Riassunto di Biochimica 1°parte, Docente Stocchi Vilberto

RESA ENERGETICA PER OGNI MOLECOLA DI ACETATO CHE ENTRA NEL CICLO

3 NADH (reazioni 3, 4, 8) → 1 NADH = 3ATP 9 ATP +

1 FADH (reazione 6) → 1 FADH = 2 ATP 2 ATP +

2 2

1 GTP (reazione 5) → 1 GTP = 1 ATP 1 ATP +

2 CO (reazioni 3, 4). ----------

2

Per ogni molecola di acetato che entra nel ciclo di Krebs vengono prodotte -----------→ 12 ATP

Molecole di acetato nel ciclo di Krebs = 2 → la Resa Energetica totale è di 24 ATP.

RESA ENERGETICA DELL'INTERO CICLO DI KREBS (2 MOLECOLE DI ACETATO)

6 NADH = 18 ATP

2 FADH = 4 ATP

2

2 GTP = 2 ATP

4 CO 2

ATTIVAZIONE E INIBIZIONE DEL CICLO DI KREBS

Il Piruvato viene trasformato più velocemente (attivazione) in in Acetil-CoA nel caso in cui:

- Concentrazione più alta del normale del CoA.

+

- Quantità di NAD prevalente rispetto alla quantità di NADH.

Il Piruvato rallenta il processo di trasformazione (inibizione) in Acetil-CoA nel caso in cui:

- Sono presenti quantità sufficienti di ATP

- Sono presenti quantità sufficienti di Acetil-CoA

- È presente molto NADH, il quale dovrà essere trasferito all'O per ricavare energia

2

La velocità del ciclo è controllata da 3 enzimi:

- 1°Reazione: Citrato Sintasi.

- 3°Reazione: Isocitrato Deidrogenasi.

- 4°Reazione: α-Chetoglutarato Deidrogenasi.

CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

La catena di trasporto degli elettroni è un processo cellulare di riduzione dell'O ad opera di

2

NADH e FADH tramite trasferimento di elettroni nei mitocondri.

2

È la parte iniziale della fosforilazione ossidativa, ed è seguita dalla sintesi di ATP, ad opera

dell'ATP sintasi.

La catena di trasporto degli elettroni è costituita da una serie di complessi proteici, capaci di

produrre un potenziale elettrochimico attraverso la membrana mitocondriale mediante la

+

creazione di un gradiente di concentrazione di ioni H tra i due lati della membrana.

Questo potenziale è sfruttato per attivare i canali di trasporto presenti sulla membrana stessa e

per promuovere la sintesi dell'ATP da parte dell'ATP sintasi. La catena di trasporto degli elettroni

è coinvolta nei processi della fosforilazione e della respirazione. La catena di trasporto degli

elettroni è situata nella membrana interna dei mitocondri, all'interno dei quali accetta atomi di

+

idrogeno (H ) da molecole donatrici, quali i coenzimi NADH, FADH e succinati.

2

Inoltre la catena di trasporto degli elettroni si occupa di separare gli elettroni dai protoni,

liberando questi ultimi all'interno dello spazio intermembrana, e trasportare gli elettroni,

attraverso i vari complessi, verso l'accettore finale: l'ossigeno.

I vari trasportatori sono disposti in maniera tale da avere potenziali di riduzione crescenti e per

questo motivo gli elettroni venendo trasportati passano da uno stato energetico più alto ad uno

stato energetico più basso con conseguente liberazione di energia, la quale verrà utilizzata in

parte per la sintesi di ATP, ed in parte verrà dispersa come calore (necessario al mantenimento

della temperatura corporea).

La catena di trasporto degli elettroni è quindi attuabile mediante:

- Quattro complessi proteici, deputati al trasferimento di elettroni, che costituiscono la catena

di trasporto degli elettroni;

- ATP e ADP traslocasi, deputati al trasporto di ATP dall'interno all'esterno del mitocondrio

- ATP sintasi.

I quattro complessi proteici trasferiscono gli elettroni all'ossigeno per poter successivamente

convertirli in ATP.

Tali complessi sono enzimi di grandi dimensioni, contenenti diverse catene polipeptidiche, tra le

quali se ne rilevano due tipi contenenti ferro (Fe):

- Citocromi: proteine coniugate (aventi una parte amminoacidica e una non amminoacidica)

Sono costituiti da un gruppo EME (il gruppo non amminoacidico della proteina) caratterizzato

dalla presenza di un atomo di Fe centrale, legato a quattro azoti (N).

A seconda del tipo di legame del gruppo EME, possiamo suddividere i citocromi in:

- Citocromi a e b, ovvero proteine integrali della membrana mitocondriale interna

- Citocromi c, ovvero proteine solubili che si legano mediante interazioni elettrostatiche alla

superficie esterna della membrana mitocondriale interna.

- Proteine Fe-S (ferro – zolfo), non aventi il ferro nel gruppo EME, ma quest'ultimo è associato

ad atomi di zolfo inorganico. Questi centri Fe-S possono avere strutture semplici, composte

da un atomo di ferro legato a quattro di zolfo, oppure strutture complesse, contenenti da due

a quattro atomi di ferro.

Le proteine che contengono il ferro sono importanti poiché la presenza del ferro, che assume

2+ 3+

due stati di ossidazione (Fe e Fe ), permettono il trasferimento degli elettroni, passando da

una condizione da ossidato a ridotto.

Si rileva uno specifico trasportatore di elettroni, l'ubichinone (coenzima Q), molecola di piccole

dimensioni con una struttura idrofobica, la quale permette, all'interno del doppio strato

fosfolipidico della membrana mitocondriale interna, di essere utilizzato come ponte tra

trasportatori di elettroni.

L'Ubichinone riesce a far muovere cariche negative in un ambiente idrofobico trasportandole ad

altri complessi ed è in grado di accettare un elettrone trasformandosi in radicale semichinonico

o accettare due elettroni trasformandosi nella sua forma ridotta, l'ubichinolo (QH ).

2

La catena di trasporto degli elettroni è possibile suddividerla in 4 diverse tappe, ognuna delle

quali viene gestita da una pompa protonica localizzata nella membrana interna del mitocondrio.

TAPPA 1 → Da NADH a Coenzima QH2

H2 (Ubichinolo) – Complesso1: NADH deidrogenasi

Q

Durante la tappa 1, il NADH viene ossidato, liberando due elettroni, i quali verranno accettati

dalla FMN, la quale si ridurrà a FMNH . Quest'ultima riossidandosi trasferisce due elettroni al

2

gruppo prostetico (Fe-S) dell'enzima NADH deidrogenasi. Infine, i due elettroni, accettati

precedentemente dai centri Fe-S, vengono trasferiti all'ubichinone, trasformandolo in ubichinolo.

-

Passaggio 2e : NADH → FMN → Proteina Fe-S → Ubichinone

+

Il passaggio comporta: NADH → NAD ; Ubichinone → Ubichinolo

Il NADH deidrogenasi (o complesso I) è una pompa protonica. Una pompa protonica riesce ad

utilizzare l'energia rilasciata dalla reazione per pompare protoni fuori dalla matrice del

mitocondrio, nello spazio intermembrana. L'energia che viene liberata dalla tappa 1 permette il

pompaggio di 4 protoni dalla matrice allo spazio intermembrana

4 Protoni: Matrice → Spazio Intermembrana

TAPPA 2 → Da Succinato a Coenzima QH (Ubichinolo) – Complesso2: Succinato deidrogenasi

2

La differenza tra la tappa 1 e la tappa 2 consiste nella differente fonte dei due elettroni,

attraverso i quali l'ubichinone può ridursi ad ubichinolo. Nella tappa 1, gli elettroni venivano

ricavati dall'ossidazione del NADH. Nella tappa 2, gli elettroni vengono ricavati dall'ossidazione

del succinato in fumarato.

Durante la tappa 2, il Succinato, tramite l'enzima Succinato Deidrogenasi (o complesso II),

viene ossidato, formando Fumarato, procedimento identico alla reazione 6 del ciclo di Krebs.

I due elettroni, ricavati dall'ossidazione del Succinato, vengono accettati dal FAD, il quale viene

ridotto a FADH . Il FADH , attraverso i centri Fe-S, permette all'ubichinone di accettare i due

2 2

elettoni, facendolo ridurre a ubichinolo.

-

Passaggio 2e : Succinato → FAD → Proteina Fe-S → Ubichinone

Il passaggio comporta: Succinato → Fumarato; Ubichinone → Ubichinolo

Il Succinato deidrogenasi non è una pompa protonica, cioè non è in grado di trasferire protoni

dalla matrice allo spazio intermembrana a causa della troppo piccola variazione di energia

libera generata dal trasferimento di elettroni dal FADH al CoQ (ubichinone).

2

Per questo gli elettroni immessi dal FADH nella catena respiratoria portano alla

2

formazione di 2 sole molecole di ATP contro le 3 generate quando gli elettroni

provengono dall'ossidazione del NADH che arrivano al CoQ attraverso il complesso 1.

T

APPA 3 → Da Coenzima QH (Ubichinolo) a CitocromoC

C – Complesso3

3 : CitocromoBC

BC

Citocromo Complesso Citocromo

2 1

+ 3+

Durante la tappa 3, l'ubichinolo si ossida a ubichinone, liberando due H e riducendo il Fe del

2+ 3+ 2+

CitocromoB a Fe che riossidandosi a sua volta riduce i centri Fe-S da Fe a Fe .

3+ 2+

La successiva ossidazione di questi centri riduce il CitocromoC1 da Fe a Fe .

2+ 3+ 2+

Il Fe del CitocromoC , riossidandosi, riduce il Fe del CitocromoC a Fe .

1

-

Pass 2e : Ubichinolo → CitocromoB → Proteina Fe-S → CitocromoC1 → CitocromoC

3+ 2+

Il passaggio comporta: Ubichinolo → Ubichinone; CitocromoC Fe → CitocromoC Fe

Il CitocromoBC è una pompa protonica, e come tale ricava energia dalla tappa 3.

1

L'energia che ricava dalla tappa 3 permette il prelievo di due protoni dalla matrice e il passaggio

di 4 protoni dalla matrice allo spazio intermembrana.

4 Protoni: Matrice → Spazio Intermembrana, 2 Protoni: Prelievo dalla matrice

TAPPA 4 → Da C itocromoC

C a O – Complesso4: Citocromo Ossidasi

itocromo 2

2+ 3+ 3+

Durante la tappa 4, il Fe del CitocromoC viene ossidato ad Fe , riducendo il Fe del

2+ 3+ 2+

CitocromoA ad Fe ; quest'ultimo riossidandosi riduce il Fe del CitocromoA a Fe .

3

2+ 2+ 1+

Il Fe del CitocromoA riduce il Cu della Citocromo Ossidasi a Cu il quale, riossidandosi,

3 +

riduce l'O a H O consumando due H ogni O.

2 2

-

Pass 2e : CitocromoC → CitocromoA → CitocromoA → Citocromo Ossidasi → Ossigeno

3

2+ 3+ +

Il passaggio comporta: CitocromoC Fe → CitocromoC Fe ; Ossigeno + H → H O

2

La Citocromo Ossidasi è una pompa protonica, la quale utilizza l'energia liberata dalla tappa per

il trasporto di protoni dalla matrice allo spazio intermembrana. Essendo gia stati prelevati due

protoni nela tappa 3, la Citocromo ossidasi utilizza l'energia ricavata dalla tappa 4 per trasferire i

due protoni dalla matrice allo spazio intermembrana.

2 Protoni precedentemente prelevati: Matrice → Spazio Intermembrana

Come gia accennato alla fine di ogni tappa, i complessi I, III e IV sono "pompe protoniche" ed il

gradiente formatosi a cavallo della membrana mitocondriale interna viene utilizzato dall'enzima

ATP sintasi per formare ATP a partire dai suoi substrati (ADP + PI).

FORMAZIONE DEL GRADIENTE PROTONICO

La formazione del gradiente protonico avviene, come gia visto precedentemente, attraverso un

processo di cessione d