Metabolismo

CICLO DI KREBS

8 reazioni. Continua l'ossidazione della materia organica che ci permette di avere coenzimi ridotti per catena respiratoria. Resa energetica molto più alta di quella della glicolisi: ciclo di Krebs per ogni giro produce 12 ATP e non 2.

Dopo Krebs ci sarà catena respiratoria dove andranno i nucleotidi ridotti a scaricare potere riducente mediante fosforilazione ossidativa.

REAZIONE 1 (citrato sintasi) ossalacetato ha→ 4 atomi di C con 2 acidi carbossilici e gruppo carbonilico c2 + acetil CoA = entra acqua e si forma un composto a 6 atomi di C, un acido tricarbossilico con in testa acetil-CoA e ossalacetato e grazie a h20 abbiamo gruppo OH. Questa reazione è fortemente esoergonica in vivo dà energia iniziale a ciclo di Krebs.

REAZIONE 2 (aconitasi) sono stati invertiti i due gruppi perché gruppo OH viene spostato in posizione energeticamente più favorevole. Inversione c3 e c5. Molto endoergonica ma avviene perché

equilibrio viene spostato da reazione successiva.

REAZIONE 3 (isocitrato deidrogenasi) è decarbossilazione e ossidazione su atomo di C quindi → decarbossilazione ossidativa, molto simile a quando piruvato è diventato CoA. Si forma NADH, molto esoergonica. Si forma composto a 5 atomi di carbonio che è alfa cheto glutarato.

Il prodotto finale del catabolismo è l'ossidazione della materia organica a CO e acqua. Cominciamo a vedere la CO (l'altra CO l'abbiamo vista con la decarbossilazione ossidativa del piruvato).

REAZIONE 4 (α-chetoglutarato deidrogenasi) procediamo con le reazioni di ossidazione e in questo caso anche di decarbossilazione ossidativa. Trasforma α-Ketoglutarato 5C in un composto a 4C che è il succinil-CoA. Decarbossilazione ossidativa con il CoA rimanda alla piruvato deidrogenasi infatti l'enzima che catalizza questa complessa reazione si chiama α-keto-glutarato-deidrogenasi che ha una

1. Decarbossilazione con formazione del secondo coenzima ridotto (NAD=NADH). Parte di questaenergia viene conservata nel legame tioestere del CoA con il succinile.
2. Legame CoA con formazione succinil CoA
3. Formazione coenzima ridotto

stacca il CoA, quell'energia liberata dall'ossidazione della reazione precedente e che si era conservata in questo legame altamente energetico, viene liberata e conservata nel legame altamente energetico del GTP. Questo tipo di formazione di legami altamente energetici prende il nome di fosforilazione a livello del substrato (il substrato altamente energetico viene idrolizzato a favore della sintesi di un nucleotide 3 fosfato). Nella glicolisi avevamo già visto 2 casi di fosforilazione a livello del substrato, questo è il terzo importante. Si forma il succinato (acido bicarbossilico a 4C) e questa reazione è leggermente esoergonica in vivo (facilmente reversibile). Nelle prime 5 reazioni abbiamo quindi: perso 2 CO2, formato 2 NAD ridotti e 1 nucleotide 3 fosfato.

2REAZIONE 6 (succinato deidrogenasi) (proseguiamo quindi con le reazioni di ossidoriduzione).

→ Reazione di deidrogenazione. I 2 atomi di H vengono trasferiti ad un coenzima (FAD) che si riduce in FADH2.

Si forma un doppio legame tra i due atomi di Carbonio 2 e 3 e si forma il fumarato. I coenzimi trasportatori di potere riducente che vediamo nel metabolismo sono il NAD e il FAD, questi due tipi di coenzimi trasportano entrambi atomi di H ma lavorano con le loro deidrogenasi in modo diverso. Perché? Il NAD è un trasportatore mobile, è libero mentre il FAD è legato all'enzima, è un gruppo prostetico fisso legato all'enzima. Hanno quindi modalità di funzionamento diverso. La succinatodeidrogenasi lo incontreremo di nuovo con un altro nome perché è l'unico enzima del ciclo di Krebs che è legato alla membrana mitocondriale interna. Abbiamo quindi formato il 3 enzima ridotto: vedete che la molecola via via è sempre più ossidata, perde atomi di H.

REAZIONE 7 (Fumarasi) una reazione → è d'idratazione, aggiunta acqua al doppio legame. Trasforma il fumarato in L-Malato (OH a

sinistra!). Reazione esoergonica in vivo, tutti questi equilibri si possono spostare a seconda della concentrazione di reagenti e prodotti. Perché abbiamo aggiunto acqua al doppio legame? Abbiamo così degli atomi di H sull'L-Malato che possono essere utilizzati per un'altra reazione di ossidoriduzione.

REAZIONE 8 (malato deidrogenasi) In presenza del NAD toglie i due atomi di H che si trovano sul C2 del malato formando NAD ridotto (NADH+H+) inserendo così un gruppo carbonilico (chetonico) formando l'ossalacetato. Abbiamo così formato l'ultimo NADH (NAD ridotto). Reazione fortemente endoergonica in vivo e ciò sembrerebbe un blocco al ciclo di Krebs perché una reazione così endoergonica potrebbe avvenire solo in presenza di molta energia. L'equilibrio di questa reazione è spostato talmente tanto verso destra dal fatto che le concentrazioni di ossalacetato vengono mantenute bassissime (10 molare) e il

Gli intermedi sono tra loro collegati. Abbiamo visto le reazioni della glicolisi nel citoplasma, abbiamo visto il piruvato che destino ha in assenza di ossigeno con le fermentazioni, in presenza di ossigeno è entrato nel mitocondrio con il suo trasportatore, è stato catturato dal grande complesso della piruvato deidrogenasi. Siamo nella matrice mitocondriale, abbiamo formato il CoA che entra nel ciclo di Krebs. Si vede anche che la succinato deidrogenasi è l'unico enzima che non è nella matrice ma nella membrana interna. Praticamente tutti gli enzimi visti finora sono enzimi polimerici (enzimi regolati, soggetti a controlli = cooperativi, allosterici, regolati con fosforilazione ecc...).

APPROFONDIMENTI

Aconitasi: Enzima del ciclo di Krebs localizzato nella matrice mitocondriale e trasforma il citrato in isocitrato. Esiste anche una sua forma citoplasmatica! Oltre a funzionare da aconitasi vera e propria, il citrato esiste anche a livello citoplasmatico.

FLUORO

Composti del fluoro e metabolismo dei carboidrati: il fluoro (usato anche per rafforzare lo smalto deidenti) nella forma ionica (fluoruro) inibisce 2 enzimi della glicolisi (ad alte dosi). Quando si fa ilprelievo di sangue per misurare la glicemia le provette contengono fluoruro proprio per inibire laglicolisi che avviene all'interno degli eritrociti e per evitare che gli eritrociti consumino il glucosiopresente nel sangue. I composti organici del fluoro come ad esempio il fluoracetato di sodio sono moltotossici sia per animali che uomo in quanto inibiscono il ciclo di Krebs: il fluoroacetato entrato nellacellula, viene metabolizzato come se fosse un acetato quindi diventa fluoroacetilCoA, si unisceall'ossalacetato ed entra nel ciclo di Krebs inibendo sia la citratosintasi (R1) che della conitasi (R2).Questo composto è

Presente nelle foglie di alcune piante come l'astragalo che è un pesticida naturale, usato come difesa contro gli erbivori. Il fluoroacetato di sodio (conosciuto come 1080) è quindi un potente pesticida che appartiene alla categoria degli organofluorurati (composti organici + fluoro). Estremamente tossico (dose letale per l'uomo 2-10mg/Kg), usato per proteggere le coltivazioni o per proteggere gli animali dai predatori o per controllare, in Australia, le popolazioni di conigli.

13BETA OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI

Rimaniamo all'interno della matrice mitocondriale. La sua funzione è il catabolismo ossidativo degli acidi grassi. Dato che gli acidi grassi sono molecole molto monotone (catene alifatiche) vengono divise in piccole unità carboniose di acetil CoA e produrre così enzimi ridotti. Dato che sono molecole molto ridotte, sono ricchissime di potere riducente. Successivamente alla beta ossidazione, l'acetil CoA entra nel ciclo di Krebs.

i coenzimi entrano nella catena respiratoria, si ha sintesi di ATP e si ha il processo della fosforilazione ossidativa.

PRIMA DELLA BETA OSSIDAZIONE

I trigliceridi di origine alimentare vengono idrolizzati, si staccano gli acidi grassi che essendo lipofili devono essere trasportati e vengono legati all'albumina (principale proteina in circolo) vengono portati nei tessuti periferici ed utilizzati a scopi catabolici. I trigliceridi vengono assimilati a livello intestinale e vengono assemblati in circolo a formare i chilomicroni che giungono agli organi periferici, in particolare vengono catturati tramite recettori di membrana dalle cellule muscolari, epatiche (nel fegato avviene la parte principale del metabolismo degli acidi grassi nella rielaborazione e ridistribuzione) e adipociti.

ATTIVAZIONE DELL'ACIDO GRASSO citoplasma→Gli a.g. entrano nelle cellule e a livello citoplasmatico vengono attivati per entrare poi nel mitocondrio.