Lezioni, Biochimica

N.B.

RESPIRAZIONE AEROBIA -> ossidazione completa del glucosio ad anidrite carbonica e acqua. Comprende la

glicolisi, il cliclo di krebs, trasporto degli elettroni e produzione di ATP. L’ossigeno è l’accettore ultimo di

elettroni.

RESPIRAZIONE ANAEROBIA -> l’accettore ultimo di elettroni è lo zolfo o gli ioni ferro.

Il TCA è anche la via catabolica di grassi e proteine.

Grassi -> sono costituiti da trigliceridi (riserva di

energia dell’organismo). Il loro catabolismo

prevede l’idrolisi a glicerolo (che viene ossidato ed

entra nella glicolisi) e acidi grassi (che vengono

ossidati a catene corte attraverso l’eliminazione di

acetilCoA ).

Proteine -> vengono idrolizzate dalle proteasi in

acidi che poi vengono tran seminati o deaminati a

dare piruvato, ossalacetato, αchetoglutarato (tutti

intermedi del TCA).

In realtà il TCA può essere usato anche come fonte

di precursori di proteine e grassi: questo perché gli

intermedi del TCA possono essere usati per la

sintesi degli aminoacidi e perché il citrato può

essere usato come precursore della sintesi di acetilCoA usato per la sintesi di acidi grassi.

Il TCA è importante anche per la sintesi dell’eme in quanto produce il succinilCoA, utilizzato per la sintesi.

Dunque il TCA viene definita come via ANFIBOLICA perché rientra sia nelle vie cataboliche che anaboliche.

ll ciclo di Krebs è sempre seguito dalla fosforilazione ossidativa, la cui parte iniziale è costituita dalla catena

di TRASPORTO DI ELETTRONI: l'una non avrebbe senso senza l'altra in quanto l'ATP e il GTP prodotto dal

ciclo in sé è scarso e la produzione di NADH e FADH2 porterebbe a un ambiente mitocondriale

eccessivamente ridotto, mentre la sola catena respiratoria necessiterebbe di una fonte di cofattori ridotti

pena l'ossidazione dell'ambiente. Questa respirazione cellulare estrae energia da NADH e FADH2, ricreando

NAD+ e FAD, permettendo in tal modo al ciclo di continuare. Il ciclo di Krebs non usa ossigeno, che è invece

utilizzato nella fosforilazione ossidativa.

Il NADH e FADH2 si ossidano cedendo gli elettroni ai trasportatori presenti sulla membrana interna del

mitocondrio. Non cedono direttamente gli elettroni all’ossigeno (che è l’accettore finale) , poiché in questo

modo tanta energia sarebbe liberata sotto forma di calore e sprecata. Attraverso la catena di trasporto

degli elettroni invece l’energia viene ceduta gradualmente e si massimizza la sintesi di ATP.

I TRASPORTATORI sono flavo proteine, ferro-zolfoproteine, citocromi (alcuni contenenti rame) e coenzima

Q. sono organizzati in 4 complessi: I complessi I, III e IV sono "pompe protoniche" ed il gradiente formatosi

a cavallo della membrana mitocondriale interna viene utilizzato dall'enzima ATP sintetasi per formare ATP a

partire dai suoi substrati (ADP + PI).

Complesso I (NADH deidrogenasi) = gli elettroni passano dal NADH al conezima Q

Complesso II (Succinato deidrogenasi)

Complesso III (citocromo bc ) = riceve gli elettroni dal coenzima Q e li passa al citocromo c

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Complesso IV (citocromo c ossidasi) = trasferisce gli elettroni all’ossigeno, trasformandolo in acqua.

L’energia liberata quando gli elettroni passano da un complesso all’altro viene usata per pompare protoni

nello spazio intramembranario della matrice. Poiché la membrana mitocondriale interna è semipermeabile

si crea un gradiente elettrochimico per la differenza di potenziale. I protoni possono rientrare nella matrice

muovendosi secondo gradiente di concentrazione perché passano attraverso i complesso F0F1

(dell’ATPsintetasi); mentre passano attraverso la subunità F0, la F1 produce ATP da ADP+Pi.

Si parla di ACCOPPIAMENTO tra trasporto di elettroni e sintesi di ATP perché i due processi sono dipendenti

l’uno dall’altro e legati. Ci sono alcune sostanze disaccoppianti che separano i due processi, cioè che fanno

si che l’energia liberata dal trasporto di elettroni non è usata per sintetizzare Atp ma produce calore.

La sintesi di ATP è detta PRILAZIONE OSSIDATIVA perché l’ATP è prodotto per prilazione di ADP usando

l’energia ricavata dall’ossidazione di NADH e FADH .

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Si parla anche di modello CHEMIOSMOTICO perché l’ATP si produce sfruttando l’energia chimica legata alla

presenza di una differenza di potenziale e al passaggio attraverso una membrana semipermeabile.

BETAOSSIDAZIONE

È una via metabolica a spirale, che consente di degradare gli acidi grassi con produzione di acetil-CoA.

Consiste in una serie di quattro reazioni cicliche al termine delle quali viene rilasciato un Acetil-CoA e un

Acil-CoA accorciato di due atomi di carbonio. La β-ossidazione porta alla riduzione di equivalenti riducendi

di FAD e NAD+.

Esempio: per il palmitato che è l'acido grasso prodotto dalla biosintesi degli acidi grassi e ha 16 atomi di C,

sono necessari 7 cicli di β-ossidazione per la completa demolizione della catena. Sono quindi generate:

- 8 molecole di Acetil-CoA

- 7 Coenzimi ridotti NADH + H+

- 7 coenzimi FADH2

La resa energetica può essere calcolata per qualsiasi acile con numero di carboni pari che non presenta

insaturazioni con la formula: molecole di ATP = 7(C-2) +8 C= numero di atomi di carbonio.

Ha una regolazione coordinata con la sintesi degli acidi grassi. La principale regolazione avviene a livello

della CAT I che è inibita dal Malonil-CoA, che è il primo intermedio della biosintesi degli acidi grassi.

Inoltre la terza reazione, quella catalizzata dalla β-idrossiacil-CoA deidrogenasi è inibita da un elevato

rapporto [NADH]/[NAD+]

Avviene all’interno del mitocondrio.

GLUCONEOGENESI

È la via di sintesi del glucosio a partire da precursori a 3 o 4 atomi di carbonio che non hanno natura

saccaridica, come piruvato e lattato.

Avviene quasi interamente nel citosol, a parte la prima tappa iniziale che serve per traslocare il piruvato dal

mitocondrio al citosol. Il piruvato subisce modificazioni e viene trasportato nel citosol, dove verrà formato il

PEP e poi si susseguono tutte le altre reazioni.

Si basa su 3 deviazioni, corrispondenti alle 3 reazioni irreversibili della glicolisi. Nella prima deviazione si

registra formazione di fosfoenolpiruvato a partire da piruvato, passando attraverso reazioni intermedie. Dal

piruvato si ottiene ossalacetato grazie all'enzima piruvato carbossilasi. L'ossalacetato così prodotto viene

ridotto a malato grazie all'enzima malato deidrogenasi. Nella reazione successiva il malato viene riossidato

ad ossalacetato e infine quest'ultimo viene convertito in fosfoenolpiruvato dallafosfoenolpiruvato

carbossichinasi. La seconda deviazione permette di ricavare fruttosio-6-fosfato a partire dal reagente

fruttosio-1,6-bisfosfato. L'enzima catalizzante di questa reazione è la fruttosio-1,6-bisfosfatasi. Infine la

terza deviazione, che consente di ottenere la molecola di glucosio a partire dal glucosio-6-fosfato è

catalizzata dalla glucosio-6-fosfatasi.

La gluconeogenesi è energeticamente dispendiosa: la cellula infatti usa 6 legami altamente energetici

forniti da ATP per formare una molecola di glucosio a partire da lattato o piruvato. Proprio per questo, tale

processo attivo durante il digiuno è svolto unicamente dal fegato, il quale ha gli enzimi necessari e l'energia

fornita dalla demolizione di Acetil-CoA nel ciclo di Krebs.

Gli enzimi della glicolisi, gluconeogenesi e del TCA sono soggetti a:

- REGOLAZIONE ALLOSTERICA -> possono essere attivi o inattivi a seconda dell’effettore che legano a

livello del sito allosterico. Il legame con l’effettore attiva o inibisce l’attività catalitica;

- REGOLAZIONE ORMONALE -> effetto di alcuni ormoni. Esempio: la concentrazione del fruttosio

1,6,bis fosfato è regolata dal PFK2, che a sua volta è regolata dal glucagone e adrenalina (agiscono

con cAMP come secondo messaggero).

FOTOSINTESI

Processo di trasformazione dell’energia luminosa in energia chimica per essere utilizzata nella sintesi di

molecole organiche.

I fototrofi ossigenici usano l’acqua come donatore di elettroni per produrre NADPH, mentre i fototrofi

anossigenici usano solfuro tiosolfato o succinato.

N.B.

Fotoeterotrofi -> l’energia deriva dalla luce e il C organico acquisito;

Fotoautotrofi -> l’energia solare necessaria anche per la sintesi di molecole organiche (da anidride

carbonica e acqua).

La fotosintesi avviene nel cloroplasto e ha come formula generale:

6 CO + 6 H O + Luce → C H O + 6 O

2 2 6 12 6 2

La luce solare eccita gli elettroni della clorofilla . ci sono diversi tipi di clorofilla e pigmenti colorati a livello

dei tilacoidi: 2+

- Clorofilla A -> anello porfirinico centrale con ioni Mg e catena laterale idrofobica detta fitolo.

- Colofilla B -> nell’anello porfirinico ha CHO (gruppo formile)al posto CH (gruppo metile).

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Entrambe assorbono tra i420 e i 660 nm.

- Carotenoidi ->assorbanza 420-450 nm

- Ficobiline -> assorbanza ne blu PE o arancione .

Sono le clorofilla A che si trovano nei foto sistemi sulla membrana dei tilocoide. Ci sono due foto sistemi: il

primo contiene clorofilla con P700, mentre il secondo contiene clorofilla con P680.

La fotosintesi si divide in due tappe:

1. FASE LUMINOSA (luce dipendenti) -> costituita da reazioni che portano alla produzione di ATP e

NADPH . La luce solare eccita la clorofilla A P680 del foto sistema II. Gli elettroni foto eccitati

passano alla Feofitina (clorofilla c modificata)e poi al plastochinone e quindi al plastochinolo. Il

citocromo f trasferisce gli elettroni dal plastochinolo alla plastocianina. La luce eccita anche la

clorofilla P700 del fotosistema I. gli elettroni eccitati vengono trasferiti alla ferrodossina. Tale

+ +

molecola trasferisce gli elettroni al NADP che diventa NADPH, grazie alla ferrodossina NADP

reduttasi. Poiché la membrana dei tilacoidi è impermeabile ai protoni, ed essi si accumulano nel

lume, si crea un gradiente elettrochimico per cui essi possono uscire dal lume solo attraverso i

complessi dell’ATP sintetasi (portando quindi alla sintesi dell’ATP (FOTOFOSFORILAZIONE).

Queste fasi che portano alla sintesi di ATP interessano un flusso non ciclico di elettroni dall’acqua al

NADPH.  Se la richiesta di NADPH è bassa si può creare un flusso ciclico di elettroni per cui la

ferrodossina cede elettroni alla plastocianina e consente la riduzione di P700 che

può assorbire altri elettroni. In questo modo non si produce NADPH, ma solo ATP

(Fotofosforilazione ciclica).

2. FASE DI FISSAZIONE DEL CARBONIO (o fase di luce indipendente) -> le reazioni di questa fase

utilizzano ATP e NADPH per fissare il carbonio inorganico (CO ) in molecole organiche.

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