Ciclo dell'acido citrico e fosforilazione ossidativa, Appunti di Biochimica

Scarica Ciclo dell'acido citrico e fosforilazione ossidativa e più Appunti in PDF di Biochimica solo su Docsity! IL CICLO DELL’ACIDO CITRICO L’acetilCoA può essere completamente degradato a Co2 e H2O con il ciclo dell’acido citrico. 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, a. grassi e alcuni AA deve essere degradato a gruppo acetilico (acetilCoA). Questo è stato scoperto da Krebs negli anni 30 del secolo scorso è detto Ciclo di Krebs o meglio ciclo dell’acido citrico o degli acidi tricarbossilici. La localizzazione intracellulare è nei Mitocondri per gli eucarioti e nel Citosol per i procarioti. Durante la prima fase del ciclo si perdono due molecole di CO2 che sebbene non provengono direttamente dalla molecola di partenza sono comunque dei prodotti indice della degradazione dell’acetato. 1. Formazione di citrato il citrato si forma per reazione di condensazione tra ossalacetato e acetilCoA con liberazione del CoezimaA. L’enzima che catalizza la reazione è il citrato sintasi. L’acetilCoA è la forma attivata del coenzimaA essendo sotto forma di estere e attacca l’ossalacetato sul carbonio carbolinico, ovvero sul gruppo alpha-keto dello stesso. Quindi il carbonio metilico dell’acetile si lega al carbonio carbonilico dell’ossalacetato con formazione del gruppo ossidrilico. Come si vede da deltaG0’ la reazione è fortemente esoergonica, reversibile ed è uno dei punti di regolazione ciclo. Il citrato sintasi di mammifero nella sua forma matura biologicamente attiva è un omodimero. All’interno di ciascuna subunità è presente un sito catalitico che lega i due substrati, ovvero l’ossalacetato e l’acetil-CoA. In seguito al legame di ossalacetato al sito catalitico si hanno modificazioni conformazionali del citrato sintasi, in altre parole l’ossalacetato induce una importante riorganizzazione strutturale che porta alla formazione del sito di legame per acetil-CoA. Quindi l’ingresso dei due substrati non è contemporaneo. 2. Formazione di isocitrato la seconda è una reazione di isomerizzazione: il citrato si trasforma in isocitrato (isomeri di posizione in cui cambia la posizione del gruppo ossidrilico). La reazione è reversibile (come tutte le isomerizzazioni) ed è catalizzata da un isomerasi, nota come Aconitasi. Questo nome è dovuto al fatto che tale isomerizzazione passa attraverso un intermedio che si chiama Cis-aconitato. Questa reazione di iomerizzazione non avviene attraverso lo spostamento netto del gruppo ossidrilico da un carbonio a quello adiacente ma passa attraverso un intermedio in cui sono mutati tutti e due gli atomidi C che sono interessati alla reazione. In questo caso ci sono due passaggi di disidratazione e riidratazione, quindi di distacco da tali carboni e successiva addizione di acqua sul doppio legame che si è formato. Quindi nella prima fase si distacca acqua dal carbonio alcolico e da quello adiacente he dovrà poi legare l’ossidrile si forma un doppio legame in configurazione cis e poi si ha l’addizione di acqua che avviene in modo inverso rispetto a come si era staccata, quindi l’ossidrile s riattacca sull’atomo di carbonio in partenza non alcolico e l’idrogeno su quello che prima era alcolico. Il passaggio da un gruppo alcolico terziario ad un gruppo alcolico secondario determina un cambiamento della reattività del gruppo che è ora più facilmente ossidabile. Inoltre questa reazione è stereospecifica: dei quattro possibili diastereoisomeri dell’isocitrato ne viene prodotto solo uno. L’aconitasi è il bersaglio dell’azione tossica del Fluoroacetato, composto di origine vegetale che è stato usato come veleno per topi. Il fluoroacetato (simile all’acetato un idrogeno sul gruppo metilico è sostituito con un F) è un esempio di substrato suicida: viene trasformato in fluoroacetil-CoA, che funge da substrato per il citrato sintasi, quindi si forma il fluorocitrato che non può però essere trasformato dall’aconitasi. Il risultato è il blocco del ciclo dell’acido citrico. 3. Ossidazione di isocitrato ad α-chetoglutarato e CO2 (ossidazione e successiva decarbossilazione dell’isocitrato Si passa da un C6 a un C5) Prima decarbossilazione ossidativa del ciclo Il gruppo ossidrilico secondario dell’isocitrato viene deidrogenato (ossidato) dall’isocitrato deidrogenasi NAD dipendente a gruppo chetonico, quindi ad ossalosuccinato. Gli equivalenti riducenti (2 protoni e 2 elettroni) sottratti all’isocitrato vengono traferiti su una molecola di NAD+ che si riduce a NADH +H+. Alcune isoforme sono NADP+ dipendenti (forma isoenzimatica del NAD+). Questo enzima oltre ad usare NAD usa come cofattore anche il manganese, il quale forma un chelato con l’Ossalosuccinato (un intermedio instabile legato all’enzima). Il Mg attrae gli elettroni, il riarrangiamento elettronico della molecola porta alla decarbossilazione spontanea (non è catalizzata da una carbossilasi) dell’ossalosuccinato per ripristinare la stabilità della molecola, quindi si libera una molecola di CO2 (molecola povera di potere riducente). In seguito, si ha un riarrangiamento della molecola che si prede un protone formando quindi l’alpha-chetoglutarato. 4. Ossidazione di α-chetoglutarato a succinil-CoA e CO2 Seconda decarbossilazione ossidativa del ciclo, in cui α- chetoglutarato viene ossidato a succinil-CoA. Si passa da un C5 a un C4 con liberazione di una seconda molecola di Co2 e si forma un’altra molecola di NAD ridotto perché anche in questo caso gli equivalenti riducenti vengono trasferiti sul NAD oddidato. Tuttavia questa reaizone differisce dalla precedente per diversi motivi. Intanto non si forma succinato che sarebbe il prodotto a sinistra. Il delta G0’ della reazione indica che la reazione è endoergonica, tuttavia la reazione avviene perché nelle cellule, l’ossalacetato viene rimosso continuamente dalla reazione altamente esoergonica della citrato sintasi spingendo la reazione della malato deidrogenasi verso la formazione di ossalacetato nonostante i paramentri termodinamici sfavorevoli. (accoppiamento di reaizone endo ed esoergoniche). Riassumento i dalta G di tutte le reazioni del cilco si vede ce nel complesso la reazione è favorita. I tre punti di controllo del ciclo sono le reaizoni che hanno i deltaG più negativi quindi più grandi in valore assoluto. I prodotti di un giro del ciclo dell’acido citrico sono 3 molecole di NADH, un ATP e un FADH2 Perché esiste il ciclo dell’acido citrico? Perché è necessario un processo ciclico a 8 tappe con intermedi a 6,5,4 atomi di carbonio per ossidare un semplice gruppo acetile a 2 atomi di carbonio? 1. Nonostante sia una molecola piccola e semplice, l’acetato è molto resistente all’ossidazione chimica del suo atomo di carbonio metilico Quindi l’ossidazione diretta dell’acetato a due molecole di CO2 richiede condizioni drastiche e incompatibili con l’ambiente cellulare Durante l’evoluzione le cellule viventi hanno “imparato” a seguire una via lunga, ma “facile” per ossidare l’acetato, una via caratterizzata da un’energia di attivazione più bassa: combinando l’acetato con l’ossalato si ottiene il citrato che viene deidrogenato e decarbossilato molto più facilmente rispetto all’acetato. 2. Questo ciclo è importante perché rappresenta un punto di incontro anche di altre vie degradative, perché l’acetato può provenire dalla degradazione del glucosio, degli acidi grassi o dalla degradazione dello scheletro carbonioso degli amminoacidi entrando come ossalacetato a anche sotto forma di altri intermedi che si trovano nel ciclo. Il ciclo dell’acido citrico fornisce gli intermedi per numerosi processi biosintetici cellulari. Negli organismi aerobici, il ciclo dell’acido citrico è una via anfibolica, cioè serve sia ai processi anabolici che a quelli catabolici. Le reazioni anaplerotiche: la necessità di rimpiazzare gli intermedi del ciclo impiegati nelle reazioni biosintetiche Con le reazioni anaplerotiche (dal termine greco che significa “riempimento”) si riesce a mantenere un bilancio quasi perfetto tra le reazioni che rimuovono intermedi dal ciclo e quelle che lo riforniscono; la concentrazione di tali intermedi rimane in tal modo pressoché costante. Le reazioni anaplerotiche più attive sono quelle che ripristinano l’ossalacetato che è l’intermedio più utilizzato. Queste reazioni sono le seguenti e sono diversamente attive nei vari distretti cellulari e organismi. Nei tessuti animali, in particolare fegato e rene, la reazione catalizzata dalla piruvato carbossilasi biotina-dipendente è la più importante reazione anaplerotica. L’enzima è attivato allostericamente da acetil-CoA che carbossila il piruvato a ossalacetato con traformazione di ATP in ADP e Pi. Anche se in teoria la reazione catalizzata dalla PEP carbossichinasi potrebbe funzionare da reazione anaplerotica, nella cellula è favorita la formazione di PEP da ossalacetato a causa della notevole affinità dell’enzima per l’ossalacetato rispetto a quella per la CO2 infatti a livello epatico questa reazione viene attivanta in senso inverso e fa parte del processo della gluconeogenesi. Il beriberi provoca un’alterazione del metabolismo del piruvato. Il beriberi, causato da una carenza nutrizionale di tiamina (Vit B1), precursore di TPP, colpisce principalmente il sistema nervoso. Quali processi biochimici sono alterati dalla carenza di tiamina? TPP è il gruppo prostetico di tre importanti enzimi: • piruvato deidrogenasi • α-chetoglutarato • deidrogenasi transchetolasi importanti per diversi processi biochimici riguardanti il metabolismo del glucosio. Nel beriberi si riscontrano • alti livelli di piruvato e α-chetoglutarato perché se il piruvato deidrogenasi non è attiva il piruvato non viene utilizzato e lo stesso α-chetoglutarato • bassi livelli di piruvato deidrogenasi, α-chetoglutarato • deidrogenasi e transchetolasi La sintomatologia del beriberi è soprattutto di tipo neurologico perché il SNC dipende quasi esclusivamente dal glucosio come fonte di energia. L’inattivazione del piruvato deidrogenasi impedisce l’ingresso del piruvato nel ciclo dell’acido citrico. Gli altri tessuti possono utilizzare i grassi come fonti di energia e sorgenti di acetil-CoA per alimentare il ciclo dell’acido citrico. Precedentemente agli studi di Funk (inizi del ‘900) la malattia è stata descritta per la prima volta nel 1630 da Jacob Bonitus, un medico olandese che operava a Giava: “Una certa malattia molto debilitante, che attacca gli uomini, è chiamata dagli abitanti beriberi (che significa pecora). Penso che la chiamino così perché gli individui attaccati da questa malattia, camminando con le ginocchia tremanti e le gambe malferme, hanno un’andatura simile a quella delle pecore. E’ una sorta di paralisi o piuttosto di tremore: interessa la motilità e la sensibilità delle mani e dei piedi e talvolta dell’intero corpo.” Sintomi simili a quelli del beriberi si manifestano in soggetti esposti al mercurio o all’arsenico. Entrambi inibiscono il complesso del piruvato deidrogenasi inattivando però al posto della TPP l’acido lipoico, in particolare la diidrolipoammide. L’arsenito si lega covalentemente alla diidrolipoammide del componente E dal piruvato deidrogenasi inibendolo. Questa inibizione può essere attenuata da alcuni reagenti sulfidrilici, come 2,3-dimercaptopropanololo, attenuano l’inibizione formando con l’arsenito un complesso che può essere escreto. 2,3-dimercaptopropanolo veniva utilizzato durante la prima guerra mondiale come antidoto contro la LEWISITE, un’arma chimica a base di arsenico. Proteine ferro-zolfo Il ferro è associato ad atomi di zolfo inorganico o ad atomi di zolfo di residui di Cys della proteina. Partecipano a reazioni redox in cui viene trasferito un elettrone alla volta utilizzando la modificazione dello stato di ossidazione degli atomi di ferro. La sequenza secondo la quale i trasportatori di elettroni agiscono all’interno della catena respiratoria è stata dedotta con sistemi diversi: 1. Determinazione sperimentale dei potenziali standard di riduzione • basso potenziale standard: buoni donatori di elettroni; • alto potenziale standard: buoni accettori di elettroni ci si aspetta che i trasportatori siano disposti in ordine di potenziale di riduzione crescente, dato che gli elettroni tendono a fluire spontaneamente da trasportatori con E’° basso verso quelli con E’° alto. L’ordine di trasportatori dedotto con questo sistema è: Questo ordine era stato fatto considerando i potenziali di riduzione teorici. Considerando che l’ordine reale all’interno della cellula dipende anche dalle concentrazioni relative delle forme ossidate e ridotte. 2. Determinazione degli effetti di inibitori del trasferimento degli elettroni. In presenza di un donatore di elettroni e di O2 ogni inibitore modifica in modo caratteristico lo stato di ossidoriduzione dei trasportatori di elettroni: - quelli prima del blocco si riducono - quelli dopo il blocco sono ossidati Sulla base di tutti questi diversi approcci sperimentali è stato sviluppato un modello secondo cui i trasportatori di elettroni della catena respiratoria sono organizzati in complessi multienzimatici inter membrana separabili. Ogni complesso rappresenta una frazione della catena respiratoria e sono i seguenti quattro. L’ubiquinone non fa parte fisicamente dei complessi ma li mette solo in collegamento alcuni di essi. Manca tra i complessi anche il citocromo C perché una proteina associata alla membrana che come l’ubichinone mette in collegamento alcuni complessi. Complesso I: Il complesso I si chiama NADH: ubichinone ossidoreduttasi o NADH deidrogenasi o NADHUQ reduttasi e gli elettroni passano da NAD ridotto a ubichinone. Quindi il complesso I rappresenta la porta d’ingresso di NAD ridotto nella catena di trasporto. Il complesso attraversa da parte a parte la membrana quindi sin interfaccia da entrambi i lati. Il flusso di elettroni e di protoni procede in modo parallelo ovvero separato. Il meccanismo non è ancora perfettamente noto. In questa parte il primo accettore di equivalenti riducenti accetta sia elettroni che protoni. In questo processo è attiva anche la prima pompa protonica ed è stato dimostrato che contestualmente al flusso di elettroni viene attivato un flusso di protoni attraverso la membrana. Per ogni 2 elettroni ceduti da NAD ridotto vengono pompati nello spazio inter-membrana 4 protoni. Trasferimento di uno ione idruro da NADH a FMN. I due elettroni passano attraverso una serie di centri ferro-zolfo fino all’ubichinone che si riduce QH2 diffonde all’interno del doppio strato lipidico. Il trasferimento di elettroni porta anche all’espulsione dalla matrice di protoni (4H+ per ogni coppia di e-) con un meccanismo non ancora noto. Il flusso protonico (pompa protonica) produce un potenziale elettrochimico tra i due lati della membrana che conserva parte dell’energia rilasciata dalle reazioni esoergoniche di trasferimento degli elettroni. Complesso II: si chiama Succinato deidrogenasi o succinato-UQ reduttasi. Gli elettroni si muovono dal succinato a FAD, quindi attraversano tre centri Fe-S fino all’ubichinone (senza passare dal gruppo eme). Il compleso II non ha la stessa struttura del complesso I e il flusso degli elettroni si forma moltoprima della matrice e non c’è una pompa protonica. Inoltre, è stato visto che un gruppo eme B presente nel complesso non si trova nel percorso diretto degli elettroni. Esso può servire a proteggere dalla formazione di ROS catturando elettroni che “escono” dal sistema muovendosi dal succinato a O2, che potrebbero portare a specie reattive dell’ossigeno. Anche qui i protoni procedono parallelamente agli elettroni e si arriva quindi alla forma completamente ridotta dell’ubichinone. Struttura del complesso II di E.coli Ci sono altri substrati di deidrogenasi mitocondriali che passano i loro elettroni alla catena respiratoria a livello dell’ubichinone senza passare dai complessi I o II. E questi sistemi sono l’acil-CoA deidrogenasi (enzima che catalizza la prima tappa della β-ossidazione degli acidi grassi): trasferimento degli elettroni a FAD che è legato covalentemente all’enzima, l’acilCoA deidrogenasi è legato alla membrana interna e quindi gli equivalenti riducenti immagazzinati inizialmente su FAD passano attraverso altre flavoproteine (ETF proteina che trasferisce elettroni) e centri dello zolfo e vanno a finire direttamente all’ubichinone. E il glicerolo 3-fosfato deidrogenasi isoforma mitocondriale flavoproteina localizzata sulla faccia esterna della membrana mitocondriale interna rivolta verso lo spazio inter membrana. Esso catalizza la reazione di ossidazione da glicerolo-3-fosfato a idrossiacetone fosfato che avviene appunto nello spazio inter membrana, incanala gli elettroni nella catena respiratoria a FAD e da questo poi a Q. questo sistema è attivato solo in alcuni sistemi cellulari ed è un modo alternativo per recuperare le molecole di NAD ridotto prodotto durante il metabolismo. Complesso III: è detto complesso del citocromo bc1 o ubichinone citocromo c ossidoreduttasi o ubichinone- citocromo c reduttasi. Esso è un groppo complesso intermembrana, presenta due siti di legame per il Q: QP e QN che hanno diversa affinità per i diversi stati di ossidazione dell’ubichinone. Due molecolo di ubichinone si legano al citocromo C. in particolare QH2 ridotto si lega a Qp e Q ossidato a QN. Gli equivalenti riducenti vengono trasferiti da ubichinone a citocromo C (sistema monovalente). Il passaggio a sistemi monovalenti è possibile grazie al seguente ciclo essendo l’ubichinone sia mono che bivalente. CICLO DELL’UBICHINONE (CICLO Q): 1. L’ubichinone ridotto, QH2, si lega a QP ossidandosi completamente per la presenza di una reduttasi e cedendo separatamente gli elettroni e i protoni in maniera separata: un e- al citocromo C (che ne può accettare solo uno) e l’altro ad una molecola di Q ossidato che si è legato a QN mentre i due protoni vanno nello spazio inter membrana: si formano quindi rispettivamente una molecola di citocromo c ridotto e una molecola di radicale anionico semichinonico. 2. Quindi nel sito QN si trova il radicale semichinonico, QP si è liberato perché la dorma ossidata se ne è andata e qui si si lega un'altra molecola di QH2 ridotto che nuovamente si ossida completamente cede un elettrone ad una molecola di citocromo C e il secondo elettrone al radicale semichinonico che forma una molecola di QH2 e i due protoni nello spazio inter membrana. Per formare una molecola di QH2 vengono recuperati due protoni dalla matrice mitocondriale. Il risultato netto è che una molecola di QH2 è stata ossidata per dare due molecole di citocromo C ridotto, questo serve per splittare il flusso degli elettroni che a questo punto non procedono più in coppia ma singolarmente in quanto gli accettori a valle del citocromo C sono tutti monovalenti. seconda pompa protonica (4 H+ per ogni coppia di e-) Il ciclo Q incanala gli e- da un trasportatore a due e- ad un trasportatore a un e-. Il citocromo C è una proteina solubile dello spazio inter membrana. Il citocromo c ridotto a livello del complesso III si sposta verso il complesso IV per cedere l’e-. Complesso IV: complesso detto Citocromo c ossidasi in cui dli e- vanno dal citocromo c all’ O2 Complesso di grandi dimensioni che contiene tre proteine importanti per il trasferimento elettronico sono la I, II e III trasferimento di e- dal citocromo c ridotto a O2 attraverso: centro CuA, gruppo eme a, centro a3-CuB i protoni necessari per formare H2O vengono prelevati dalla matrice. Il flusso degli elettroni attraverso il complesso determina lo spostamento di protoni dalla matrice allo spazio inter membrana (terza pompa protonica – 2H+ pompati il complesso dell’ATP sintasi è formato da due subunità quali Fo che costituisce il canele che consente il passaggio dei protoni dalla spazio intermembrana alla matrice mitocondriale e F1 che possiede l’attività cataliticha, quindi ATP sintasi vera e propria. F1: 9 subunità α3β3γδε Ciascuna subunità β ha un sito catalitico per la sintesi di ATP e Pi inoltre contengono anche una regione che si associa alla gamma. La subunità γ possiede un dominio che costituisce l’asse centrale del complesso e un dominio che si associa a una delle β. La conformazione delle subunità β cambia se associata a γ. Le alpha beta formano un esamero formando una specie di canale al cui interno si pone la subunità gamma che si associa al epsilon che a sua volta si associa ad Fo. Anche la subunità delta serve da collegamneto tra F1 e Fo. Fo: tre subunità ab2c10-12 C’è un solo monomero di a 2 monomeri di b e 10-12monomeri di c, i quali formano un cilindro transmenbrana dove si inserisce epslion. C è associato ad a il quale a sua volta è associato ad un dimero di b che si associa a delta uscendo dalla membrana. Le due subunità b si fissano ad α e β di F1 mantenendolo legato alla membrana. Quando i protoni fluiscono attraverso Fo, il cilindro e l’asse ruotano e le subunità β di F1 cambiano conformazione; in questo modo γ si associa a turno con ciascuna di esse perché possiede un solo sito di legame con beta questo determina anche un cambiamento della posizione di gamma. L’associazione di gamma con beta provoca una modificazione conformazionale di beta. Meccanismo di azione di ATP sintasi: modello della catalisi rotazionale (Paul Boyer) Tutte le informazioni precedenti sono state sfruttate nel modello della catalisi rotazionale. L’unità ripetitiva dell’esamero è alpha-beta, quindi posso considerarlo come formato da tre dimeri i quali possiedono forme diverse nel grafico per indicare 3 diversi stati conformazionale del dimero alpha-beta. La freccia verde rappresenta la subunità gamma che ruotando si associa ai diversi dimeri su beta. Anche il sito catalitico su beta assume conformazione diversa che corrisponde ad una diversa affinità per i diversi substrati della reazione. Ogni coppia αβ possiede un sito di legame per ATP che può oscillare fra tre diverse conformazioni: quando - uno dei tre siti si trova nella conformazione β-ATP (lega saldamente ATP) - il secondo si trova nella conformazione β-ADP (lega debolmente ATP) - il terzo si trova nella conformazione β-vuota (lega molto debolmente ATP) La forza motrice provoca la rotazione della subunità γ centrale che entra in contatto in successione con ciascuna coppia αβ. La conformazione di legame con γ è β-vuota in cui ATP viene rilasciato. Ciò produce una modificazione conformazionale cooperativa nelle tre subunità che consente il legame alternativo ad ADP + Pi, ATP, o rilascio di ATP. Le tre subunità lavorano contemporaneamente perché si alternano le tre conformazioni. La forza motrice protonica fornisce energia al trasporto attivo ed è stato visto che la riossidazione di una molecola di NAD ridotto che entra nella catena respiratoria attraverso il complesso I produce una forza motrice sufficiente per produrre 2,5 molecole di ATP. Mentre le molecole di NAD ridotto prodotte dalla glicolisi che entrano a livello di Q e le molecole di FAD ridotto prodotte dalla succinato deidrogenasi che vengono riossidate a livello del complesso 2 o quelle l’acilcoA che entrano a livello di Q producono solo 1,5 ATP. Questo perché non viene attivata la prima pompa protonica. Questo processo di produzione di ATP è ovviamente molto più lungo rispetto alla fosforilazione a livello del substrato. La funzione principale del trasferimento degli e- nei mitocondri è quella di fornire energia per la sintesi di ATP. La stessa energia può servire anche a favorire sistemi di trasporto essenziali per la fosforilazione ossidativa. Poiché la membrana mitocondriale interna è impermeabile alle specie cariche, sono presenti due sistemi di trasporto che portano ADP e Pi nella matrice e consentono ad ATP appena sintetizzato di uscire nel citosol. SISTEMA DI ANTIPORTO che fa uscire una molecola di ATP appena formato per ogni molecola di ADP che entra. Mentre il Pi sfrutta un SISTEMA DI SIMPORTO che permette anche l’ingresso di ioni H+. La fosforilazione ossidativa è regolata sulle necessità energetiche della cellula e quindi sulla base dei livelli intracellulari di ADP. La velocità della respirazione mitocondriale è limitata dalla disponibilità di ADP quale substrato per la fosforilazione (accettore del gruppo fosforico). La dipendenza della velocità di consumo di ossigeno dalla concentrazione di ADP è detta controllo dell’accettore della respirazione. Indica l’accoppiamento dell’ossidazione con la fosforilazione. Lo stato energetico della cellula si può valutare tramite - la concentrazione intracellulare di ADP - il rapporto di azione di massa del sistema ATP-ADP: [ATP]/[ADP][Pi] tale rapporto è normalmente molto elevato, quindi il sistema ATP-ADP è quasi completamente fosforilato Quando è richiesta energia si ha un incremento della demolizione di ATP ed una diminuzione del rapporto di azione di massa. L’aumento dei livelli di ADP disponibile per la fosforilazione ossidativa determina l’aumento della respirazione e la rigenerazione di ATP. Quando il rifornimento di ATP nella cellula è sufficiente la respirazione rallenta, con una eccezione: i neonati della maggior parte degli animali e i mammiferi che vanno in letargo hanno un tipo di tessuto adiposo chiamato GRASSO BRUNO in cui l’ossidazione delle sostanze nutrienti non viene utilizzata per produrre ATP ma per generare calore che serve a mantenere il corpo a temperatura costante, ciò serve nel caso dei neonati per contrastare lo shock termico a cui vanno incontro. Esempio di generazione di calore mediante disaccoppiamento mitocondriale.a livello della membrana mitocondriale dei mitocondri del grasso bruno è espressa una proteina che si chiama termogenina ed è un canale per il rientro dei protoni nella matrice mitocondriale determinando la dissipazione sotto forma di calore dell’energia conservata sotto forma di gradiente protonico. La termogenina è detta anche proteina disaccopiante perché interferisce nel normale percorso che i protoni fanno attraverso la ATP sintasi per rientrare nella matrice. s Nella tabella sopra sono riportati veleni o farmaci che devono la loro funzione biologica all’interferenza con la fosfoilaizone ossidativa.Tra questi vi sono inibitori del trasferimento elettronico che hanno come target di inibizione la citocromo ossidasi, altri sono inibitori dell’ATP sintasi oppure dei disaccoppianti quindi delle proteine che interferiscono durante il passaggio dei protoni atraverso l’ATP sintasi tra cui la termogenina (è una proteina espressa nel grasso bruno)