Domande e risposte Biochimica - 2 Parziale

Domande biochimica 2 parziale

Lezione 10: Le principali differenze tra catabolismo ed anabolismo

Il catabolismo utilizza i nutrienti per ricavare 3 specie:

• Molecole alto energetiche cioè molecole che immagazzinano al loro interno energia e la trasportano in zone diverse dove poi la utilizzano per fare diverse reazioni.
• Specie ridotte tutte quelle specie che quando vengono ridotte liberano una discreta quantità di energia che può essere utilizzata per una pluralità di reazioni.
• Intermedi metabolici che vengono utilizzati per una serie di reazioni e portano alla formazione di molecole semplici come ad esempio anidride carbonica o acqua.

Quindi in sintesi il catabolismo è una serie di reazioni che partendo da un nutriente portano alla sua ossidazione formando molecole semplici che vanno eliminate.

L'anabolismo è l'insieme di tutte quelle strade che ci permettono di utilizzare gli intermedi del catabolismo per produrre nuove molecole. Per fare questi nuovi composti utilizziamo energia delle molecole alto energetiche ed il potere riducente delle molecole ridotte.

Esempio di attivazione di una molecola per il suo ingresso nella via metabolica

Attivare una molecola vuole dire attaccarci un’etichetta in modo tale che questa intraprenda una specifica via di trasformazione. Un esempio è proprio la partenza della glicolisi quando vado a fosforilare il glucosio formando glucosio 6 fosfato. Ho attaccato uno ione fosfato in posizione 6 formando un estere fosforico. Questa reazione però da sola non avviene, ha bisogno di qualcosa; si chiama infatti reazione accoppiata. Per avvenire deve esserci la contemporanea formazione di ATP partendo da ADP + pp.

Cosa si intende per reazione accoppiata

Prendiamo come esempio il tagging del GLU a dare GLU-6P. Questa è una reazione endoergonica cioè il suo equilibrio termodinamico è spostato verso i reagenti. Per fare avvenire questa reazione devo accoppiarla con un'altra reazione di estrema facilità termodinamica; l’idrolisi di ATP. Facendo in modo che queste due reazioni avvengano sul sito attivo dello stesso enzima, permetto lo svolgimento di reazione endoergoniche sfruttando reazione esoergoniche (ATP).

Cosa sono le chinasi?

Sono la classe di enzimi il cui compito è quello di trasferire un gruppo fosfato da molecole alto energetiche a substrati specifici con lo scopo di rendere metaforicamente attivi. Nella glicolisi ad esempio abbiamo esochinasi e glucochinasi il cui compito è appunto quello di attaccare un fosfato sul glucosio. Abbiamo poi la fosfo frutto chinasi il cui compito è quello di attaccare uno ione fosfato sul FRUT-6P formando FRUT-1,6 BISFOSFATO. Abbiamo poi la fosfoglicerato chinasi dove un fosfato viene staccato dallo zucchero per essere attaccato ad ADP per formare ATP. In questo caso è comunque avvenuto il trasferimento di uno ione fosfato solo che questa volta il substrato è l’ADP e il donatore lo zucchero, al contrario di quello che avveniva prima. Stessa cosa avviene nel caso della piruvico chinasi dove anche qua il fosfato viene trasferito ed il substrato risulta essere ADP. Infine ricordiamoci che per funzionare le chinasi hanno sempre bisogno di uno ione Mg⁺⁺. Questo ione è infatti presente in tutte le bevande energetiche.

Quali caratteristiche chimiche rendono alto energetiche le molecole di ATP?

La molecola di ATP è un nucleotide cioè un nucleoside che ha in posizione 5 legato 3 atomi di carbonio. Nel dettaglio il nucleoside è adenosina formata dalla base azotata adenina attaccata al carbonio 1 del ribosio. Come detto al carbonio 5 posso attaccare tramite legame estere dei gruppi fosfati. Se ne attaccassi solo 1 la molecola non risulterebbe alto energetica. Attaccandone invece 3 come nel caso dell’ATP si viene a formare un anidride mista. Si è formato un legame fosfo anidrilico. La rottura di questo legame tramite ad esempio idrolisi con acqua libera un'enorme quantità di energia, 7,8 kcal/mol.

Cosa si intende per carica energetica di una cellula

Per carica energetica di una cellula si intende il rapporto tra le specie che possono produrre energia, cioè quelle con legami alto energetici, e la somma di tutti i nucleotidi.

Quale reazione è catalizzata dall'enzima aldolasi

La reazione catalizzata da enzima aldolasi è la formazione di GLI-3P partendo da FRUT-1,6 BISFOSFO. Questo enzima catalizza la condensazione aldolica o l’inverso senza utilizzare acqua. Nella formazione di gliceraldeide 3 fosfato si forma anche diidrossiacetonfosfato. Questi due composti sono rispettivamente un aldoso e un chetoso. A gestire la formazione di uno piuttosto che la formazione dell’altro è coinvolto un altro enzima; la trioso fosfato isomerasi.

Perché enzimi che funzionano con NADH/NAD+ non funzionano con NADPH/NADP+?

La differenza tra le due strutture è la presenza di un gruppo fosfato in posizione 2 sul ribosio. Questo crea un'enorme differenza di utilizzo infatti NAD+ viene utilizzato nelle vie cataboliche mentre NADP+ viene utilizzato nelle vie anaboliche.

Illustrare le modalità di formazione di un legame alto energetico nell'ossidazione di gliceraldeide 3 fosfato

La GLI-3P va a reagire con enzima GLI-3 P deidrogenasi che presenta oltre ad un residuo di cisterna anche un gruppo tiolico. Proprio questo gruppo tiolico reagisce con il gruppo aldeidi della gliceraldeide formando un legame tioemiacetalico. Su questo stesso enzima c’è un NAD+ che riducendosi a NADH+ fornisce due elettroni e due protoni, formando un composto che presenta un legame tioestere. Proprio per la differenza di elettronegatività tra S e O, questo legame risulta alto energetico e di facile rottura. Si rompe ed attaccarsi al posto dell’enzima che viene rilasciato, si va ad attaccare uno ione fosfato formando il 1,3BISFOSFOGLICERATO. Questo gruppo fosfato legandosi ha formato un legame fosfo anidrilico che è il legame alto energetico.

Per quali ragioni il fosfenol-piruvato è la molecola più alto energetica?

Perché guardando i possibili prodotti di un idrolisi otteniamo uno ione fosfato e un composto che sembra un alcol ma in realtà è la funzione enolica di un chetoacido. Questo può subire una tautomerizzazione formando la forma chetonica del chetoacido. Essendo questa reazione estremamente esoergonica, l’equilibrio si sposta completamente verso la formazione del chetoacido. Questo si traduce nel fatto che quello ione fosfato sarà super invogliato a staccarsi dal fosfenol piruvato per dare piruvato. Questo fatto conferisce al fosfenol piruvato caratteristiche di alto energetici (34 kj/mol).

A quali necessità metaboliche risponde la conversione piruvato-lattato in condizioni anaerobie?

Questa conversione risponde alla necessità di ripristinare le specie ossidate quando non ho ossigeno disponibile. Infatti il ripristino di NAD+ non può più avvenire sulla catena di trasporto degli elettroni. L’unico modo per riformare NAD+ è trasformare piruvato in acido lattico con la conseguente formazione del cofattore ossidato.

Da quali reazioni viene la CO₂ che forma la schiuma nella birra?

Durante la fermentazione alcolica il piruvato viene trasformato in acetaldeide con la fuoriuscita di CO₂. Questa acetaldeide diventerà poi etanolo grazie alla conversione di NADH in NAD+.

Per quali ragioni ATP è instabile termodinamicamente

ATP è instabile termodinamicamente per due motivi: il primo che i 3 gruppi fosfati presentano tutti cariche negative che creano una situazione di repulsione tra di loro e quindi estrema voglia di reagire staccandosi. Il secondo motivo è per la stabilizzazione per risonanza dei composti che si formano in uscita (risonanza del doppio legame tra fosfato e ossigeno).

Cosa si intende con fosforilazione a livello del substrato?

Si intende quando una chinasi prende un gruppo fosfato dallo zucchero dandolo ad un ADP che diventa quindi ATP. Questo avviene nella glicolisi quando la fosfo glicerato chinasi prende un fosfato dall’1,3 BIS FOSFO GLICERATO formando il 3 fosfoglicerato ed ATP.

Quali sono effettori positivi e negativi di enzima che catalizza F6P in F1,6BIS FOSFO

Questa reazione è mediata dalla presenza di ATP e AMP. L’enzima che agisce è la fosfofrutto chinasi. Se nella cellula c’è tanta ATP è inutile che io continui a produrre energia e quindi l’enzima verrà inattivato. Se al contrario ho poca ATP e quindi tanta AMP l’enzima verrà attivato così da poter produrre energia.

Lezione 11: Perché il saccarosio è più energetico di una miscela equimolare di Glu-Frut

Il saccarosio risulta essere più energetico perché il legame che tiene insieme i 2 zuccheri è un legame che si forma tra due carboni ossidati per la precisione il carbonio aldeidi in 1 del glucosio che si lega al carbonio chetoni in 2 del fruttosio (ovviamente sono uniti da un atomo di ossigeno). Questo legame tra O e i due carboni ossidati rimane molto più facile da rompere che il normale legame emiacetalico. Viene rotto per fosforosi quindi uno dei due composti che si forma è già legato ad un fosfato. Il risultato è che quando vado a metabolizzarlo utilizzo un ATP in meno e per questo dal metabolismo di saccarosio ottengo più energia.

Conseguenze di una carenza di β-lattogalattosidasi

L’assenza di questo enzima non permette la scissione del lattosio in glucosio + galattosio. Il risultato è che i batteri che abbiamo nel nostro intestino vedono arrivarsi un carboidrato ancora intero, lo trasformano per fermentazione e producono CO₂ provocando gas, dolore di pancia, gonfiore di pancia.

Come si forma e a cosa serve UDP-glucosio

Quando vogliamo metabolizzare il lattosio interviene la β-lattogalattosidasi che scinde il lattosio in glucosio più galattosio. Il galattosio viene subito fosforilato GAL-1P come sempre grazie alla riduzione di ATP in ADP, il conseguente distacco del fosfato e successivo attacco sul GAL. Il GAL-1P così come è non sappiamo usarlo; deve svolgersi parallelamente un altro processo. Il glucosio che si era formando dalla scissione del lattosio viene anch’esso fosforilato a dare GLU-6P grazie ad una chinasi. Successivamente grazie ad una isomerasi viene trasformato in GLU-1P. A questo punto GLU-1P reagisce con una UTP (si tratta di una base azotata piridinica attaccata al carbonio 1 di un ribosio che ha a sua volta attaccato 3 gruppi fosfato sul carbonio 5). Si arriva alla formazione di UDP-glu grazie al lavoro dell’enzima UDP-glu-pirofosfatasi. Però questa reazione è termodinamicamente sfavorita; riesce ad avvenire grazie alla rottura dell’altro composto che si era formato insieme all’UDP-glu, il pirofosfato inorganico. L’enzima pirofosfatasi inorganica rompe il legame fosfoanidrilico di questo composto, con successiva liberazione di energia che riesce a rendere termodinamicamente favorevole la formazione di UDP-glu. UDP-glu reagisce con il GAL-1P formando UDP-gal e GLU-1P. UDP-gal lo faccio reagire con enzima UDP-gal-epimerasi che grazie alla riduzione di un NAD+ a NADH₂ riesco a riottenere l’UDP-glu. Il GLU-1P che si era formato è nel frattempo trasformato in GLU-6P da un enzima chiamato fosfoglucomutasi e reinserito nella via glicolitica.

Cosa distingue il glicogeno dall’amilopectina

Il glicogeno è una catena di tanti glucosi legati da legami 1,4 (le posizioni dei carboni coinvolti nel legame) dove talvolta ci sono delle ramificazioni in cui i due glucosi coinvolti sono caratterizzati da un legame 1,6. L’amilopectina è la parte ramificata dell’amido anch’essa caratterizzata dalla presenza di legame 1,6. A distinguere amilopectina e glicogeno sono la frequenza delle ramificazioni. Queste risultano corte e molto frequenti nel glicogeno. Questo conferisce al glicogeno una scarsa compattezza e un’elevata accessibilità da parte dell’acqua. Amilopectina al contrario ha delle ramificazioni più lunghe e meno frequenti per questo risulta essere una struttura più compatta e con una scarsissima accessibilità dell’acqua. Questa è un’importante caratteristica che ritroviamo nei semi; questi sono ricchi in amilopectina e quindi poveri di acqua perché nei semi perché la pianta non cammina quindi non ha bisogno di mobilitare i nutrienti in maniera rapida, lo fa solo per germinare dove infatti pianta viene messa a contatto con acqua.

Perché le riserve zuccherine sono depositate sotto forma di polimeri

Deposito sotto forma di polimeri per limitare al massimo la pressione osmotica e quindi un’eventuale rottura della cellula. Se infatti prendo una mol di glucosio ha una molarità di 180g/L. Dalla legge universale dei gas ricavo una pressione osmotica di circa 22. Se invece prendessi un polisaccaride, la molarità si abbasserebbe drasticamente andando anche a diminuire la pressione osmotica.

Differenze tra α-amilasi e β-amilasi

Entrambi questi enzimi agiscono sull’amido andando a rompere i legami che tengono insieme le molecole di glucosio; in particolare α-amilasi è un endoenzima cioè rompe i legami 1,4 della porzione lineare in mezzo alla molecola. β-amilasi è invece un esoenzima cioè va sempre a rompere i legami 1,4 ma non al centro della molecola ma partendo da una estremità riducente. Il prodotto di formazione delle β-amilasi è il disaccaride maltosio che è ottimo bersaglio del batterio Saccharomyces cerevisiae. Si chiamano alfa e beta perché il glucosio che esce dal loro taglio il carbonio anomerico è in posizione beta oppure alfa (posizione dell’OH rispetto a quello in posizione 6, opposti oppure dalla stessa parte).

Protagonisti delle reazioni redox nella via dei pentoso fosfati

Il primo protagonista è sicuramente il G6P zucchero da cui parte la via dei pentoso fosfati. Questo subisce un’ossidazione sul carbonio uno diventando un lattone (zucchero ciclico caratterizzato da un legame estere interno). L’ossidazione avviene per mezzo della riduzione di una molecola di NADP+ a NADPH. Successivamente aggiungo acqua vado a formare il 6 fosfogluconato. Questo subisce un’altra ossidazione (altra riduzione di NADP+ a NADPH) diventando temporaneamente un chetone sul carbonio 3 per poi trasformarsi subito nel RIBULOSIO-5P.