Domande aperte di Biochimica

PIRUVATO E CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

26. A quale destino va incontro il piruvato in condizioni aerobiche? Argomenta la tua risposta

In condizioni aerobiche il piruvato viene trasportato nel mitocondrio dove viene trasformato in acetil-CoA dalla piruvato deidrogenasi attraversando una serie di reazioni. L'acetil-CoA è una molecola donatrice del gruppo acetile e verrà utilizzata all'interno dei mitocondri nel ciclo di Krebs per produrre grandi quantità di energia.

27. A quale destino va incontro il piruvato in condizioni anaerobiche nell'uomo? Argomenta la tua risposta.

Il piruvato, in condizioni anaerobiche, nell'uomo viene trasformato in lattato grazie alla lattato deidrogenasi per ossidare il NADH a NAD+. La necessità di ossidare il NADH deriva dal fatto che in condizioni di assenza di O2 l'unica fonte energetica delle cellule è la glicolisi che riduce NAD+ a NADH, per questo motivo è necessario ripristinare le

dei mitocondri per sintetizzare ATP, la molecola che fornisce energia alla cellula. La catena di trasporto degli elettroni è composta da una serie di complessi proteici che si trovano nella membrana interna dei mitocondri. Questi complessi sono chiamati complesso I, complesso II, complesso III e complesso IV. Ogni complesso ha un ruolo specifico nel trasferimento degli elettroni. Il processo inizia con il complesso I, che accetta gli elettroni dal NADH. Gli elettroni vengono poi trasferiti al complesso II e successivamente al complesso III. Durante questi trasferimenti, viene pompato un numero di protoni attraverso la membrana interna dei mitocondri, creando così un gradiente di protoni. Infine, gli elettroni vengono trasferiti al complesso IV, che li trasferisce all'ossigeno molecolare per formare acqua. Questo processo è chiamato fosforilazione ossidativa e produce una grande quantità di energia sotto forma di ATP. In sintesi, la catena di trasporto degli elettroni è responsabile della generazione di energia nella cellula attraverso il trasferimento di elettroni dai coenzimi ossidoriduttivi al complesso IV, che li trasferisce all'ossigeno per formare acqua. Questo processo crea un gradiente di protoni che viene utilizzato dalla ATP sintasi per sintetizzare ATP.interna del mitocondrio per accoppiare il passaggio di elettroni secondo gradientefortemente favorito alla sintesi di ATM utilizzando ADP e fosfato inorganico che sarebbe sfavorita.

FIBRE MUSCOLARI

29. Descrivi le differenze biochimiche e funzionali che caratterizzano le fibre muscolaridi tipo I rispetto a quelle di tipo II.

Le fibre muscolari di tipo I anche dette a contrazione lenta sono specifiche per svolgere attività in presenza di ossigeno, per tempi prolungati ad intensità medio/bassa. Le cellule che compongono tali fibre sono altamente vascolarizzate e ricche di mioglobina per assicurare la fornitura di ossigeno ed hanno molti mitocondri. L'energia necessaria per la contrazione delle fibre di tipo I proviene dalla fosforilazione ossidativa svolta nei mitocondri e queste cellule possiedono bassi valori di NADH che prevengono la formazione di lattato spostando il bilancio della reazione catalizzata dalla lattato deidrogenasi verso il piruvato; per questo motivo le

tra le fibre muscolari di tipo I e le fibre muscolari di tipo II. Le fibre muscolari di tipo I, anche chiamate fibre a contrazione lenta, sono specializzate nell'attività aerobica, che richiede la presenza di ossigeno. Queste fibre sono ricche di mitocondri e utilizzano principalmente gli acidi grassi come substrato energetico. Sono in grado di sostenere un'attività prolungata nel tempo, come ad esempio la corsa a lunga distanza. Le fibre di tipo I sono in grado di captare il lattato dal sangue e convertirlo in piruvato per la produzione di energia. Le fibre muscolari di tipo II, anche chiamate fibre a contrazione rapida, sono specializzate nell'attività anaerobica, che avviene in assenza di ossigeno. Queste fibre sono povere di mitocondri e utilizzano principalmente il glucosio proveniente dal glicogeno come substrato energetico. Sono in grado di generare una grande forza esplosiva per brevi periodi di tempo ad alta intensità, come ad esempio durante un'azione di sprint. Le fibre di tipo II producono ATP principalmente attraverso la glicolisi e hanno alti livelli di NADH, che spostano la reazione catalizzata dalla lattatodeidrogenasi verso la produzione di lattato. Per rigenerare l'ATP in modo rapido, queste fibre utilizzano la fosfocreatina come fonte di energia. In sintesi, le fibre muscolari di tipo I sono specializzate nell'attività aerobica e sono adatte per sostenere un'attività prolungata nel tempo, mentre le fibre muscolari di tipo II sono specializzate nell'attività anaerobica e sono adatte per generare una grande forza esplosiva per brevi periodi di tempo ad alta intensità.di tipo II, invece, sono specifiche per svolgere attività ad alta intensità e di breve durata, come ad esempio gli sprint o gli esercizi di sollevamento pesi. Queste fibre sono caratterizzate da una bassa vascolarizzazione e da una minore presenza di mioglobina rispetto alle fibre di tipo I. Inoltre, presentano un numero inferiore di mitocondri. L'energia necessaria per la contrazione delle fibre di tipo II è principalmente fornita attraverso la glicolisi anaerobica, che produce energia in assenza di ossigeno. Questo processo porta alla formazione di lattato come prodotto finale. Le fibre muscolari di tipo II hanno alti valori di NADH, che favoriscono la formazione di lattato. In sintesi, le fibre muscolari di tipo I sono adatte per attività di resistenza a lunga durata e bassa intensità, mentre le fibre di tipo II sono più adatte per attività di breve durata e alta intensità.di pesi o sprint). La glicolisi svolge un ruolo fondamentale nella produzione energetica muscolare durante sforzi di breve durata ma ad alta intensità. Durante la glicolisi, il glucosio proveniente dal glicogeno viene convertito in piruvato, producendo ATP come risultato. Questo processo avviene in assenza di ossigeno, quindi è anaerobico. La glicolisi è importante in queste situazioni perché è in grado di produrre rapidamente ATP, che è la principale fonte di energia utilizzata dai muscoli durante l'esercizio ad alta intensità. Poiché la glicolisi non richiede ossigeno, può essere attivata immediatamente quando i muscoli hanno bisogno di energia in modo rapido. Durante gli sforzi di breve durata, come sollevamento pesi o sprint, i muscoli richiedono una grande quantità di energia in un breve periodo di tempo. La glicolisi è in grado di fornire questa energia rapidamente, convertendo il glucosio in ATP attraverso una serie di reazioni chimiche. Questo permette ai muscoli di generare una forza esplosiva e di sostenere l'attività ad alta intensità per un breve periodo di tempo. Inoltre, la glicolisi produce anche lattato come sottoprodotto. Il lattato viene poi convertito in acido lattico, che può causare affaticamento muscolare. Tuttavia, durante gli sforzi di breve durata, il corpo è in grado di smaltire rapidamente l'acido lattico prodotto, consentendo ai muscoli di continuare a funzionare ad alta intensità per un breve periodo di tempo. In sintesi, la glicolisi svolge un ruolo cruciale nella produzione energetica muscolare durante sforzi di breve durata ma ad alta intensità, fornendo rapidamente ATP ai muscoli e consentendo loro di generare una forza esplosiva.Durante sforzi di breve durata e alta intensità come nel sollevamento pesi, la maggior parte dellavoro viene svolto dalle fibre muscolari di tipo II anche dette a contrazione rapida. Una rapida contrazione di alta intensità necessita di grandi quantità di energia istantanea. Il metodo che le fibre di tipo II utilizzano per la contrazione è la glicolisi. Queste fibre lavorano anaerobicamente, possiedono riserve di glicogeno che vengono rapidamente scisse in glucosio libero e possiedono grandi quantità di enzimi glicolitici; queste caratteristiche permettono un rapidissimo rilascio energetico che tuttavia dura qualche secondo fino a quando le scorte di glicogeno non si esauriscono. Le fibre muscolari di tipo I o a contrazione lenta invece producono energia mediante fosforilazione ossidativa, più conveniente dal punto di vista della resa energetica, ma tale energia viene rilasciata gradualmente in tempi più lunghi.La ATP sintasi mitocondriale è un complesso proteico enzimatico che si trova immerso nella membrana interna dei mitocondri. È responsabile della sintesi di ATP (adenosina trifosfato), la principale molecola di energia utilizzata dalle cellule. Il meccanismo di funzionamento della ATP sintasi mitocondriale si basa sull'uso di un gradiente di protoni attraverso la membrana interna dei mitocondri. Durante la respirazione cellulare, i protoni vengono pompati dalla matrice mitocondriale verso lo spazio intermembrana, creando un gradiente elettrochimico. La ATP sintasi sfrutta questo gradiente di protoni per sintetizzare ATP. Il complesso enzimatico è costituito da due componenti principali: il F0, che è inserito nella membrana interna dei mitocondri e funge da canale per il passaggio dei protoni, e il F1, che si trova nella matrice mitocondriale e contiene i siti attivi per la sintesi di ATP. Quando i protoni fluiscono attraverso il canale F0, l'energia viene utilizzata per far ruotare un asse centrale all'interno del complesso F1. Questa rotazione induce dei cambiamenti conformazionali che permettono la sintesi di ATP. Infatti, l'asse centrale del complesso F1 è in grado di legare e convertire l'ADP (adenosina difosfato) in ATP, utilizzando l'energia fornita dal flusso di protoni. In conclusione, il complesso della ATP sintasi mitocondriale sfrutta il gradiente di protoni generato durante la respirazione cellulare per sintetizzare ATP, la molecola di energia utilizzata dalle cellule.composta da un rotore costituito da un numero variabile di segmenti (circa una decina) attaccati ad una subunità y asimmetrica che funge da camma e si estende verso l'interno andando ad interagire con un esamero composto da 3 subunità a e 3 b collegate ad una testa ed uno stelo immerso nella membrana per bloccarne il movimento. Lo scopo di tale complesso è quello di sintetizzare molecole di ATP catalizzando la fosforilazione di una di ADP utilizzandone una di fosfato inorganico. Per catalizzare questa reazione che generalmente risulterebbe sfavorita, l'ATP sintasi sfrutta il gradiente protonico tra l'interno e l'esterno della membrana mitocondriale interna. L'esterno della membrana mitocondriale interna presenta una grande concentrazione protonica che tende vigorosamente a raggiungere l'ambiente interno della membrana poverissimo di protoni; i protoni possono passare solamente attraverso l'ATP sintasi, in quanto le membrane.l'esercizio fisico intenso, quando il corpo richiede una maggiore quantità di energia rispetto a quella che può essere fornita attraverso la respirazione aerobica. Questo avviene perché durante l'esercizio intenso i muscoli richiedono energia in modo più rapido di quanto il sistema cardiorespiratorio possa fornire ossigeno per la produzione di ATP attraverso la fosforilazione ossidativa. Il raggiungimento della soglia anaerobica porta a diverse implicazioni metaboliche e biochimiche a livello muscolare. In particolare, la produzione di ATP avviene principalmente attraverso la glicolisi anaerobica, che converte il glucosio in acido lattico senza l'utilizzo di ossigeno. Questo processo produce ATP più rapidamente rispetto alla fosforilazione ossidativa, ma è meno efficiente in termini di resa energetica. Il accumulo di acido lattico durante l'esercizio intenso può portare a una diminuzione del pH muscolare, causando una sensazione di bruciore e affaticamento muscolare. Inoltre, l'accumulo di acido lattico può anche limitare la capacità dei muscoli di contrarsi in modo efficace, riducendo la forza e la resistenza muscolare. In conclusione, il raggiungimento della soglia anaerobica durante l'esercizio fisico intenso porta a un cambiamento nel metabolismo muscolare, con una maggiore dipendenza dalla glicolisi anaerobica per la produzione di ATP. Questo può avere implicazioni sia sulle prestazioni sportive che sull'affaticamento muscolare.

L'esercizio fisico quando la maggior parte dell'energia viene prodotta anaerobicamente mediante glicolisi e con produzione di lattato.

ACIDI GRASSI

35. Descrivi brevemente il processo di COMPLETA ossidazione degli acidi grassi effettuata a livello della matrice mitocondriale.

Gli acidi grassi per entrare nella matrice mitocondriale vengono trasformati in acil-CoA dalla acil-CoA sintetasi poi attraverso lo shuttle della carnitina entrano nella matrice mitocondriale dove vanno incontro a β-ossidazione. La prima tappa dell'ossidazione consiste in una deidrogenazione da parte dell'acil-CoA deidrogenasi che genera un doppio legame tra i carboni α e β mentre gli elettroni vengono trasferiti al FAD poi alla catena di trasporto degli elettroni. La seconda tappa consiste nell'idratazione del doppio legame ad opera dell'enoil-CoA idratasi formando il β-idrossiacil-CoA. Nella terza tappa la β-idrossiacil-CoA deidrogenasi produce β-chetoacil-CoA trasferendo gli

Elettronial NAD+. E l'ultima tappa permette il distaccamento di due atomi di carbonio formando acetil-CoA e un acil-CoA accorciato di due atomi su cui si ripetono le quattro ta