Produzione di Acetil coenzima A e ciclo di Krebs (ciclo dell'acido citrico) - Biochimica

Il Ciclo dell'Acido Citrico

–SH –SH formando AcetilCoA e rilasciando la liposil-lisina del lipoato ridotta. A questo punto, E3 catalizza il traferimento dei due idrogeni del lipoato ridotto al FAD, che si riduce a FADH2, e questo a sua volta trasferisce uno ione idruro H- al NAD+ che si riduce a NADH ( che trasporterà gli elettroni alla catena respiratoria). Il lipoato è nuovamente ossidato, pronto per riaccogliere nuovamente gli elettroni.

L'Acetil-CoA ottenuto entra nel ciclo dell'acido citrico:

• Ossidazione dell'Acetil-CoA
• Avviene nella Matrice Mitocondriale
• Costituito da 8 tappe
• Reazione Ciclica: si inizia con l'AcetilCoA che condensa con l'ossalacetato e si ri-ottiene ossalacetato dopo le 8 tappe, pronto per condensare nuovamente con AcetilCoA.
• La condensazione dell'AcetilCoA con l'ossalacetato forma citrato, che nel ciclo sarà ossidato a formare CO2; l'energia ottenuta

dall'ossidazione sarà conservata nei trasportatori degli elettroni: gli elettroni saranno infatti trasferiti sul NAD+ e sul FAD che saranno appunto ridotti a NADH + H e FADH2. Immagine tratta da: I principi di biochimica di Lenhinger, 7 ed. Nelson & Cox, 2018, Zanichelli editore S.p.a. 1° tappa Formazione del citrato a partire dall'Acetil-CoA e dall'ossalacetato, mediante condensazione di Claisen (estere con chetone, in questo caso tioestere). Enzima: citrato sintasi. L'atomo di C metilico del gruppo acetilico si lega al gruppo carbonilico dell'ossalacetato, formando un intermediotransitorio nel sito attivo dell'enzima, il citroil-CoA; questo viene immediatamente idrolizzato a citrato e CoA, rilasciati poi dal sito attivo della citrato sintasi; il gruppo metilico dell'Acetil-CoA diventa gruppo metilenico del citrato, molecola a 6 atomi di C. La reazione è fortemente esoergonica, dovuta alla rottura del legame tioestere; l'E liberata vieneutilizzata per la prosecuzione del ciclo. L'enzima citrato sintasi è costituita da due domini, uno rigido e uno flessibile, e il sito attivo si trova nel mezzo. Il primo a legarsi è l'ossalacetato, che determina una modificazione conformazionale del dominio flessibile che accoglie l'AcetilCoA e permette la condensazione. Immagine tratta da: I principi di biochimica di Lenhinger, 7 ed. Nelson & Cox, 2018, Zanichelli editore S.p.a. 2ª tappa Formazione dell'isocitrato a partire dal citrato attraverso il cis-aconitato, reazione reversibile, che avviene in due sottotappe: deidratazione e reidratazione. Enzima: aconitasi. L'aconitasi rimuove una molecola d'acqua dal citrato, e forma il cis-aconitato; in seguito aggiunge nuovamente la molecola d'acqua a formare l'isocitrato. Il fine della reazione è spostare il gruppo OH in modo che poi l'isocitrato possa subire la decarbossilazione nella reazione successiva. L'enzima

aconitasi presenta un centro ferro-zolfo che ha sia la funzione di legame del citrato, sia la funzione catalitica.

Immagine tratta da: I principi di biochimica di Lenhinger, 7 ed. Nelson & Cox, 2018, Zanichelli editore S.p.a.

3 tappa

Prima decarbossilazione ossidativa: ossidazione dell’isocitrato ad α-chetoglutarato e CO₂

Enzima: isocitrato deidrogenasi.

Il gruppo OH viene ossidato a carbonile, il quale favorisce la decarbossilazione stabilizzando il carbanione formato sull’atomo di C adiacente. Nello specifico uno ione Mn presente nel sito attivo dell’enzima interagisce con il carbonile appena formato nell’intermedio ossalosuccinato e vi rimane legato finché non avviene la decarbossilazione e la conversione ad α-chetoglutarato.

Immagine tratta da: I principi di biochimica di Lenhinger, 7 ed. Nelson & Cox, 2018, Zanichelli editore S.p.a.

4 tappa

Seconda decarbossilazione ossidativa: ossidazione dell’α-chetoglutarato a succinil-CoA

CO (meccanismo simile alla decarbossilazione ossidativa della piruvato deidrogenasi)

Enzima: complesso dell'α-chetoglutarato deidrogenasi. Anche in questo caso, come per il complesso della PDH, l'accettore finale degli elettroni è il NAD+, che verrà ridotto a NADH, e il CoA è il trasportatore del succinile. La reazione è identica, infatti anche il complesso dell'α-chetoglutarato deidrogenasi possiede i tre enzimi E1, E2 E3 e i 5 coenzimi; cambia solo la sequenza amminoacidica in E1 in quanto deve riconoscere l'α-chetoglutarato e non il piruvato. Fortemente esoergonica; l'E liberata è conservata nel legame tioestere.

Immagine tratta da: I principi di biochimica di Lenhinger, 7 ed. Nelson & Cox, 2018, Zanichelli editore S.p.a.

5 tappa

Fosforilazione a livello del substrato: conversione del succinil-CoA a succinato e conservazione dell'E dalla rottura del legame tioestere nel legame fofoanidridico del GTP o

ATP.Enzima: succinilCoA sintetasi. Immagine trattada: I principi dibiochimica diLenhinger, 7 ed.Nelson & Cox,2018, Zanichellieditore S.p.a.

L'enzima succinilCoA sintetasi è detto anche succinico tiochinasi; catalizza la reazione difosforilazione a livello del substrato con la formazione di un nucleotide trisfosfato, utilizzandol'E rilasciata dalla rottura del legame del CoA con il gruppo succinile: si ottiene il succinato e laliberazione del CoA oltre al NTP. La reazione passa per una fase intermedia che vede il Plegato all'enzima, che poi lo trasferisce al GDP o ADP, a seconda dell'isoenzima. La succinilCoAsintetasi possiede una subunità alfa con un residuo di His alla quale si lega il P e col il sito dilegame del Coa, e un'altra subunità beta che conferisce specificità per ATP o GTP. Il sitoattivo si trova in mezzo alle subunità.

PS.Nel caso in cui si formi GTP, questo viene in seguito comunque convertito in

ATP dall'enzima nucleotide difosfato chinasi.

6 tappa

Deidrogenazione: ossidazione del succinato a fumarato.

Enzima: succinato deidrogenasi.

La succinato deidrogenasi catalizza l'ossidazione del metilene portando alla formazione di un doppio legame. Gli elettroni strappati dal succinato passano attraverso dei centri ferro-zolfo dell'enzima (3 centri) e poi al FAD, che è legato in maniera covalente all'enzima e che quindi si riduce a FADH2. La succinato deidrogenasi nelle cellule eucariote è legata saldamente alla membrana interna del mitocondrio.

Immagine tratta da: I principi di biochimica di Lenhinger, 7 ed. Nelson & Cox, 2018, Zanichelli editore S.p.a.

7 tappa

Idratazione: aggiunta di un molecola di H2O al fumarato che diventa malato.

Enzima: fumarasi o fumarato idratasi. L'aggiunta di una molecola d'acqua sul doppio legame introduce un gruppo OH, necessario per la successiva ossidazione.

Lo stato di transizione è un

carbanione;l'enzima è altamente stereospecifico, ossia agisce solo nella conformazione trans.

Immagine tratta da: I principi di biochimica di Lenhinger, 7 ed. Nelson & Cox, 2018, Zanichelli editore S.p.a.

8 tappa Deidrogenazione: ossidazione del malato ad ossalacetato.

Enzima: malato deidrogenasi.

L'ossidazione del gruppo OH completa la sequenza delle ossidazioni e genera un carbonile posizionato in un punto in cui nella tappa successiva è possibile si verifichi una reazione di Claisen. L'ossalacetato è nuovamente pronto a entrare nel ciclo.

Gli elettroni strappati sono trasferiti al NAD+ che si riduce a NADH + H+.

Immagine tratta da: I principi di biochimica di Lenhinger, 7 ed. Nelson & Cox, 2018, Zanichelli editore S.p.a.