

Questa  reazione  non  può  essere  percorsa  al  contrario  in  quanto  ha  una  variazione  di  

energia   libera   molto   negativa   ed   è   irreversibile.   Il   piruvato   per   prima   cosa   viene  

trasportato   dal   citosol   nei   mitocondri.   La   piruvato   carbossilasi,   un   enzima  

mitocondriale   che   richiede   come   cofattore   la   biotina,   converte   poi   il   piruvato   in  

ossalacetato.     3-­‐

Piruvato  +  HCO  +  ATP  à  ossalacetato  +  ADP  +  P  

i 21 | Page  

3-­‐

La  reazione  utilizza  la  biotina  come  portatore  di  una  forma  attivata  dell’  HCO .  Poiché  

la   membrana   mitocondriale   non   possiede   trasportatori   per   l’ossalacetato,   prima   di  

essere   trasferito   al   citosol,   l’ossalacetato   formato   dal   piruvato   viene   ridotto  

reversibilmente   a   malato   dalla   malato   deidrogenasi   mitocondriale,   a   spese   del  

NADH:   + +  

Ossalacetato  +  NADH  +  H  à  L-­‐malato  +  NAD

 

Il   malato   esce   dai   mitocondri   grazie   al   trasportatore   malato-­‐α-­‐chetoglutarato  

presente  sulla  membrana  mitocondriale  interna.  Nel  citosol  il  malato  viene  riossidato  

a  ossalacetato,  con  la  produzione  di  NADH  

+ + +

Malato  +  NAD  à  ossalacetato  +  NADH  +  H  

L’ossalacetato   viene   convertito   in   fosfoenolpiruvato   dalla   fosfoenolpiruvato  

2+

carbossichinasi  in  una  reazione  in  cui  gli  ioni  Mg  sono  cofattori  essenziali  e  il  

gruppo  donatore  del  gruppo  fosforico  è  il  GTP:  

3-­‐

Ossalacetato  +  ATP  +  GTP  +  HCO  à  fosfoenolpiruvato  +  ADP  +  GDP  +  P  +  CO  

i 2

La   seconda   reazione   è   la   fosforilazione   del   fruttosio   6-­‐fosfato   catalizzata   dalla  

fosfofruttochinasi-­‐1.   Dato   che   nella   cellula   questa   reazione   è   altamente  

esoergonica   e   quindi   irreversibile,   la   formazione   di   fruttosio   6-­‐fosftato   da   fruttosio  

2+

1,6-­‐bisfosfato   è   catalizzata   da   un   altro   enzima   Mg   dipendente,   la   fruttosio   1,6-­‐

bisfosfatasi   che   promuove   l’idrolisi   essenzialmente   irreversibile   del   gruppo  

fosforico  sull’atomo  di  carbonio  1.    

Fruttosio  1,6-­‐bisfosfato  +  H O  à  fruttosio  6-­‐fosfato  +  P  

2 i

La   terza   deviazione   è   la   reazione   finale   della   gluconeogenesi,   ovvero   la  

defosforilazione   del   glucosio   6-­‐fosfato   in   glucosio   libero.   La   reazione,   catalizzata   da  

un   altro   enzima,   la   glucosio   6-­‐fosfatasi,   non   richiede   la   sintesi   di   ATP;   è  

semplicemente  l’idrolisi  di  un  estere  fosforico:  

Glucosio  6-­‐fosfato  +  H 0  à  glucosio  +  P  

2 i

2+

Questo   enzima,   la   cui   attività   dipende   dagli   ioni   Mg ,   si   trova   nel   reticolo  

endoplasmatico  degli  epatociti  e  delle  cellule  renali.    

In  molti  tessuti  è  importante  l’ossidazione  del  glucosio  6-­‐fosfato  a  pentoso  fosfato  

+

attraverso   la   via   del   pentoso   fosfato.   In   questa   via   ossidativa   il   NADP   è  

l’accettore  di  elettroni  con  conseguente  formazione  di  NADPH.  Il  pentosio  è  utilizzato  

dalle  cellule  che  si  dividono  veolcemente  come  quelle  del  midollo  spinale,  della  pelle  

etc...per  produrre  RNA,  DNA  e  coenzimi  come  ATP,  NADH,  FADH  e  il  coenzima  A.    

2 22 | Page  


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AUTORE

ciemme.

PUBBLICATO

8 mesi fa


DETTAGLI
Esame: Biochimica
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher ciemme. di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Pazzagli Luigia.

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