Lezione 5: Appunti di Biochimica

NADH, FADH2, sono tutte molecole che contengono energia. é anche vero il

processo inverso cioè a partire da molecole precursori come molecole molto

semplici come amminoacidi, zuccheri, acidi grassi, basi azotate attraverso un

processo che è noto come anabolismo si generano molecole complesse come

proteine , polisaccaridi, lipidi, acidi nucleici. Mentre il processo precedente

genera energia , l'anabolismo invece brucia energia, consuma energia.Nel suo

insieme il catabolismo e l'anabolismo prende il nome di METABOLISMO

CELLULARE, sintesi e degradazione. Ovviamente i due processi non possono

avvenire simultaneamente sarebbe stupido che la cellula degrada e sintetizza,

degrada e sintetizza sarebbe una perdita di tempo inutile, quindi la cellula

degraderà quando c'è un eccesso di nutrienti energetici invece andrà in contro ai

processi di anabolismo quindi sintesi quando c'è carenza di macromolecole

necessarie per la cellula. Questi due processi infatti sono altamente regolati.

L'ATP è l'intermedio chimico che collega i processi che rilasciano energia quindi i

processi di catabolismo a quelli che invece richiedono energia e quindi i processi

di anabolismo. Come vediamo dalla slide nelle reazioni del catabolismo che

sono in genere reazioni esoergoniche viene formata essenzialmente ATP; nelle

reazioni anaboliche che sono endoergoniche viene invece consumata una

molecola di ATP. Come dicevamo in queste reazioni di catabolismo di molecole

complesse si formano dei prodotti molto semplici come CO2, ammoniaca , acqua

che rappresentano i precussori per le reazioni anaboliche. Le reazioni

cataboliche e anaboliche sono reazioni separate tra di loro ,non sono l'una

l'inversa dell'altra e rappresentano due strade diverse che la cellula deve

intrapendere, o decide di catabolizzare o di anabolizzare. Tutti i processi, che

richiedono un lavoro come il movimento,come il trasportoattivo, come la sintesi di

molecole,l'amplificazione di segnali , sono tutti processi che richiedono il

consumo di ATP, d'altronde è ovvio che durante il lavoro muscolare noi

consumiamo energia, consumiamo ATP. Quando invece le molecole vengono

ossidate, allora a partire da ADP verrà formata una molecola di ATP. L'atp

rappresenta il principale composto che racchiude l'energia all'interno di una

cellula e noi andremo a guardare sempre i flussi di energia. Guardare la formula

dell'ATP nella slide : è presemte uno zucchero, legata ad una base azotata

che si chiama adenosina e al ribosio sono legati tre gruppi fosfati.

Adenosinatrifosfato xke ha tre fosfati. Quando l'ATP viene consumato avviene

l'idrolisi di una molecola di fosfato che viene così persa; l'atp si trasforma in

adp( adenosinadifosfato). Attraverso un processo opposto, l'adp può assumere

un'altro gruppo fosfato e ridiventare atp. C'è quindi un bilancio continuo, un

bilancio perfetto tra produzione di ATP e idolisi di adp, conformazione di adp, la

cellula non fa altro che mantenere più o meno costanti i livelli di atp e adp.

Durante il metabolismo noi vedremo che le principali macromolecole che noi

assumiamo con l'alimentazione cioè i grassi , i polisaccaridi e le

proteine,subiscono una serie di fasi, passaggi. Il primo passaggio è la

trasformazione di queste grandi macromolecole in molecole più semplici, infatti i

grassi verranno degradati in acidi grassi e glicerolo. I grassi non sono altro che

dei composti costituiti appunto da acidi grassi e glicerolo attraverso un processo

di esterificazione. I polisaccaridi rappresentano tutti i carboidrati, questi verranno

degradati nella fasi 1 in glucosio e in altri zuccheri, il glucosio è quello più

importante, ma altri zuccheri come il fruttosio il saccarosio, il magnosio il lattosio

fanno cmq parte della nostra alimentazione. Le proteine verranno degradate tutte

in amminoacidi.

Nella fase 2 noi vedremo che dalla degradazione degli acidi grassi in glucosioe

degli amminoacidi otterremo un unico composto , che si chiama

acetilcoenzimaA. Quindi tutto il metabolismo di tutte le macromolecole convoglia

su un unica molecola la quale si chiama acetilcoenzimaA. Qiondi o partiamo da

grassi, o da zuccheri o da proteine sempre l'acetilcoenzimaA formeremo.

Durante questa degradazione si ottengono quantità enormi di energia sotto

forma di NADH E DI ATP. Quindi già nella fase 1 e parzalmente nella fase 2 si

comincia a formare enrgia e questo è intuibile, una macromolecola se

cominciamo a romperla cominciamo a produrre energia.

L'acetilcoenzimaA entra nella fase 3 che come vediamo consiste in un ciclo di

reazioni detto erroniamente il ciclo di krebs( xke krebs ha individuato vari cicli),

si chiama invece il ciclo dell'acido cidrico. Questo ciclo è un ciclo di reazioni che

continua in maniera continua. Durante questo ciclo l'acetilcoenzimaA viene

completamente ossidato x formare molecole di anidrite carbonica, quindi viene

bruciato completamente, il che significa che i grassi, i polisaccaridi, le proteine

vengono continuamente bruciate; ma durante questo ciclo si formano quantità

importanti di elettroni sottoforma di NADH o FADH2 che rappresentano i

trasportatori di elettroni x eccellenza in una cellula. Questi elettroni si originano

perchè durante il ciclo dell'acido cidrico, avvengono reazioni di ossido-riduzione,

percui gli elettroni che entrano in gioco verranno donati tutti a NADH E FADH2

che trasporterà alla fine ben 8 elettroni. Questi elettroni entreranno nei mitocondri

dove verranno utilizzati per formare ATP, attraverso un processo che si chiamo

fosforilazione ossidativa che avviene solo nei mitocondri delle cellule

eucariotiche. Il NADH E IL FADH2 pur non essendo delle molecole cariche di

energia così come lo è l' atp, sono degli eccellenti trasportatori di elettroni e

questi elettroni nei mitocondri genereranno nuove molecole di atp. In particolare

per ogni NADH che si forma verranno generate tre molecole di atp; per ogni

FADH2 che si forma verranno generate 2 molecole di atp nei mitocondri. Alla

fine il bilancio energetico cioè la quantità di energia che si produce è molto alto.

Dovremo tener conto nel metabolismo anche la generazione di questi

trasportatori NADH, NADPH,FADH2 che si generano propio dal metabolismo

ossidativo cioè dalla degradazione delle macromolecole nella prima fase; ma è

anche vero il contrario, durante le fasi biosintetiche cioè a partire da precursori

molto semplici abbiamo detto che la cellula può generare macromolecole

complesse , durante questo processo verranno utilizzate molecole di NADH,

FADH2, NADPH per ottenere molecole complesse. Riepilogando quello che ci

siamo detti è che durante il metabolismo noi osserviamo che molecole

complesse ( carboidrati, acidi grassi e amminoacidi) vengono degradati

completamente a CO2 e acqua, vengono bruciati, e durante questo processo si

formano molecole di NADH e di FADH2 a partire da nad e da fad che

rappresentano degli eccellenti trasportatori di elettroni. Questi trasportatori di

elettroni arriveranno nei mitocondri ( slide)dove cederanno questi elettroni ad una

molecola di ossigeno che verrà trasformata in acqua, per cui a partire da acidi

grassi, carboidrati,e amminoacidi noi otteremmo essenzialmente co2 e acqua. Il

FADH2 E NADH2 che hanno ceduto elettroni nei mitocondri ridiventeranno nad e

fad. Durante questo processo gli elettroni che sono stati ceduti all'ossigeno xke

diventi acqua verranno utilizzati anche dall'adp per essere trasformato in atp.

Osserviamo quindi che questo è un processo che porta alla formazione di ingenti

quantità di energia sotto forma di atp.

Nella slide questa è una molecola di nad , che proviene direttamente da una

proteina e quindi è indispensabile assumerlo dall'alimentazione , presenta una

struttura complessa sulla quale non ci soffermeremo , e quello che vediamo in

basso è una molecola di Fad , è una riboflamina che proviene anche lei da una

proteina, sono molecole essenziali x l'omeostasi in una cellula.

I vari metabolismi convogliano tutti su una molecola che è l'acetilcoenzimaA e

questi metabolismi sono tra di loro in qualche modo correlati, il metabolismo dei

grassi non è autonomo rispetto a quello dei carboidrati , e viceversa e il

metabolismo delle proteine è in qualche modo strettamente correlato a quello

dei carboidrati, non c'è niente che non sia legato all'altro .QUESTA stretta rete di

correlazioni ha bisogno di punti di regolazione.

Abbiamo già visto che durante una reazione il substrato A deve diventare un

prodotto B attraversando uno stato di transizione; i substrati A hanno un'energia

maggiore dei prodotti B. In questo caso la reazione procede spontaneamente e

si definisce reazione esoergonica cioè quando l'energia libera dei substrati è

maggiore di quella dei prodotti. Abbiamo già detto che lo stato di transizione

viene abbassato significativamente dagli enzimi che rendono più efficienti le

collisioni orientate in maniera corretta. Altre reazioni sono endergoniche è

avvengono quando il reagente B ha un'energia libera minore di quella del

prodotto A. In questo caso la reazione non procede spontaneamente e si

definisce una reazione endoergonica; per far avvenire una reazione endergonica

è necessario somministrare energia al sistema. Nel primo caso la differenza di

energia libera cioè delta g ha un valore negativo, nel secondo caso ha un valore

positiva, (l' enzima può catalizzare entrambi le reazioni xke abbassa soltanto lo

stato di transizione ).ovviamete il delta g può essere anche uguale a 0 e in

questo caso la reazione è all'equilibrio. Noi osserveremo x ogni reazione il valore

del delta g se è negativo, se è positivo , se è uguale a 0. Il secondo parametro

che noi dobbiamo stare attenti nelle reazioni che vedremo è la Km che

rappresenta l'affinità dell'enzima x il substrato.

Gli elettroni che verranno trasportati nei mitocondri verranno traportati

principalmente a livello della membrana mitocondriale interna che è questa

membrana composta da numerose interoflessioni della membrana stessa. A

questo livello avvengono la maggior parte delle reazioni biosintetiche che noi

osserveremo.Questa membrana è impermeabile alla maggior parte degli ioni e

alle molecole di piccole dimensioni cioè non entra niente a meno che non sia

trasportato. A livello della membrana mitocondriale interna noi trovermo le

strutture responsabili della sintesi dell'atp. Abbiamo detto come che gli elettroni

trasportati sintetizzano atp ma non lo fanno x magia ma lo fanno perchè ci sono

strutture specifiche adibite alla sintesi di atp. nella matrice