Biochimica propedeutica e generale - CICLO DI KREBS, Sbobinature di Biochimica

Scarica Biochimica propedeutica e generale - CICLO DI KREBS e più Sbobinature in PDF di Biochimica solo su Docsity! Biochimica Generale e Propedeutica Ciclo dell’acido citrico o Ciclo di Krebs La respirazione cellulare si volge in tre fasi principali. Nella prima le molecole organiche, come il glucosio, gli acidi grassi e alcuni amminoacidi, vengono ossidate per produrre frammenti a due atomi di carbonio, sotto forma del gruppo acetilico dell’acetil-CoA. Nella seconda fase, i gruppi acetilici sono ossidati a CO2 nel ciclo dell’acido citrico, e gran parte dell’energia liberata da queste ossidazioni viene conservata nelle forme ridotte dei trasportatori di elettroni, NADH o FADH2. Nella terza fase della respirazione, i coenzimi ridotti vengono riossidati liberando elettroni e protoni. Gli elettroni vengono trasferiti all’O2 attraverso una serie di molecole trasportatrici di elettroni, conosciuta anche come catena respiratoria, portando alla formazione di acqua. Nel corso del trasferimento degli elettroni, una parte notevole dell’energia rilasciata dalle reazioni redox viene conservata sotto forma di ATP, tramite un processo chiamato fosforilazione ossidativa. Consideriamo dapprima la conversione del piruvato in gruppi acetilici e quindi l’entrata di quarti nel ciclo dell’acido citrico, detto anche ciclo di Krebs. Questo ciclo è un crocevia del metabolismo, su cui convergono vie degradative e da cui partono vie biosintetiche; quindi, la sua attività deve essere strettamente coordinata con quella delle altre vie metaboliche. Struttura dei mitocondri I mitocondri sono gli organelli addetti alla respirazione cellulare, costituiti da sacchette contenenti enzimi respiratori. Sono costituiti da due membrane: la membrana interna e la membrana esterna; lo spazio fra queste due membrane è detto spazio intermembrana. Lo spazio delimitato dalla membrana interna è detto matrice mitocondriale; la membrana interna si estende nella matrice formando delle pieghe dette creste mitocondriali che contengono molecole cruciali per la produzione di ATP a partire da altre molecole. Gli enzimi del ciclo di Krebs si trovano all’interno della matrice mitocondriale. Il piruvato generato nel citosol dalla glicolisi rappresenta un punto di snodo nel metabolismo di carboidrati, grassi e proteine. Il piruvato che entra nei mitocondri può esser ossidato mediante il ciclo dell’acido citrico per produrre energia, oppure, dopo la conversione in acetil-CoA, può essere utilizzato come molecola di partenza per la sintesi di acidi grassi e steroli. Nelle cellule normali, il piruvato nella matrice mitocondriale vien ossidato ad Acetil-CoA e CO2 per mezzo del complesso della piruvato deidrogenasi (PDH). Questo complesso è un classico esempio di un complesso multi-enzimatico in cui una serie di intermedi chimici rimane legata alle molecole enzimatiche fino a che il substrato non è stato trasformato in prodotto finale. Al meccanismo di questa reazione partecipano 5 cofattori, di cui quattro derivanti dalle proteine. La reazione complessiva catalizzata dal complesso della piruvato deidrogenasi è una decarbossilazione ossidativa, un processo di ossidazione irreversibile in cui un gruppo carbossilico viene rimosso dal piruvato sotto forma di una molecola di CO2, e i due atomi di carbonio che restano diventano il gruppo acetilico Acetil-coa. Reazione catalizzata dal complesso del piruvato deidrogenasi nei mitocondri delle cellule eucariotiche. Decarbossilazione ossidativa del piruvato ad acetil-CoA. Il NADH formato in questa reazione porta uno ione idruro alla catena respiratoria che trasporta i due elettroni all’ossigeno. Il trasferimento di elettroni all’ossigeno produce 2,5 molecole di ATP per coppia di elettroni. Tappe della piruvato deidrogenasi: 1. La prima tappa è essenzialmente identica alla reazione catalizzata dalla piruvato decarbossilasi; l’atomo C-1 del piruvato viene rilasciato sotto forma di CO2 e l’atomo C- 2, viene legato alla TPP come gruppo idrossietilico. Questa prima tappa è la più lenta e quindi è quella che limita la velocità all’interno del processo; 2. Nella seconda tappa, il gruppo idrossietilico viene ossidato a gruppo carbossilico. I due elettroni rimossi nella reazione vanno a ridurre il ponte -S-S- del gruppo lipoato e poi trans esterificano con il CoA, formando acetil-CoA; 3. Nella terza tappa l’energia dell’ossidazione guida la formazione di un legame tioestere ad alta energia tra l’acetato e il CoA. La restante parte della reazione (4 e 5) catalizzata dal complesso PDH è una serie di trasferimenti elettronici necessari a rigenerare la forma ossidata del gruppo lipoilico dell’E2 e a preparare il complesso per un altro ciclo di ossidazione. Gli elettroni rimossi dal gruppo idrossietilico derivano dal piruvato passano al NAD+, transitano prima verso il FAD. Il punto centrale di questo processo è rappresentato dal braccio mobile lipoil-lisinico dell’E2, che accetta dall’E1 i due elettroni e il gruppo acetile derivati dal piruvato, e quindi passa gli elettroni all’E3. La sequenza di queste cinque reazioni è un esempio di incanalamento dei substrati. Reazioni del ciclo dell’’acido citrico Il ciclo dell’acido citrico è il processo di ossidazione dell’acetil-CoA, ed è la prima via metabolica. Abbiamo 8 reazioni: 1. L’acetil-CoA condensa con l’ossalacetato, è una reazione esoergonica perché l’idrolisi di un tioestere rilascia energia. I tioesteri sono condensati composti ad alta energia. L’enzima che catalizza la reazione si chiama citrato sintasi; 2. Isomerizzazione della molecola, formazione dell’isocitrato attraverso il cis-aconitato. L’enzima econitasi catalizza la trasformazione reversibile del citrato in isocitrato. L’aconitasi può aggiungere una molecoa di acqua al doppi legame dell’intermedio legato all’enzima cis-aconitato, in due modi diversi; una via porta al citrato e l’altra a isocitrato. 3. Prima decarbossilazione ossidativa, l’enzima si chiama isocitrato deidrogenasi. La molecola di isocitrato perde due idrogeni e perde la molecola di anidride carbonica, diventa una molecola a cinque atomi di carbonio che si chiama alfa-chetoglutarato. 4. Seconda decarbossilazione ossidativa, questa reazione che ricorda la formazione dell’acetil-CoA. L’enzima è sempre un complesso dell’alfa-chetoglutarato deidrogenasi. Abbiamo una decarbossilazione in cui l’alfa- chetoglutarato viene trasformare in CO2 e in succinil-CoA. Il NAD+ è l’accettatore finale degli elettroni e il CoA è il trasportatore del gruppo succinile. L’energia liberata dell’ossidazione