Fosforilazione ossidativa

NAD

trasporto, per cui entra nel mitocondrio in modo

passivo. Nel mitocondrio il malato ritorna

+¿

ossalacetato con il che diventa NADH.

¿

NAD

Quindi è come se il NADH non si fosse

consumato.

Con questa navetta, per ogni molecola di NADH ottengo 2,5 ATP. È una navetta passiva: non

consuma tutto il NADH, si arriva sempre ad un equilibrio.

2. Trasporto attivo: gli elettroni vengono trasportati contro gradiente di concentrazione.

Muscolo e cervello: sistema navetta del glicerolo 3P

Il diidrossiacetone fosfato presente nel citosol

(normalmente nella glicolisi), grazie a un enzima,

glicerolo-3-fosfato deidrogenasi citosolica, viene

ridotto a spese del NADH, e si forma glicerolo-3-

fosfato. L’enzima glicerolo-3-fosfato deidrogenasi

mitocondriale fa avvenire la reazione opposta ma a

−¿

spese del FAD: il glicerolo-3-fosfato dona i suoi ¿

e

FADH

al FAD che si riossida a .

2

Da ogni FAD si ottiene 1,5 ATP nel far avvenire

→

questo processo si ha una perdita netta di ATP.

In questo modo è possibile trasferire gli equivalenti di riduzione dal NADH della glicolisi all’interno del

FADH

mitocondrio, o sottoforma di NADH o sottoforma di .

2

Cofattori più importanti: ce ne sono molti, molti dei quali sono vitamine.

FADH

FAD

- - 2

FMNH

FMN

- - 2

Proteine Fe/S

- di vario tipo: il Fe è associato ad atomi di zolfo inorganico o ad atomi di zolfo di

2+¿ ¿

3+¿ a Fe

residui di Cys. Gli elettroni sono presi/ceduti da Fe che passa alternativamente da e

¿

Fe

viceversa.

Citocromi:

- proteine che possiedono gruppi eme contenenti ferro. A seconda dei gruppi sostituenti

cit , cit , cit

sui gruppi eme ci sono 3 classi di citocromi: .

a b c

I citocromi sono proteine con un’elevata capacità di assorbire la luce visibile, dovuta al gruppo eme.

Tutte queste proteine sono organizzate in 4 complessi della catena respiratoria, che si trovano immersi

−¿

nella membrana mitocondriale interna. Essi hanno il compito di trasferire dai coenzimi ridotti,

¿

e

+¿

attraverso una serie di relé di cariche, per liberare energia e pompare .

¿

H +¿

III e IV complessi: vengono usati sia da FAD che da NAD che si riossidano. Vengono pompati 4 .

¿

H

+¿

I complesso: viene usato solo nella riossidazione del NADH. Vengono pompati 4 .

¿

H +¿

FADH

II complesso: viene usato solo nella riossidazione del . Vengono pompati 2 .

¿

H

2

Ubichinone Q Q):

- (coenzima o è una molecola molto idrofobica, si muove all’interno della

membrana da un complesso all’altro. L’ubichinone può accettare un solo elettrone, trasformandosi

in un radicale semichinonico (•QH), oppure può accettare due elettroni, acquisendo la sua forma

QH

ridotta di ubichinolo (Co ).

2 Complesso I: NADH CoQ ossidoriduttasi/NADH

deidrogenasi +¿

Il NADH si riossida a cedendo 2 elettroni agli

¿

NAD

enzimi del I complesso (NADH CoQ ossido

reduttasi/NADH deidrogenasi). Il CoQ è una proteina

che trasporta gli elettroni dal I al III complesso.

+¿ +¿ +¿

NADH + + CoQ + 4 int + Co

→

¿ ¿ ¿

H H NAD

+¿

QH + 4 est

¿

H

2

L’energia liberata dal trasferimento di questi elettroni

+¿

(processo esoergonico) serve per pompare 4 ¿

H

dall’interno all’esterno. Questi elettroni non vengono

ceduti direttamente al CoQ, ma a gruppi prostetici all’interno delle proteine: FMN, Fe/S.

−¿ +¿

N.B. complessivamente il CoQ riceve 2 e 2

¿ ¿

e H

Complesso II: succinato CoQ ossidoriduttasi/succinato deidrogenasi

È un enzima che fa parte sia della catena respiratoria sia del ciclo di Krebs.

QH

Succinato + CoQ fumarato + Co

→ 2 il succinato si ossida a fumarato trasformando il FAD in

, che cede i suoi elettroni al CoQ.

FADH 2 −¿

FADH cede 1 alla volta, quindi la proteina

¿

e

2 −¿

Fe/S si riduce e ritorna ossidata cedendo i suoi al

¿

e

citocromo c, che si ossida e cede i suoi elettroni al CoQ

QH

che diventa Co .

2 −¿

Il gruppo eme b presente nel complesso non si trova nel percorso diretto degli , può servire a

¿

e

proteggere dalla formazione di ROS (specie reattive dell’ossigeno).

+¿

FADH riossidato energia necessaria per pompare 6 1,5 ATP

→ →

¿

H

2 +¿

NADH riossidato energia necessaria per pompare 10 2,5 ATP

→ →

¿

H

QH

III complesso: Co citocromo ossidoriduttasi/citocromo

c

2

riduttasi

−¿ c

Gli dall’ubichinolo vengono ceduti al citocromo reazione

→

¿

e +¿

esoergonica. L’energia liberata è necessaria per pompare ¿

H

dall’interno all’esterno della membrana.

c

Il citocromo è una proteina solubile dello spazio intermembrana

che si sposta legandosi alternativamente al complesso III e al

complesso IV. 3+¿ 2+¿

+¿

QH c c

Co + 2 cit ( ) + 4 int CoQ + 2 cit ( )

→

¿

¿ ¿

H

2 Fe Fe

+¿ +¿

+ 2 + 4 est

¿ ¿

H H Ciclo dell’ubichinone (ciclo Q):

QH

1. Una prima molecola di legata allo

2 −¿

spazio intermembrana cede 1 al citocromo

¿

e

−¿

c e l’altro ad una molecola di Q legata alla

¿

e

matrice della membrana: si forma una molecola

c

di citocromo ridotto e una molecola di radicale

anionico semichinonico (in realtà questo è un

processo molto veloce, perché nel mitocondrio un

radicale può essere molto pericoloso, per questo

è presente il glutatione). Q neoformato

abbandona il complesso. QH

2. Una seconda molecola di cede 1

2

−¿ c

al citocromo e l’altro al radicale: si forma

¿

e

−¿ +¿

QH

c

citocromo e . Il secondo trasferimento di comporta la captazione di 2 dalla matrice.

¿ ¿

e H

2

Q neoformato abbandona il complesso.

−¿ −¿ −¿

Il ciclo Q incanala gli da un trasportatore a 2 a 1 .

¿ ¿ ¿

e e e −¿

c

Il citocromo ridotto a livello del complesso III si sposta verso il complesso IV per cedere .

¿

e

QH

Il risultato è: viene ossidato a Q, due

2 c

molecole di citocromo vengono +¿

contemporaneamente ridotte e gli vengono

¿

H

trasferiti dall’interno all’esterno della matrice.

O

Complesso IV: citocromo ossidoriduttasi/citocromo ossidasi

c 2

2+¿ 3+¿

+¿ +¿ +¿

O H O

c c

2 cit ( ) + ½ + 2 + 2 int 2 cit ( ) + 2 + 2 est

→

¿ ¿ ¿

¿ ¿

H H H

2 2

Fe Fe

ossia 2+¿ 3+¿

+¿ +¿ +¿

O H O

c c

4 cit ( ) + + 4 + 4 int 4 cit ( ) + 2 + 4 est

→

¿ ¿ ¿

¿ ¿

H H H

2 2

Fe Fe c

Questo complesso trasporta gli elettroni dal citocromo

H O

all’ossigeno molecolare, riducendolo a .

2

L’ossigeno passa la membrana mitocondriale interna senza

trasportatori, quindi è a disposizione del IV complesso.

−¿ Cu

c

I 4 citocromi donano i loro alla proteina presente

¿

e A −¿

nella subunità II del complesso (ogni citocromo cede 1 ).

¿

e

La subunità I del complesso contiene due gruppi eme, uno dei

−Cu

Cu a

quali forma un centro con e un’altra proteina (

B 3 B

−¿

Cu Cu

): il cede gli al gruppo eme che li cede al

¿

e

A B

O

che a sua volta li cede all’ .

2

−¿

Ogni volta che 4 attraversano questo complesso, l’enzima

¿

e

+¿ O H O

preleva 4 per convertire l’ in due molecole di .

¿

H 2 2

Gli intermedi dell’ossigeno sono radicali, quindi questo complesso dev’essere velocissimo per eliminarli

subito (perciò serve molto glutatione), altrimenti si generano i ROS (reactive oxygen species) stress

⟹

ossidativo. −¿ FADH

Il CoQ oltre che dal complesso I e II riceve da altre proteine contenenti .

¿

e 2

Acil-CoA deidrogenasi (prima tappa della -

β

ossidazione degli acidi grassi): questo enzima dona

elettroni alla flavoproteina che trasferisce elettroni (ETF)

e che poi li cede al Q attraverso l’ETF: ubichinone

ossidoreduttasi.

Glicerolo 3-fosfato deidrogenasi mitocondriale:

flavoproteina localizzata sulla faccia esterna della

membrana mitocondriale interna, incanala gli elettroni

nella catena respiratoria riducendo direttamente Q.

Ogni molecola che viene ossidata libera energia

+¿

necessaria per pompare 6 tranne il NADH che ne

¿

H

pompa 10.

La catena respiratoria genera un gradiente elettrochimico che libera energia, quest’energia viene utilizzata

dal V complesso per la sintesi di ATP.

Complesso V: ATP sintasi +¿

Enzima che sintetizza ATP da ADP + Pi utilizzando energia dal gradiente generato dalla catena

¿

H

respiratoria. I protoni rientrano nella matrice mitocondriale attraverso l’ATP sintasi in favore del gradiente

elettrochimico, liberando energia necessaria per la sintesi di ATP.

Formato da due porzioni diverse: canale che permette il passaggio di protoni

→

F 0

- subunità a b

- subunità 2

- subunità δ

proteina periferica di membrana

→

F 1 F

- subunità : serve come congiunzione con

ε 0 F

- subunità : forma un asse centrale che attraversa tutta la porzione

γ 1

costituita anche da 3 subunità e 3 subunità alternate, che ruotano

α β

intorno a .

γ

I protoni che entrano danno l’energia necessaria per far ruotare le subunità e (l’energia cinetica viene

α β

trasformata in energia chimica).

Funzionano 2 a 2: mentre in una subunità - entra ADP + Pi, nell