Chimica e Biochimica

Il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni

UN CICLO E NE COMINCIA UN ALTRO. IN TOTALE QUINDI SI OTTIENE: 2 ATP, 6 NADH, 2FADH2; quindi dalla glicolisi al ciclo di Krebs abbiamo finora ottenuto 4 ATP +10 NADH+ 2 FADH2.

CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI è lo stadio finale della respirazione cellulare. Essa avviene sulla membrana interna dei mitocondri, negli eucarioti mentre, sulla membrana plasmatica, nei procarioti. (Insieme alla catena di trasporto avviene anche la fosforilazione ossidativa)

L'Acetil-CoA oltre che dalla decarbossilazione ossidativa del piruvato, proviene anche dalla beta ossidazione degli acidi grassi (nel mitocondrio) e dal metabolismo ossidativo di alcuni amminoacidi. I trasportatori di elettroni (NADH e FADH2) andranno tutti verso la catena di trasporto degli elettroni che altro non è che la sede fisiologica dei trasportatori di elettroni. La catena di trasporto degli elettroni è un complesso proteico e si trova nelle creste mitocondriali, o meglio nella membrana interna mitocondriale.

Poi produce acqua. Gli elettroni provenienti dal FADH2 seguono questa via: complesso 2 - coQ - complesso 3 - citocromo c - complesso 4. Si ottengono 6 ioni H+ accettati dall'ossigeno che poi produce acqua.

L'obiettivo della catena di trasporto degli elettroni è produrre un gradiente elettrochimico, significa accumulare nello spazio transmembrana ioni H+ (dalla matrice mitocondriale allo spazio transmembrana). Il trasporto sarà passivo e quindi contro gradiente, l'energia viene prodotta nel passaggio degli elettroni che i trasportatori rilasciano. L'accettore finale degli elettroni che verranno rilasciati dai trasportatori è l'ossigeno (infatti è metabolismo aerobico) e infine produrrà acqua metabolica perché l'ossigeno si prenderà gli ioni H+ formerà acqua. Nel trasferimento degli elettroni da un complesso proteico all'altro, avverranno reazioni di redox, e verrà rilasciata energia.

complessi però non hanno una continuità fisica. La maggior parte delle proteine presenti saranno ferro e zolfo perché sono quegli elementi che più facilmente si riducono e si ossidano. I citocromi spostano gli elettroni da un complesso all'altro (da 1 a 3 o da 3 a 4) quindi i citocromi creano quella continuità che non esiste. Un'altra molecola importante che si trova tra il complesso 1 e il complesso 2 è l'ubichinone o coenzima Q. Il NADH cede gli elettroni al complesso 1 mentre il FADH2 cede gli elettroni al complesso 2, entrambi daranno i loro elettroni al coenzima Q o ubichinone. Tra il complesso 3 e il 4 c'è il citocromo C che ha sempre la funzione di trasportare gli elettroni. La quantità di energia che viene prodotta nel trasferimento di elettroni dal complesso due al coenzima Q non è sufficiente a far avvenire trasporto contro gradiente, chi partecipa più attivamente alla formazione del

gradiente elettrochimico sono icomplessi 1 3 e 4. Nel complesso 2 gli elettroni vengono ceduti al coenzima Q ma la quantità di energia nonè sufficiente da far avvenire un trasporto di ioni H, anche se comunque gli elettroni vengono ugualmenteceduti all’ubichinone che si riduce e cederà gli elettroni al complesso 3 e poi 4. Con il NADH si ottengono10 ioni H+ e con il FADH2 6 ioni H+. L’energia che era stata prodotta attraverso la formazione del gradienteelettrochimico, in realtà serve per produrre ATP.

Modello chemiosmotico: si ottiene l’accoppiamento di un processo di trasporto e di una reazione chimica.

Gli ioni H+ vengono stipati nello spazio transmembrana, ma la cellula essendo un’entità finita ne puòaccogliere ma fino ad un certo punto, quindi poi una parte degli ioni H+ rientra dentro, attraverso una sorta diciclo, e questi ioni che rientrano servono a due cose: 1 a ridurre la concentrazione in modo tale da

poter continuare ad accumulare ioni H+ nello spazio transmembrana 2 a permetterci la sintesi di ATP. Chi ci aiuta a sintetizzare l'ATP è la pompa dell'ATP sintasi.

La pompa della ATP sintasi è un complesso proteico formato da due subunità (F0 e F1) in cui F0 è un canale da cui possono rientrare gli ioni H+, e lo faranno a favore di gradiente, lo farà spontaneamente e non sarà necessaria energia.

Chi si occupa della sintesi vera e propria di ATP è la subunità F1. L'ATP sintasi è come una specie di girandola, che viene mossa dagli ioni H+. Il rotore interno è composto da subunità proteiche (alfa, beta, gamma). Nella subunità F1 ci sono tre siti: 1 aperto, 1 lasso e 1 serrato che a vari livelli legheranno ADP e P, catalizzeranno la sintesi dell'ATP e rilasceranno l'ATP prodotto. Ogni volta che entra uno ione H+ il rotore della subunità F1 si muoverà di 120°.

Per fare un giro completo del rotore serviranno 3 ioni H+, quindi: entra il primo ione H+ e ci posizioniamo sulla conformazione lassa che permette il legame dell'ADP con P, poi entra il secondo ione H+ il rotore si sposta cambiando conformazione e andando su quella serrato in cui viene sintetizzato ATP, ma non viene rilasciato, entra il terzo ione H+ ci spostiamo verso la forma aperta e rilasciamo ATP in quanto si abbassa l'affinità perché cambia la conformazione. Abbiamo trasformato l'energia elettrochimica in energia meccanica (abbiamo mosso il rotore di 360°!) quindi ogni 3 ioni H+ una molecola di ATP.

TERMOGENESI

Ci sono momenti in cui non abbiamo sempre bisogno di produrre ATP (gli animali in letargo per esempio), ci sarà un momento in cui non sarà coinvolta l'ATP sintasi, ma può entrare in gioco la proteina disaccoppiante, la termogenina per esempio. Viene trasformata l'energia meccanica in energia termica.

Latermogenesi rappresenta un’eccezione alla regolazione della catena respiratoria, sia un esempio di disaccoppiamento. Si chiama proteina disaccoppiante perché non accoppia la formazione dell’energia elettrochimica con la sintesi dell’ATP, o meglio l’energia elettrochimica c’è ma verrà utilizzata per formare calore, e quindi energia termica.

SHUTTLE NADH CITOSOLICO

Il NADH viene prodotto anche nella glicolisi (prima tappa della seconda fase) questi NADH dal citoplasma devono arrivare alla catena di trasporto degli elettroni che si trova nelle creste mitocondriali della membrana interna. Questo avviene grazie a degli shuttle, ovvero dei sistemi navetta, che ci aiutano a fare questo trasporto. Prodotto dalla glicolisi, Il NADH che era nel citosol, prodotto dal citoplasma, poi servirà alla fermentazione lattica. Il NADH sarà prodotto di più di quanto ne utilizzeremo. Per far passare il NADH dal citoplasma al mitocondrio ci

Serviremo degli shuttle, ovvero dei sistemi navetta. Tra questi ricordiamo il glicerolo 3 fosfato e lo shuttle malato-aspartato.

Il glicerolo 3-fosfato: l'accettore è il diidrossiacetonefosfato, che riducendosi (prendendo gli elettroni dal NADH) forma il glicerolo 3-fosfato. L'enzima mitocondriale che catalizza la reazione inversa è FAD dipendente, quindi gli elettroni del NADH, arriveranno al FAD che si ridurrà a FADH2, questo è un problema a livello energetico. Quel NADH che c'è nel citoplasma deve essere smaltito, ed essere ossidato a NAD per farlo rientrare nella glicolisi.

Lo shuttle malato-aspartato ha la stessa funzione: nel citoplasma quando è presente molto NADH, se non c'è il diidrossiacetone fosfato a disposizione, chi prenderà ioni H+ è l'ossalacetato, che si riduce a malato, il malato è il trasportatore che entrerà nel mitocondrio, la malato deidrogenasi ossida il malato.

cedendo glielettroni al NAD si ridurrà a NADH. Quindi si riforma ossalacetato, se serve andrà nel ciclo di Krebs, altrimenti potrà subire un processo di amminazione, diventando aspartato, dato che per l'aspartato c'è un trasportatore e per l'ossalacetato no.

METABOLISMO DEI LIPIDI

I lipidi si suddividono in lipidi di membrana e lipidi di riserva: quelli di membrana sono i fosfolipidi e i glicolipidi che sono costituiti da una testa e da 1 o 2 code di acido grasso, per quanto riguarda i lipidi di riserva sono i trigliceridi che sono formati da tre code di acido grasso legato ad una testa di glicerolo, da qui il nome. Poi abbiamo i Lipidi neutri che sono una combinazione di acidi grassi e glicerolo. La maggior parte dei lipidi neutri è rappresentata da trigliceridi. L'ambiente ematico è acquoso, quindi gli acidi grassi non possono essere liberi, ed è necessario l'aiuto di proteine trasportatrici, tra le più

Importanti ricordiamo l'albumina, oppure vengono inglobate in quelle che vengono definite lipoproteine. Ci sono diverse classi di lipoproteine:

• Chilomicroni: presenti nel sangue solo dopo i pasti e trasportano i lipidi provenienti dal pasto dall'intestino ai tessuti.
• Lipoproteine a densità molto bassa o VLDL: trasportano trigliceridi, che provengono dalla loro sintesi, nel fegato.
• Lipoproteine a bassa densità o LDL: sono un rimaneggiamento di quella molto bassa. Trasportano il colesterolo dal fegato ai tessuti. Sono responsabili dei danni che arreca il colesterolo alle arterie ("colesterolo cattivo") andando dal fegato ai tessuti lascia dei residui nelle arterie, e ciò occlude un vaso o un'arteria.
• Lipoproteine ad alta densità o HDL: trasportano il colesterolo e i fosfolipidi verso il fegato. Dai tessuti al fegato, fanno il trasporto inverso. Eliminano dalla circolazione il colesterolo in eccesso e lo indirizzano verso i tessuti.

Che sono in grado di metabolizzarlo. Si parla di lipoproteine che trasportano il colesterolo e si fa questa distinzione perché LDL e HDL fanno un trasporto opposto. L'attività fisica aumenta i livelli di HDL. Assorbimento dei lipidi: