Il Metabolismo

NADP

Reazioni di biosintesi (analisi) coenzima NADPH



La rottura del legame fosfoanidridico, che impegna il gruppo fosforico terminale dell’ATP, determina

l’allontanamento di uno dei tre gruppi fosforici carichi negativamente e quindi rimuove dalla molecola

2−¿

alcune delle repulsioni elettrostatiche; il gruppo Pi ( ) rilasciato dalla reazione di idrolisi viene

¿

HPO 4

stabilizzato dalla formazione di alcune forme di risonanza

che non sono possibili se il gruppo è inserito nella molecola

dell’ATP. 2+¿

Inoltre il del citosol si lega all’ATP e all’ADP e la

¿

Mg 2+¿

formazione del complesso con maschera

¿

Mg

parzialmente le cariche negative e influenza la

conformazione dei gruppi fosforici in nucleotidi come l’ATP e

l’ADP. Per la maggior parte delle reazioni che utilizzano

l’ATP come donatore del gruppo fosforico il vero substrato è

2−¿ .

¿

MgATP

Molecole energetiche:

Nel nostro organismo non si utilizzano molecole ad elevata energia perché ne richiedono altrettanta per

essere sintetizzate.

L’ATP si trova in un livello energetico intermedio quindi viene usata molto.

(Prima viene consumata energia in ATP, poi in metabolismo anaerobio e poi (se sono allenato) in

metabolismo aerobio).

Classifica a livello energetico dei legami:

1. Legami fosfoestere-fosfoanidridico

2. Legami tioestere

3. Legami estere Il fosfoenolpiruvato (PEP) contiene un gruppo fosforico

legate con un legame estere che può andare incontro a

idrolisi generando la forma enolica del piruvato. Poiché il

prodotto dell’idrolisi (piruvato) può avere due forme

tautomeriche (enolica e chetonica), mentre il reagente

(PEP) ha una sola forma (enolica), il prodotto risulterà

più stabile. Questa reazione, catalizzata da una chinasi,

è seguita dalla tautomerizzazione spontanea del prodotto, il piruvato.

L’1,3-bisfofoglicerato contiene un legame anidridico

tra il gruppo carbossilico sull’atomo C-1 e un acido

fosforico. L’idrolisi del legame libera una grande

quantità di energia. Il prodotto diretto dell’idrolisi è il

3-fosfoglicerato con un gruppo carbossilico non

dissociato. La sua dissociazione permette la

formazione di strutture di risonanza che rendono

possibile la stabilizzazione dei prodotti rispetto ai

reagenti. Un ulteriore contributo alla variazione di

energia libera deriva dalla stabilizzazione per

risonanza del Pi.

Nella fosfocreatina (carburante molto

impiegato nel muscolo) il legame

fosfoamminico (P—N) viene rotto per

produrre creatina e rilascio di Pi. La creatina

forma un ibrido di risonanza e quindi viene

stabilizzata.

tioesteri,

Anche i composti nei quali l’atomo di O del legame estere è

sostituito da un atomo di zolfo, possiedono un’energia libera di idrolisi

negativa ed elevata.

L’Acetil-CoA è un tioestere, e l’idrolisi del legame tioestere genera un

acido carbossilico che si ionizza assumendo diverse forme di

risonanza.

Carica energetica di una cellula:

1

ATP+ ADP

2

ATP+ ADP+ AMP

2ADP ATP + AMP Valori possibili da 0 (cellula morta) a 1 (non si raggiunge mai)



adenilato chinasi Valore nella cellula vivente: intorno a 0.9

(miochinasi)

Tanto è maggiore tanta più energia ho da spendere.

Potenziale redox: tendenza ad acquistare o perdere elettroni rispetto all’idrogeno.

- H +

 

Tendenza a Tendenza ad

cedere acquistare

elettroni elettroni

Legge:

0 0 energia libera messa in gioco nello scambio elettronico.



=−nF

Δ G Δ E

RT ACCETTORE

0 +

E=E ln potenziale di ciascuna molecola



nF DONATORE

n = n° elettroni scambiati

F = costante di Faraday

= differenza di potenziale di ciascuna molecola

E 0 = potenziale standard

E negativo cedere

Molecole con potenziale hanno maggiore tendenza a elettroni rispetto all’idrogeno.

positivo acquistare

Molecole con potenziale hanno maggiore tendenza ad elettroni rispetto all’idrogeno.

Da un punto di vista termodinamico (favorevole termodinamicamente), lo scambio elettronico avviene

sempre da chi ha potenziale negativo verso chi ha potenziale più positivo. Ciò significa che bisogna

considerare anche molecole tra di loro negative, ma se una è più negativa di un’altra il flusso di elettroni

andrà da chi ha potenziale più basso a chi ha potenziale più alto, anche se sono entrambe negative.

esoergonico,

È un processo libera energia. L’energia che viene messa in gioco è controllata dalla legge (

0 0 .

=−nF ¿

Δ G Δ E

Come la cellula utilizza questa legge per poter immagazzinare energia dal catabolismo?

La tendenza ad acquistare e ricevere elettroni delle molecole è nota per le reazioni più comuni (redox).

Tra le molecole importanti per lo scambio di energia ritroviamo il NAD e il NADP.

NAD (nicotinammide adenin dinucleotide) coenzima che nella sua reazione di riduzione forma il NADH.



NADP (nicotinammide adenin dinucleotide fosfato) da una semireazione di riduzione per formare



NADPH.

La tendenza ad acquistare elettroni: NAD: Potenziale: -0,315 V tenderà ad



acquistare elettroni (diventare NADH) a spese

di una qualsiasi molecola che ha un

potenziale un po’ meno negativo.

Il miglior elettrodonatore è l’ossigeno che ha

potenziale redox di +0,815 V, quindi avrà una

maggiore tendenza a donare. Quindi il NAD

riceverà e- dall’O e diventerà NADH.

L’ossigeno nelle nostre cellule è il principale accettore di elettroni, perché ha il potenziale redox più

alto.

Gli elettroni vanno da chi ha potenziale negativo fino ad arrivare all’ossigeno, che è quello con maggiore

tendenza a riceverli.

Il NAD infatti normalmente si trova come NADH, che vuole cedere i suoi elettroni a qualche altra molecola.

La reazione è quindi: NADH cede i suoi elettroni all’ossigeno liberando una grande quantità di energia che

sarà data da -nFE (differenza tra il potenziale dell’accettore, + 0,815, e la differenza di potenziale del

NAD) una quantità di energia altissima.



L’accettore di elettroni finali è l’ossigeno, quindi si trova a monte di questa scala di potenziale redox.

Il NAD è la molecola che viene utilizzata per immagazzinare energia nei processi catabolici e liberarla nei

processi anabolici, in realtà immagazzinerà l’energia redox nella forma di NADH. In questa reazione il NAD

si riduce e diventa NADH. In questo modo il NADH ha la possibilità di cedere tantissima energia a spese

dell’ossigeno.

NADH NADPH riossidano

Quindi il e anche il (che ha un potenziale redox leggermente inferiore), se si

NAD FAD si riducono:

liberano quell’energia necessaria per vivere, a spese dell’ossigeno. Il e il

acquistano elettroni.

L’energia in potenza del FADFADH2 che dona elettroni all’ossigeno è minore rispetto a quella del NAD

NADH.

Tra le coppie redox NAD-NADH e FAD-FADH2, il NADH può donare elettroni al FAD per farlo diventare

FADH2, e non viceversa.

Le reazioni cataboliche sono reazioni di ossidazione dei cibi. Il nostro scopo è quello di bruciare cibi

per produrre ATP e queste molecole ridotte, che hanno una valenza dal punto di vista energetico uguale

all’ATP.

Lo scopo per cui si respira è prendere gli elettroni dal NADH e FADH2 e produrre acqua.



Noi ci siamo evoluti respirando ossigeno perché ha il potenziale più alto.

La quantità di energia che è misurata da questa legge e che viene librata quando dal NADH dono elettroni

all’ossigeno, è tantissima. Quest’energia non viene liberata nell’anabolismo e non viene liberata in un unico

step, perché sarebbe troppa per essere sfruttata tutta a pieno. Per sfruttarla a pieno viene liberata in step: il

NADH non donerà direttamente gli elettroni all’ossigeno, ma donerà normalmente elettroni a intermedi di

questa scala di potenziale in modo da liberare quantità di energia più piccole, fino ad arrivare all’ultimo

accettore che è l’ossigeno. La sommatoria di tutti questi step è la grossa quantità di energia che si mette in

gioco.

Questi step sono tutti passaggi dei processi della respirazione, che ha lo scopo di trasferire step by step gli

elettroni ad accettori sempre più alti come potenziale redox, fino ad arrivare all’ultimo step che è quello

dell’ossigeno cedere gli e- poco alla volta, liberando energia poco alla volta.



Se ci si limita ad ottenere il piruvato dallo zucchero, quando lo brucio, e non si arriva ad ottenere NADH, si

perde energia perché la quantità di potenziale redox del piruvato è meno negativo di quello del NADH. 

bisogna ossidare anche il piruvato per sfruttare al meglio l’energia dello zucchero.

La cellula usa il NADH per donare elettroni a O nella catena respiratoria e sviluppare energia, usa invece il

NADPH per donare elettroni ai precursori per sintetizzare. L’energia serve nella sintesi e gli elettroni del

NADPH delle molecole piccole servono per la sintesi, ma i due ruoli sono diversiLA CELLULA NON

VUOLE CONFUSIONE.

Tutte e due servono per l’anabolismo, ma hanno scopi un po’ diversi.

+¿ +¿

Il e il suo analogo fosforilato possono subire una riduzione reversibile dell’anello

¿ ¿

NAD NADP

+¿ +¿

nicotamminico. Il e il suo analogo fosforilato possono subire una riduzione a NADH e

¿ ¿

NAD NADP

−¿

NADPH, accettando uno ione idruro ( , l’equivalente di un protone e di due elettroni) da un substrato

¿

: H +¿

ossidabile. Lo ione idruro può essere legato sia sul fronte sia sul retro. Il secondo rimosso dal

¿

H

substrato viene rilasciato nel solvente acquoso.

Le semireazioni per ciascun nucleotide:

+¿ −¿ +¿ +¿

+ 2 + 2 NADH +



¿ ¿ ¿ ¿

NAD e H H

+¿ −¿ +¿ +¿

+ 2 + 2 NADPH +



¿ ¿ ¿ ¿

NADP e H H

+¿ +¿

La riduzione di o di converte l’anello benzenoico della nicotinammide (con una carica

¿ ¿

NAD NADP +¿

+ sull’azoto dell’anello) nella forma chinonoide (priva della carica sull’azoto). Il può ricevere solo

¿

NAD