Domande e risposte metabolismo

DOMANDE ORGANICA – METABOLISMO

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1) NAD , FAD e le loro forme ridotte: cosa scambiano nelle reazioni redox?

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Il NAD e il FAD sono due coenzimi che trasportano gli elettroni durante il catabolismo.

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NAD , in quanto si riduce a NADH+H , riceve due elettroni e due protoni, ovvero due atomi di

idrogeno; mentre il FAD acquisisce due atomi di idrogeno che si legano agli atomi di azoto presenti

nell'anello aromatico, formando FADH .

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2) Glicolisi e la sua localizzazione cellulare.

La glicolisi è una via metabolica essenziale sia dal punto di vista energetico che come fonte di

precursori per diverse altre vie metaboliche. Questo processo avviene nel citoplasma della cellula

dove rimane bloccato a causa del fruttosio-1,6-bifosfato che è incapace di superare la membrana,

intrappolando la razione.

3) Prodotti della glicolisi e bilancio energetico.

I prodotti della glicolisi sono, partendo da una molecola di glucosio, due molecole di piruvato, due

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molecole di ATP e due di NADH+H per ogni molecola di glucosio utilizzata. Le due molecole di

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NADH+H che si formano nel citosol sono riossidate i condizioni aerobiche mediante il

trasferimento dei loro elettroni alla catena respiratoria (mitocondri).

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GLUCOSIO + 2NAD + 2ADP + 2Pi → 2NADH + 2 PIRUVATO + 2ATP + 2H O + 2H

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4) Enzimi regolatori della glicolisi.

Gli enzimi regolatori della glicolisi sono:

Esochinasi → inibito allostericamente dal fruttosio-6-fosfato. È in grado di captare le

• molecole di glucosio presenti nel sangue.

Fosfofruttochinasi → reazione di “committed step” (= reazione impegnativa) della

• glicolisi. Determina anche l'inibizione della esochinasi perché fa accumulare glucosio-6-

fosfato. ATP e citrato sono due effettori negativi che segnalano l'abbondanza di intermedi

metabolici e di energia del sistema. AMP e fruttosio-2,6-bifosfato sono effettori positivi che

segnalano la richiesta di energia.

Piruvato Chinasi → regolazione allosterica e covalente nel fegato e solo allosterica nei

• tessuti. Viene inibito da ATP e acetilCoA, la sua attivazione è dovuta all'accumulo di

fruttosio-1,6-bifosfato.

5) Vie di alimentazione della glicolisi.

Il glucosio deriva da diverse vie, può essere sfruttato dalle riserve (glicogeno) oppure dagli alimenti

(amido). Può derivare da polisaccaridi come maltosio, lattosio e saccarosio che vengono assorbiti

per idrolisi a monosaccaridi come fruttosio, mannosio e galattosio che vengono trasformati per

entrare nella via della glicolisi.

6) Fermentazione lattica.

È un metabolismo energetico che avviene in alcuni batteri e nelle cellule animali in assenza di O .

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La fermentazione è un processo biochimico in cui viene estratta energia sotto forma di ATP, senza

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consumare O ne modificare la concentrazione di NAD .

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Sfrutta l'azione dell'enzima lattato deidrogenasi, che catalizza la riduzione del piruvato ad acido

lattico e viceversa grazie alla presenza di due subunità che si combinano formando 5 isoenzimi

tetramerici.

7) Decarbossilazione ossidativa del piruvato ad acetilCoA.

La decarbossilazione del piruvato è un processo metabolico che converte il piruvato prodotto dalla

glicolisi in acetilCoA, substrato del ciclo di Krebs. La reazione avviene nel mitocondrio ed è

catalizzata dal complesso enzimatico della piruvato deidrogenasi.

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8) Coenzimi del complesso della piruvato deidrogenasi.

5 co-fattori sono richiesti per questo complesso:

TPP (tiamina pirofosfato) → reagisce con il substrato

• CoA (Coenzima A) → accetta il gruppo acetile dalla lipoammide sulla transace

• Acido lipoico → accetta il gruppo acetile dal TPP

• FAD → accetta equivalenti dalla lipoammide ridotta

• NAD → accettore terminale degli equivalenti riducenti dalla flavoproteina

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9) Localizzazione cellulare e regolazione del complesso della piruvato deidrogenasi.

Avviene nei mitocondri e la sua regolazione è di tipo covalente e allosterica.

Covalente → la proteina chinasi fosforila E1 inibendola, mentre la fosfoproteina fosfatasi

• riattiva il complesso defosforilandolo. Infatti fanno parte del complesso una chinasi e una

fosfatasi. La chinasi è attivata allostericamente da ATP.

Allosterica → inibito dai prodotti della reazione: ATP, NADH e dell’Acetil-CoA e attivato

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da AMP, CoA NAD . Quindi, il complesso della piruvato deidrogenasi viene inibito dalla

presenza di segnali che indicano un elevato livello energetico.

10) Ciclo dell'acido citrico e la sua localizzazione.

Il ciclo dell’acido citrico rappresenta il processo centrale attraverso il quale vengono catabolizzati

tutti i combustibili metabolici. Per entrare nel ciclo, lo scheletro carbonioso di zuccheri, acidi grassi

e alcuni AA deve essere degradato a gruppo acetilico (acetilCoA).

Avviene nei mitocondri delle cellule eucariote mentre nelle cellule procariote nel citoplasma.

11) Prodotti del ciclo dell'acido citrico e bilancio energetico.

Il ciclo dell'acido citrico è costituito da otto reazioni che ossidano il gruppo acetile dell’AcetilCoA a

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2 molecole di CO , conservando l’energia libera in 3 NADH+H e 1 FADH e 1 GTP. Vengono

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prodotte due molecole di piruvato perciò: 4 CO + 6 NADH+H + 2 FADH + 2 GTP.

2 2

12) Conversione di un acido grasso in acilCoA.

Per entrare nella via catabolica, gli acidi grassi, dopo essere stati assorbiti dalle cellule, devono

essere attivati ad acil CoA (acil coenzima A) in una reazione a due tappe che richiede il consumo di

una molecola di ATP e il cui equilibrio è ulteriormente spostato verso destra dalla contemporanea

idrolisi del pirofosfato prodotto. Il coenzima A (CoA) è un attivatore generale di acidi carbossilici.

13) Shuttle della Carnitina.

Detto anche sistema navetta, è una serie di tre reazioni enzimatiche che hanno come scopo quello di

far passare attraverso la membrana mitocondriale gli acidi grassi con 14 o più atomi di carbonio

(quelli con 12 o meno atomi di carbonio possono entrare nei mitocondri senza l'aiuto di trasportatori

di membrana).

14) Beta ossidazione degli acidi grassi saturi.

Β-ossidazione è una via metabolica a spirale, che consente di degradare gli acidi grassi con

produzione di acetil-CoA. Consiste in una serie di quattro reazioni al termine delle quali viene

rilasciato un Acetil-CoA e un Acil-CoA accorciato di due atomi di carbonio. +

La β-ossidazione porta alla riduzione di equivalenti riducenti di FAD e NAD .

15) Prodotti della beta ossidazione e accesso alla catena respiratoria dei cofattori ridotti.

I prodotti finali di ogni ciclo di reazioni sono una molecola di acetil CoA, una di NADH H, una di

FADH e una molecola di acido grasso con due atomi di carbonio in meno della molecola di

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partenza. Questa subisce un secondo ciclo di reazioni con il distacco di un’altra molecola di acetil

CoA, di coenzimi ridotti e la produzione di un acido grasso accorciato di altri 2 atomi di carbonio.

Il ciclo di reazioni si ripete fino alla completa demolizione dell’acido grasso di partenza.

16) Resa in ATP dell'ossidazione di una molecola di palmitoil-CoA.

La β-ossidazione è un processo altamente energetico, che permette la produzione di molte molecole

di ATP. Per la molecola di palmitoilCoA con 16 atomi di carbonio, sono necessari 7 cicli di β-

ossidazione per la completa demolizione della catena. Sono quindi generate: 8 molecole di Acetil-

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CoA, 7 Coenzimi ridotti NADH+H e 7 coenzimi FADH .

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17) Trasportatori ematici del gruppo amminico derivato dal catabolismo degli AA (glutammina e

alanina).

La glutammina trasporta l'ammoniaca dai tessuti periferici al fegato per azione della glutammina

sintetasi (enzima citoplasmatico). Una volta nel fegato, la glutammina rilascia NH4 per azione

dell'enzima glutamminasi, originando glutammato.

Parte di esso è ulteriormente metabolizzato dal fegato per liberare altro ione ammonio e scheletri

carboniosi utilizzabili come combustibile per le reazioni metaboliche; il restante glutammato è

coinvolto in altri processi metabolici, come la biosintesi degli amminoacidi.

Una volta nel fegato, l'alanina trasferisce il gruppo amminico all' α-Chetoglutarato originando

piruvato e glutammato. Quest'ultimo composto entra nei mitocondri degli epatociti, dove rilascia

ammoniaca.

18) Sintesi del carbamil fosfato, ciclo dell'urea, localizzazione tissutale e cellulare.

Il ciclo dell'urea è un ciclo metabolico presente negli organismi ureolitici come i mammiferi e

consiste nel trasformare l'ammoniaca in urea, affinché possa essere eliminata con le urine.

A livello tissutale avviene soprattutto nel fegato e in minor misura nei reni mentre a livello

cellulare le prime due reazioni avvengono nel mitocondrio e le ultime tre nel citosol.

La prima reazione che avviene prevede la rimozione dell'ammoniaza dall'ambiente cellulare che

reagisce con un acido carbonico formando il carbamil fosfato. Composto altamente instabile che

viene subito convertito, per azione della ornitina transcarbamilasi, in citrullina. La reazione infatti

risultta essere irreversibile e totalmente spostata verso destra.

19) Regolazione a lungo termine e allosterica della sintesi dell'urea.

L’aumentata o diminuita attività del ciclo dell’urea è assicurata da una regolazione a lungo termine

che si traduce nell’aumento o nella riduzione della velocità di espressione dei geni che codificano

gli enzimi del ciclo stesso e la carbamilfosfato sintetasi I.

Esiste anche allosterica della carbamilfosfato sintetasi I ad opera del suo principale attivatore

allosterico, l’acido N-acetilglutammico, sintetizzato a partire da acido glutammico e acetil CoA

dall’enzima N-acetilglutammato sintasi.

20) Catabolismo dello scheletro carbonioso degli AA: glucogenici e chetogenici.

Una volta allontanati i gruppi amminici degli amminoacidi, gli scheletri carboniosi rimasti sono

trasformati in intermedi metabolici per ottenere glucosio, corpi chetonici o intermedi del ciclo

dell'acido citrico. In base al punto in cui gli atomi di carbonio entrano nel metabolismo, gli

amminoacidi possono essere:

Glucogenici → gli scheletri carboniosi sono trasformati in intermedi del ciclo di Krebs al

• fine di produrre piruvato che potrà essere utilizzato per la sintesi di glucosio.

Chetogenici → dagli scheletri carboniosi di questi amminoacidi si ottiene acetilCoA o

• acetoacetilCoA per produrre corpi chetonici nel fegato o per essere usati nella sintesi degli

acidi grassi.

21) Struttura e permeabilità del mitocondrio.

Il mitocondrio è un organulo presente nel citoplasma di tutte le cellule animali che presenta un

proprio DNA detto DNA mitocondriale. Sono costituiti da due membrane: la