Riassunto biochimica

RESA DEL CICLO DI KREBS

2 CO2, 3 NADH, 1 FADH, 1 GTP, 2 COa

La velocità del ciclo dell’acido citrico è controllata dalla velocità di conversione del piruvato in acetil

COa e dal flusso attraverso la citrato sintasi, la isocitrato deidrogenasi e l’α- chetoglutarato

deidrogenasi. Il flusso è determinato dalle concentrazioni di substrato e dei prodotti: i prodotti sono

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ATP, NADH che inibiscono, i substrati invece che attivano sono NAD+ e ADP. La produzione di

acetil COa per rifornire il ciclo catalizza dalla piruvato deidrogenasi è inibita allostericamente dai

metaboliti che segnalano una sufficiente disponibilità di energia metabolica, viene attivato invece

dai metaboliti che segnalano una ridotta disponibilità energetica

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

Si svolge nei mitocondri ed è un processo cellulare per produrre energia. Avviene in 2 fasi:

1. Catena di trasporto degli elettroni

2. Sintesi dell’ATP

CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

È un processo cellulare di riduzione dell’ossigeno ad opera di NADH e FADH2 tramite il

trasferimento di elettroni nei mitocondri. È costituita da una serie di complessi proteici che

producono un potenziale elettrochimico attraverso la membrana mitocondriale, creando un

gradiente di concentrazione di ioni H+ tra i due lati della membrana. Questo potenziale viene usato

per attivare i canali di trasporto presenti sulla membrana per promuovere la sintesi dell’ATP.

TAPPE DELLA CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

1) DA NADH A COENZIMA Q

Il NADH viene ossidato liberando 2 elettroni e riducendo la FMN(flamina mononucleotide) a

FMNH2. La FMNH2 viene riossidata trasferendo 2 elettroni al gruppo prostetico(costituito da centri

ferro zolfo) dell’enzima NADH-coenzima Q reduttasi chiamato COMPLESSO 1. I centri ferro zolfo

trasferiscono gli elettroni al coenzima Q trasformandolo in QH2 passando da Fe2+ a Fe 3+.

Questa pompa protonica porta 4 elettroni fuori della matrice del mitocondrio, quindi abbiamo un

flusso di 2 elettroni per ogni NADH.

2) DA QH2 A CITOCROMO C

Il QH2 si ossida a Q liberando 2 ioni H+ e riducendo il Fe3+ del citocromo b a Fe2+ che

riossidandosi riduce i centri ferro zolfo da Fe 3+ a Fe 2+. I centri vengono ossidati riducendo così il

Fe del citocromo C1 a Fe2+, riossidandosi il Fe2+ del citocromo C1 riduce il Fe3+ del citocromo C

a Fe2+. L’enzima che agisce è il complesso 3 oppure citocromo c reduttasi. Durante questa tappa

2 protoni vengono prelevati dalla matrice e 4 vengono liberati nel citoplasma mitocondriale.

3) DA CITOCROMO C A O2

Il Fe 2+ del citocromo C viene ossidato riducendo il Fe 3+ del citocromo a che riossidandosi riduce

il Fe3+ del citocromo a3. Il Fe2+ del citocromo a3 riduce il Cu2+, legato alla citocromo ossidasi

oppure complesso 4, a Cu 1+ che riossidandosi riducel’O2 a H2O consumando 2 ioni H+ ogni

molecola di O. anche qui altri 2 protoni vengono portati dalla matrice al citoplasma.

Il complesso 2 è la succinato deidrogenasi 8

SINTESI DELL’ATP

Il flusso di elettroni attraverso i complessi determina il pompaggio di protoni attraverso la

membrana mitocondriale interna. Questo gradiente protonico fornisce all’enzima ATP sintetasi

l’energia necessaria per la sintesi dell’ATP partendo da ADP e Pi.

CATABOLISMO DEGLI ACIDI GRASSI

OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI

a) Ossidazione degli acidi grassi a catena lunga (beta ossidazione)

b) Ossidazione dell’acetil COa a CO2 grazie al ciclo dell’acido citrico

c) Trasferimento degli elettroni dai trasportatori di elettroni ridotti alla catena respiratoria

mitocondriale

Le cellule ottengono acidi grassi da 3 fonti:

• Grassi della dieta

• Lipidi

• Lipidi sintetizzati

I triacilgliceroli forniscono la maggior parte dell’energia all’individuo. Per prima cosa i triacilgliceroli

ingeriti vengono convertiti da particelle di grasso in delle micelle microscopiche finemente

disperse. La solubilizzazione viene effettuata dai Sali biliari in 8 tappe:

1. I Sali biliari emulsionano i grassi nell’intestino tenue formando micelle miste

2. Le lipasi intestinali degradano i triacilgliceroli in: monogliceridi, digliceridi, acidi grassi liberi

e glicerolo

3. I prodotti della lipasi penetrano nella mucosa intestinale, dove vengono convertiti in

triacilgliceroli

4. I triacilgliceroli vengono incorporati insieme al colesterolo e apolipoproteine nei chilomicroni

che sono aggregati lipoproteici

5. I chilomicroni arrivano ai tessuti attraverso il sistema linfatico e il flusso sanguigno

6. La lipoproteina lipasi attivata nei capillari dell’apoc-2 converte i triacilgliceroli in acidi grassi

e gliceroli

7. Gli acidi grassi entrano nelle cellule

8. Gli acidi grassi vengono ossidati per ricavare energia oppure riesterificati per essere

conservati

I chilomicroni rimanenti passano dal sangue al fegato dove vengono internalizzate per endocitosi e

qui o vengono ossidate per ricavare energia oppure per ricavare precursori per le sintesi dei corpi

chetonici 9

GLI ORMONI INNESCANO LA MOBILIZZAZIONE DELLE RISERVE DI TRIACILGLICEROLI

I grassi inutilizzati vengono depositati negli adipociti sotto forma di goccioline lipidiche che come

nucleo hanno triacilgliceroli. Questi grassi inutilizzati vengono mobilizzati da adrenalina e

glucagone, i quali rilevando una bassa concentrazione di glucosio nel sangue attivano l’adenil

ciclasi della membrana plasmatica degli adipociti. In questo modo viene fosforilata la periplina che

si trova sulla superficie delle gocce lipidiche la quale evita la tempestiva mobilizzazione dei lipidi.

Una volta fosforilata la periplina attiva il trasferimento della lipasi ormone sensibile, dal citosol alla

superficie delle gocce lipidiche dove inizia a idrolizzare i triacilgliceroli in acidi grassi liberi e

glicerolo. Gli acidi grassi liberi si legano alla sieralbumina, una volta legati alla sieralbumina

vengono trasportati ai tessuti come il muscolo scheletrico, cuore, corteccia renale. Una volta

arrivati gli acidi grassi si dissociano dall’albumina e attraverso dei trasportatori posti sulla

membrana plasmatica vengono trasportati nel citosol della cellula dove vengono utilizzati come

combustibile metabolico. Il glicerolo invece viene fosforilato dalla glicerolo chinasi a glicerolo 3

fosfato che viene poi ossidato in diidrossi acetonfosfato, poi trasformato in gliceraldeide 3 fosfato

dall’enzima trioso fosfato isomerasi e la gliceraldeide invece viene ossidata nella via glicolitica.

OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI NEGLI ANIMALI

Negli animali gli enzimi coinvolti nell’ossidazione degli acidi grassi si trovano nella matrice

mitocondriale. Gli acidi grassi con catene non più lunghe di 12 atomi di carbonio entrano nella

membrana senza bisogno di trasportatori mentre quelli con catene superiori a 12 utilizzano lo

shuttle della carnitina che comprende 3 reazioni:

1. La prima reazione è catalizzata dall’acil COa sintetasi per cui:

Acido grasso + COa + ATP acilCOa + AMP + Ppi

Si forma un legame tioestere tra il gruppo tiolico del COa e il gruppo carbossilico dell’acido grasso

formando acil COa, mentre l’ATP subisce una scissione in AMP e Ppi

2. Gli acidi grassi destinati all’ossidazione nei mitocondri sono legati al gruppo ossidrilico della

carnitina formando acil carnitina, tutto catalizzato dalla carnitina aciltrasferasi I. Così

facendo l’acil-carnitina attraversa la membrana mitocondriale interna raggiungendo la

matrice mediante il trasportatore acil-carnitina/carnitina

3. Il gruppo acilico viene trasferito dalla carnitina al coenzima A ad opera della carnitina

aciltrasferasi II che si trova sulla faccia interna della membrana mitocondriale interna, dove

rigenera l’acilCOa che viene poi rilasciato insieme alla carnitina libera nella matrice

Queste 3 tappe hanno il compito di tener separato il coenzima A citosolico da quello mitocondriale,

perché il citosolico viene usato per la biosintesi degli acidi grassi, mentre il mitocondriale degrada il

piruvato, gli acidi grassi e alcuni amminoacidi

BETA OSSIDAZIONE

È formata da 4 reazioni:

1) È una deidrogenazione che produce un doppio legame tra gli atomi di carbonio α e β

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formando un trans-Δ enoil- COa. Tutto ciò è catalizzato da 3 isozimi della acil-COa

deidrogenasi ciascuno specifico per la lunghezza della catena degli acidi grassi. Tutti e 3

hanno come gruppo prostetico il FAD. Gli elettroni rimossi dall’acil COa sono trasferiti al

FAD e la forma ridotta della deidrogenasi dona questi elettroni ad un trasportatore di

elettroni della catena respiratoria mitocondriale la flavoproteina

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2) Al legame trans viene aggiunta una molecola d’acqua per cui si forma β-idrossiacil-COa, il

tutto viene catalizzato dall’enoil-COa idratasi

3) Il β-idrossiacil-COa viene deidrogenato a β-chetoacil-COa dall’enzima β-idrossiacil-COa

deidrogenasi. In questa reazione si forma il NADH che dona i suoi elettroni alla NADH

deidrogenasi

4) Il β-chetoacil-COa reagisce con una molecola di COa libera, grazie all’enzima acil COa

acetiltrasferasi, cosi facendo staccano un frammento a 2 atomi di carbonio sotto forma di

acetil COa e un tioestere dall’acido grassi con il COa

A seconda della lunghezza della catena degli acidi grassi le reazioni vengono catalizzate da un

complesso multienzimatico cioè la proteina trifunzionale TFP (12 o più atomi di carbonio)

La β ossidazione quindi avviene per rompere il legame C-C

L’acetil COa può essere ossidato a CO2 e H2O nel ciclo dell’acido citrico

OSSIDAZIONE ACIDI GRASSI INSATURI

Rispetto a quelli saturi hanno la configurazione CIS, quindi vengono utilizzati enzimi ausiliari per

convertire dalla configurazione CIS a quella TRANS:

• 2

Δ -enoil-COa isomerasi

• 2,4 dienoil-COa reduttasi (acidi grassi polinsaturi)

Nella beta ossidazione possono essere utilizzati solo acidi in configurazione TRANS

OSSIDAZIONE ACIDI GRASSI CON ATOMI DICARBONIO DISPARI

Prima di entrare nell’ultimo ciclo della beta ossidazione subiscono altre 3 reazioni. Quando

vengono scissi producono COa + propionil COa, il COa procede normalmente, mentre il propionil

COa viene carbossilato in D-metilmalonil-COa grazie all’enzima propionil-COa carbossilasi che

contiene biotina. Il D-metilmalonil-COa viene epimerizzato in L-metilmalonil-COa grazie all’enzima

metilmalonil COa epimerasi. Dopodiché la forma L subisce un riarrangiamento intramolecolare

formando succinil-COa epimerasi.

CORPI CHETONICI

Sono 3 : acetone, acetoacetato, β idrossibutirrato

Si formano nel fegato, l’acetone viene eliminato con la respirazione, gli altri 2 invece sono

trasportati dal sangue ai tessuti extraepatici e li vengono ossidati nel ciclo dell’acido citrico. La

produzione dell’acetoacetato parte con la condensazione