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Bioenergetica mitocondriale Appunti scolastici Premium

Breve riassunto sulla bioenergetica mitocondriale:
- i mitocondri
- componenti della catena respiratoria
- conversione dell'energia
- fosforilazione ossidativa
- agenti disaccoppianti
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Esame di Biochimica docente Prof. D. Carotti

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Le deidrogenasi NAD(P) -dipendenti sono enzimi che catalizzano le reazioni redox in cui due atomi di

+

idrogeno vengono sottratti ai substrati ossidabili e convogliati verso il NAD(P) : uno degli atomi di idrogeno

+

viene trasferito sotto forma di ioduro al NAD(P) , formando il coenzima ridotto NAD(P)H, mentre l’altro viene

+

rilasciato nell’ambiente sotto forma di H .

+

Queste deidrogenasi, che non fanno in realtà parte della catena respiratoria, ma forniscono gli equivalenti

riducenti in forma di NAD(P)H necessari per il funzionamento della catena respiratoria, sono enzimi localizzati

nel citosol o nella matrice e la loro funzione è quella di produrre grandi quantità di NAD(P)H.

Il NADPH in realtà viene generalmente usato nelle reazioni anaboliche riduttive per la sintesi di altre molecole

importanti per l’organismo e in alcuni casi il NADPH può generare NADH nella reazione catalizzata dalla

piridin nucleotide transidrogenasi. La reazione è reversibile e avviene spontaneamente verso destra, mentre

richiede l’idrolisi di ATP per decorrere nel verso opposto.

Componenti della catena respiratoria

- Deidrogenasi flaviniche.

Queste proteine contengono al loro interno i nucleotidi flavinici FMN o FAD, saldamente legati alla porzione

proteica dell’enzima.

Il complesso I della catena respiratoria, detto NADH deidrogenasi, contiene una deidrogenasi FMN-

dipendente.

Esistono anche delle deidrogenasi FAD-dipendenti che convogliano gli elettroni al coenzima Q (CoQ),

riducendolo, e vengono a loro volta ridotte da succinato, glicerolo-3-fosfato e acil-CoA: la succinato

deidrogenasi e la glicerolo-3-P deidrogenasi sono enzimi di membrana, mentre la acil-CoA deidrogenasi è

presente nella matrice; inoltre la succinato deidrogenasi è il complesso II della catena respiratoria.

I nucleotidi flavinici presenti in tutte queste deidrogenasi possono accettare uno o due elettroni per volta e

quindi possono accoppiare reazioni in cui vengono ceduti due elettroni a reazioni in cui ne viene accettato

solo uno.

- Coenzima Q (ubichinone).

L’ubichinone è un benzochinone dotato di una catena laterale isoprenoide formata da 6-10 unità isopreniche,

grazie alla quale è ampiamente mobile nell’ambiente idrofobico della membrana mitocondriale interna.

Grazie alla grande mobilità di cui gode, l’ubichinone può entrare in contatto sia con la NADH deidrogenasi

e le varie flavoproteine, da cui riceve gli elettroni, sia con il citocromo b a cui cede gli elettroni, di conseguenza

questo coenzima funziona come carrier mobile.

I coenzimi flavinici ridotti trasferiscono gli elettroni al CoQ ossidato, riducendono a CoQH o ubichinolo.

2

Il coenzima Q può anche formare un semichinone relativamente stabile e partecipare anche al trasferimento

di un solo elettrone.

- Citocromi.

I citocromi sono cromoproteine che trasportano gli elettroni dal CoQ all’ossigeno; sono proteine coniugate

formate dal gruppo prostetico eme legato alla catena polipeptidica.

A differenza dell’eme di mioglobina ed emoglobina, in cui il ferro si trova sempre allo stato ridotto Fe , nei

2+

citocromi il ferro accetta e cede un elettrone, oscillando sempre fra lo stato ridotto e lo stato ossidato.

I singoli citocromi si differenziano per la natura della porzione proteica e delle catene laterali del nucleo

porfinirico e per il sistema di connessione fra gruppo eme e proteine; nei mitocondri si trovano tre classi di

citocromi. I differenti citocromi sono organizzati in maniera specifica all’interno della membrana mitocondriale

interna.

• Citocromo c. Piccola proteina che presenta grande mobilità e si trova sulla superficie esterna della

membrana mitocondriale interna.

• Citocromo b e c1. Sono associati ad altre proteine e formano il complesso III della catena respiratoria.

• Citocromo a e a3. Formano il complesso IV della catena respiratoria.

L’eme del citocromo c è legato covalentemente alla proteina grazie a due legami tioeterei tra i due gruppi

laterali vinilici e due residui di cisteina della proteina, inoltre il ferro si lega con due legami coordinativi a un

residuo di istidina e a un residuo di metionina.

Dal punto di vista funzionale il citocromo c agisce come carrier mobile fra gli altri citocromi immobilizzati nella

membrana ed è facilitato in questo dal fatto di essere lassamente associato alla superficie esterna della

membrana mitocondriale interna.

- Proteine ferro-zolfo.

Nelle proteine Fe-S il ferro non è inserito nel gruppo prostetico eme, ma si trova associato ad un atomo di

zolfo inorganico o allo zolfo di residui di cisteina, formando i cosiddetti centri Fe-S, che possono essere di

vario tipo.

Le proteine Fe-S trasferiscono un elettrone per volta, in quanto il ferro oscilla dallo stato ferroso allo stato

ferrico.

Un tipo particolare di proteine Fe-S sono le proteine di Rieske, in cui l’atomo di ferro è coordinato a residui

di istidina invece che di cisteina.

Organizzazione e sequenza dei complessi

- Complesso I.

Il complesso I (NADH deidrogenasi o NADH:CoQ ossidoreduttasi) è formato da 45 proteine e contiene FMN

e 8 centri Fe-S. Questo complesso provvede alla riossidazione del NADH presente nella matrice

mitocondriale in NAD e convoglia gli equivalenti riducenti verso il CoQ: durante questo trasferimento viene

+

liberata energia che serve per pompare protoni contro gradiente dalla matrice mitocondriale verso lo spazio

intermembrana, conservando parte dell’energia sotto forma di gradiente di potenziale elettrochimico.

Il complesso I riceve quindi gli elettroni dal NADH e li trasferisce a una flavoproteina FMN-dipendente che a

sua volta si cede ai vari centri Fe-S, i cui ioni ferro partecipano al trasporto degli elettroni riducendosi quando

ricevono gli elettroni dal FMNH e riossidandosi quando li cedono al CoQ.

2

Il trasferimento degli elettroni è inibito da sostanze come l’Amital (barbiturico) e il rotenone (insetticida).

- Complesso II.

Il complesso II (succinato deidrogenasi) è responsabile dell’ossidazione del succinato in fumarato, con

contemporanea riduzione del FAD a FADH ed è formato da 4 subunità proteiche, un FAD e 3 centri Fe-S.

2

Gli elettroni che vengono sottratti al succinato passano prima al FAD e poi agli atomi di ferro dei centri Fe-S,

prima di arrivare al CoQ che rappresenta l’accettore.

Nella struttura del complesso II si trova anche un eme b che non è implicato nel flusso elettronico, ma si

occupa di prevenire la formazione di ROS, dannosi per l’organismo.

Esistono vie alternative alla riduzione del CoQ:

La prima tappa dell’ossidazione degli acidi grassi è catalizzata dalla acil-CoA deidrogenasi che sottrae

equivalenti riducenti agli acidi grassi e allo stesso tempo riduce il FAD a FADH ; poi gli equivalenti riducenti

2

passano all’ETFP e infine al CoQ attraverso la ETF ubichinone ossidoreduttasi, una proteina che lega sia il

FAD che un centro Fe-S.

La glicerolo-3-P deidrogenasi è una flavoproteina posta sulla faccia esterna della membrana mitocondriale

interna e incanala gli equivalenti riducenti sottratti al glicerolo-3-P verso il CoQ.

- Complesso III.

Il CoQ in forma ridotta diffonde nella membrana mitocondriale interna fino a raggiungere il complesso III,

dove viene riossidato a CoQ. Il complesso III recupera quindi gli equivalenti riducenti e li trasferisce al

citocromo c: questo complesso catalizza il trasferimento degli elettroni da un trasportatore a due elettroni ad

un trasportatore a un solo elettrone, attraverso un complesso meccanismo detto ciclo dell’ubichinone. Inoltre

il complesso III associa il flusso di elettroni al pompaggio di protoni attraverso la membrana mitocondriale

interna, come avviene nel complesso I.


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8 mesi fa


DETTAGLI
Esame: Biochimica
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in medicina "D" (a ciclo unico)
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher francescaspadetta93 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 La Sapienza - Uniroma1 o del prof Carotti Daniela.

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