Biochimica - Vie metaboliche

SINTESI DEL COMPOSTO AD ALTA ENERGIA

Questa reazione, catalizzata dall'enzima ENOLASI, produce un altro composto ad alta energia: il FOSFOENOLPIRUVATO (PEP), che partecipa alla seconda reazione di fosforilazione a livello del substrato.

L'Enolasi è una DEIDRATASI, che attua una α-β eliminazione, ovvero una deidratazione (perdita di H2O, non rompo una molecola d'acqua ma il C passa da sp3 a sp2) a livello del C1 e C2 del composto, tra i quali si forma poi un doppio legame.

Il Fosfoenolpiruvato è la molecola a più alto livello energetico all'interno del metabolismo. È caratterizzato, infatti, dalla presenza di un gruppo fosfato legato ad un carbonio che a sua volta presenta un doppio legame con un altro carbonio. La molecola è, inoltre, fortemente instabile.

La reazione può andare in entrambi i sensi perché ha un ΔG° di +1,7 kJ/mol, quindi molto vicino allo zero.

LA SECONDA FOSFORILAZIONE

stato di ossidazione della cellula che, a sua volta dipende dalla reazione catalizzata dalla 3-Fosfato Deidrogenasi (reazione 6). Questa reazione, infatti, converte una mole di NAD in NADH per mole di trioso fosfato. Il citoplasma della cellula, però, ha riserve limitate di NAD, motivo per cui il NADH deve essere riossidato a NAD, affinché la via glicolitica possa continuare.

ATP + ADP + AMP = costante e NAD + NADH = costante

In condizioni aerobie, il NADH viene ossidato dalla catena mitocondriale di trasporto degli elettroni che vengono trasferiti dall'ossigeno durante il Ciclo di Krebs. Questo processo produce circa 2,5 moli di ATP per mole di NADH ossidato e, poiché per ogni mole di Glucosio che entra nella via glicolitica sono prodotte 2 moli di NADH, la glicolisi aerobica produce ATP in misura considerevolmente maggiore rispetto a quella anaerobica.

In condizioni anaerobie, il metabolismo deve poter continuare anche in assenza di ossigeno, e quindi avvengono

processi di FERMENTAZIONE. La fermentazione serve a riciclare/recuperare il NADH e NAD affinché, anche in assenza di ossigeno, la glicolisi possa continuare e funzionare. In questo processo vengono generate solamente 2 ATP per mole di glucosio invece delle 38 ATP che si verrebbero a generare in presenza di ossigeno.

Le fermentazioni sono molto, i batteri riescono a fermentare qualsiasi cosa, le più importanti sono: fermentazione alcolica (alcuni batteri e i lieviti) e fermentazione lattica (cellule animali e batteri, producono acido lattico).

L’uomo fa fermentazione lattica (NO alcolica), produce il lattato che se si trova in eccesso abbassa il pH. Con questo processo riusciamo a ottenere energia molto più velocemente, utilizzata per esempio fino ai 400 metri di corsa oppure 50 stile. Per gli animali è utile nel momento in cui devono scappare. Poi quando mi fermo posso recuperare il debito di ossigeno, con una serie di reazioni che coinvolgono il fegato.

28 di

139—> FERMENTAZIONE LATTICA:È caratterizzata dalla conversione del Piruvato in LATTATO, che non è uno zucchero, e che quindi si trova nella forma L senza problemi.È una reazione che recupera il NADH sotto forma di NAD ; è termodinamicamente+favorevole ed è attuata tramite l’enzima LATTATO DEIDROGENASI (LHD), enzima che, nel nostro muscolo, converte il Piruvato in lattato.

Questo vuol dire che quando abbiamo poco ossigeno nel muscolo avviene la fermentazione lattica, che però non può essere attuata per troppo tempo perché produce solamente 2ATP per moli di Glucosio e quindi il muscolo, una volta consumate quelle 2 molecole, si fermerebbe. Quando il corpo inizia ad andare in acidità lattica significa che si trova vicino al limite.

L'acido lattico inoltre, dal muscolo, viene trasferito al fegato e quindi l'acidosi passa da muscolare ad epatica.

La LHD è un enzima tetramerico ed è stato il primo a

fornire una prova strutturale dell'esistenza degli ISOENZIMI, per cui l'enzima prodotto nelle cellule muscolari scheletriche (M) e quello prodotto nelle cellule muscolari cardiache (H) presentano delle differenze (sono simili ma non identici). Ogni tessuto ha più di un'isoforma, altre possono essere: HM, HM, HM... però quelle H e M sono le più presenti.

Quando un soggetto ha un infarto il contenuto proteico delle cellule del cuore viene rilasciato nel sangue, per cui, a volte, si dice che "si sono mossi gli isoenzimi" perché ritroviamo nel sangue gli isoenzimi cardiaci. Per verificarne la presenza viene fatta un elettroforesi.

La LHD veniva usata anche come marker per i danni muscolari o nel fegato (ora è usata la transaminasi o amminotransferasi).

FERMENTAZIONE ALCOLICA:

La fermentazione alcolica converte il Piruvato a etanolo in una reazione a due tappe. La reazione inizia con la

Decarbossilazione non ossidativa del Piruvato a ACETALDEIDE, catalizzata dalla PIRUVATO DECARBOSSILASI. Successivamente avviene la riduzione NADH dipendente dell'acetaldeide a ETANOLO, reazione catalizzata dall'ALCOOLDEIDROGENASI, e durante la quale viene rigenerato il NAD+. La prima reazione necessita come coenzima la TIAMINA PIROFSFATO, necessaria per tutte le decarbossilazioni degli alfa-chetoacidi. Eccesso di assunzione di etanolo produce danni epatici sia acuti che cronici:

1. Consumo di NAD+ e riduzione della glicolisi (acuti, l'alcol deidrogenasi consuma il NAD+ necessario per la glicolisi);
2. Produzione di acetaldeide tossica (acuti).

Dal punto di vista industriale è molto importante la produzione di bioetanolo; questo viene utilizzato come carburante alternativo all'utilizzo di combustibili fossili. È un combustibile verde perché deriva da piante che l'hanno prodotto utilizzando la luce solare. Questo però sottrae terreno.

Per le coltivazioni agricole, con il risultato di impoverire l'alimentazione della popolazione. Quindi si deve scegliere se coltivare mais, patate e barbabietola da zucchero per utilizzarle per produrre il bioetanolo o per l'alimentazione.

Produzione di energia e bilancio elettronico:

La glicolisi aerobica produce:

La fermentazione lattica:

La fermentazione alcolica:

Con la fermentazione il NADH viene ridotto a NAD, quindi esce dal bilancio.

La glicolisi anaerobia, o fermentazione, è un processo inefficiente, non dal punto di vista termodinamico ma per il fatto che non utilizza tutta l'energia contenuta nel glucosio. Infatti se dall'ossidazione completa del glucosio è possibile ottenere 2870 KJ/mol, dall'ossidazione completa del lattato ne otteniamo 2757 KJ/mol; ottengo soltanto il 4% dell'energia, il 96% dell'energia è ancora nel prodotto.

La glicolisi rilascia solo una piccola parte dell'energia contenuta nel

glucosio.Ci sono 3 reazioni della glicolisi che sono irreversibili, sono quelle dove viene prodotta ATP. Questa immagine ci fa vedere il concetto di ossidazione graduale e controllata. Dal glucosio otteniamo il piruvato attraverso 10 step graduali. Grazie a questa gradualità si ottiene energia. —> BILANCIO ENERGETICO GLOBALE

Il bilancio energetico è circa ΔG° = -98,0 KJ/mol in condizioni effettive. Invece in condizioni standard si ha un bilancio che equivale a ΔG°’ = -73,3 KJ/mol.

La resa della glicolisi anaerobia:

Esoergonica: Glucosio —> 2 etanolo + 2 CO ΔG°’ = -228 kJ/mol glucosio2

Endoergonica: 2ADP + 2Pi —> 2ATP + 2H O ΔG°’ = 61 kJ/mol glucosio (30,5x2)2

Quindi dei 228 kJ totali se ne recuperano solo 61, la resa è del 27%. Quindi non solo si sfrutta poco l’energia contenuta nel glucosio, ma come tutti i processi si ha una resa che è circa 1/3 (non male, le rese

industriali girano intorno al 10%).L'eccesso di ΔG serve per favorire la via, la cui costante di equilibrio è circa Keq = 2x10 ,29serve quindi per “spingere a destra” la reazione.Non si avrà mai una resa dell’80-90% in una reazione perchè gran parte dell’energia vieneutilizzata per spingere la via, nelle reazioni che non sono termodinamicamente favorite.Nel ciclo dell’acido citrico posso ottenere una quantità di ATP almeno 10-15 voltemaggiore. Nel bilancio finale quindi si otterranno 32/34 ATP per molecola di glucosio,però alcune delle molecole di ATP vengono usate per mantenere la resa.Quindi viene fatta perchè è molto importante per produrre molta energia in breve tempo:100 volte più veloce dell’ossidazione completa. Ma non può essere mantenuta per tan