Ciclo di Krebs (ciclo degli acidi tricarbossilici, ciclo dell'acido citrico), Dispense di Biochimica

Scarica Ciclo di Krebs (ciclo degli acidi tricarbossilici, ciclo dell'acido citrico) e più Dispense in PDF di Biochimica solo su Docsity! Ciclo di Krebs Abbiamo fatto fino ad adesso il metabolismo glucidico. Abbiamo visto che con la glicolisi noi abbiamo prodotto delle molecole di ATP 4 molecole di ATP ma ce ne sono rimaste due (perché le altre due sono state utilizzate). La produzione netta di ATP è di due. Abbiamo inoltre prodotto due molecole di Piruvato e 2 NADH. La glicolisi avviene nel citosol e il NAD ridotto, che viene prodotto a livello del citosol ,lo possiamo recuperare e anche questo andrà nella fosforilazione ossidativa. In generale, la glicolisi può darci energia quando siamo in carenza di ossigeno, mentre la maggior parte di energia in presenza di ossigeno viene data dal ciclo di Krebs. Nel ciclo di Krebs però non rientra ossigeno (quindi noi non troviamo ossigeno nel ciclo di Krebs), ma il ciclo di Krebs ha significato perché il potenziale riducente che si forma (3 NADH, 1 FADH2 e uno GTP!) andranno alla fosforilazione ossidativa. Il ciclo di Krebs 2avviene all’interno della matrice mitocondriale ed è una via anfibolica: > cioè in questo ciclo si vengono a produrre degli intermedi metabolici che sono utilizzati tanto nel catabolismo che nell’anabolismo. > Il ciclo di Krebs determina un'ulteriore catalisi dei prodotti che noi utilizziamo (Acetil CoA), > ma produce degli intermedi che potranno essere utilizzati nelle vie di sintesi, ad esempio si forma in una delle prime tappe il citrato , che servirà per la sintesi degli acidi grassi ,che avverrà nel citosol; >» si formeranno a-chetoglutarato e ossalacetato che serviranno per la sintesi delle purine e delle pirimidine ,oltre che per la sintesi di amminoacidi in quanto l’a chetoglutarato può transaminare? formando glutammato. L’ossalacetato è un altro chetoacido che può essere trasformato in aspartato. L’ossalacetato differisce dall’aspartato per il numero di carboni: è sempre un acido aspartico solo che l’ossalacetato ha un carbonio in meno rispetto al glutammato. Il glutammato è un amminoacido molto importante per il nostro organismo perché è un neurotrasmettitore, ma serve anche per trasportare il gruppo amminico, perché il glutammato può essere trasformato per aggiunta di un gruppo amminico in glutammina e la glutammina serve per trasportare l’ammoniaca dai tessuti al fegato, dove viene metabolizzata per formare l’urea che poi viene eliminata con le urine. ! Nella registrazione lei a questo punto parla di 3 NAD e di 2 FADh2 . Più in là si correggerà dicendo che si trattava di 1 FADH2 e 1 GTP. A parte questo credo di aver seguito l'ordine in cui lei dice le cose. ? Il ciclo di Krebs è costituito da una serie di 8 reazioni . Il ciclo di Krebs è anche detto ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo dell'acido citrico. E' un ciclo metabolico di importanza fondamentale in tutte le cellule aerobie (ovvero che utilizzano ossigeno nel processo della respirazione cellulare). Il ciclo di Krebs è l'anello di congiunzione delle vie metaboliche responsabili della degradazione (catabolismo) dei carboidrati, dei grassi e delle proteine în anidride carbonica e acqua con la formazione di energia chimica. Il ciclo di Krebs fornisce inoltre anche molti precursori per la produzione di alcuni amminoacidi quali a-chetoglutarato e ossalacetato 3 Transaminare vuol dire che il chetoacido potrà (ossia il chetoglutarato) ricevere un gruppo amminico da un amminoacido e si trasforma in glutammato ATP sintasi (FoF1) Ribosomi % Canali di porina meno ATP Membrana esterna Permeabile a piccole molecole e ioni Membrana interna Impermeabile alla maggior parte delle piccole molecole e degli ioni, compresi i protoni Contiene: « la catena respiratoria (Complessi I-IV) «le ATP-ADP traslocasi « l'ATP sintasi (FF1) \» altri trasportatori \, di membrana * molti altri enzimi - ATP, ADP, Pi, Mg?*+, Ca?*, K* . molti intermedi metabolici solubili rispetto al NAD. I mitocondri sono formati da due membrane, intervallati da uno spazio intramembranario e al loro interno c'è la matrice. La membrana che si trova all’esterno consente il passaggio di diverse molecole ,mentre la membrana interna consente il passaggio selettivo di molecole, attraverso alcuni canali che sono trasportatori per antiporto o cotrasporto. All’interno della matrice troviamo enzimi che servono per il ciclo di Krebs e nella membrana interna troviamo i complessi per la fosforilazione ossidativa. Il ciclo di Krebs, oltre a produrre degli intermedi che potranno uscire dal ciclo di Krebs e andare nella varie vie metaboliche, è fondamentale perché coniuga la produzione del NAD e del FAD con la fosforilazione ossidativa. In particolare, da 1 NAD ridotto che viene riossidato si formeranno 3 ATP mentre da 1 FAD ridotto che viene riossidato si formeranno 2 ATP. Il motivo per cui c'è questa differenza di produzione di ATP è che quando il potenziale di riduzione arriva dal FAD, questo salterà il primo complesso ma andrà a dare i suoi elettroni direttamente al secondo complesso, che è un enzima del ciclo di Krebs. Quindi è per questo motivo che il FAD produce Una molecola importante è il CoenzimaA formato da ADP, da una vitamina che è l’acido la B-mercaptoetilammina che ha un gruppo sulfidrilico, pantotenico e da un residuo che è mediante il quale legherà l’acile che si forma dalla decarbossilazione del piruvato. Reactive thiol group l ) Coenzyme A NH, ) / n "n H cm o o — < 10) Adenine FS_CHy CH, N (inline niuno 7 P_0—CH» 0, GL, > B-Mercapto- Ò O OHCHy o ethylamine . Pantothenic acid Ribose 3'-phosphate 0 4 CHn—C | S-CoA 3'-Phosphoadenosine diphosphate Acetyl-CoA Ricordiamoci che : HsC ir c00 ato Î aconitasi ton Ox000” sintasi coo S “e sintasi . 00c--n Citrato CH CHa NADH + tn 2 00 Coo- MAD Ossalacetato Isocitrato \\{ isocitrato malato — deidrogenasi NADH + H* NAD+ deidrogenasi + CO, / 00€. 0 (oo HO—C—H CICLO DELL'ACIDO ” CITRICO ; 2 Ha too 00- a-Chetoglutarato complesso della } __ NAD* t . a -chetoglutarato /7 + CoA \ umarasi deidrogenasi } CoA-S. of nu da Ne Lu NADH $_H° _ coo- + CO: "Tr CHI | succinil-CoA 00CT MH succinato coo sintetasi CHa Fumarato é c00- C Ha = Succinil CoA FADH: fHa GDP + Pi C00- GTP Succinato L’ossalacetato, mediante l'enzima citrato sintasi e insieme all’Acetil CoA determina la produzione di citrato. A questo punto il citrato viene isomerizzato a isocitrato e interviene nella prima riduzione del 0NAD con conseguente decarbossilazione, formando dall’isocitrato, l’a- chetoglutarato. Dall’ a-chetoglutarato, con ulteriore decarbossilazione, abbiamo la formazione del Succinil Coenzima A. L'enzima che interviene è il complesso dell’a-chetoglutarato deidrogenasi. Quest'enzima è analogo a quello della piruvato deidrogenasi, funziona allo stesso modo: un complesso enzimatico formato da tre attività enzimatiche e da cinque coenzimi, che formano alla fine il succinil coenzimaA. Il Succinil Coenzima A è un prodotto importante perché contiene un legame ad alta energia e questo legame ad alta energia viene sfruttato per la fosforilazione a livello del substrato. Quindi noi questa volta , da GDP per aggiunta di un fosfato e sfruttando l’energia del legame con il CoenzimaA, formeremo GTP e verrà rilasciato il Succinato. Un'altra deidrogenasi, questa volta il gruppo prostetico è il FAD ,determina la produzione di FAD ridotto e Fumarato. La Succinato deidrogenasi è un enzima che fa parte anche della catena della fosforilazione ossidativa e lo ritroveremo come complesso 2 della catena della fosforilazione ossidativa . A differenza degli altri complessi della fosforilazione ossidativa, la Succinato deidrogenasi non è una pompa protonica. Vedremo che gli altri complessi della fosforilazione ossidativa, oltre a prendersi gli elettroni, consentiranno il passaggio di protoni nello spazio intramembranario e sarà questo passaggio di protoni che darà la forza elettromotrice necessaria per determinare la sintesi ATP. La Succinato deidrogenasi è un enzima , non ha questa attività di portare i protoni nello spazio intramembranario ed è per questo che il FAD ridotto determina la produzione di 2 molecole di ATP contro le 3 del NAD ridotto. Dal Fumarato per aggiunta di acqua formeremo il malato e dal malato, con ulteriore deidrogenazione e quindi produzione di NAD ridotto, formeremo l’Ossalacetato e quindi il ciclo si è concluso. Di queste vie metaboliche sono importantissimi da ricordare l’a-chetoglutarato, l’ossalacetato e il malato perché questi composti possono transitare dal citosol al mitocondrio, determinando il passaggio di potenziale riducente e sono inoltre composti coinvolti anche in altri metabolismi. go H30 CoA-SH CHa CC e No | o CHa —C + O=0_000 dude HO—CT—C00° Seea CHo—C007 synthase CH, —C00- Acetyl-CoA Oxaloacetate Citrate 1. La prima reazione (del ciclo di Krebs) è una condensazione fra l’Acetil Coenzima A e l’ossalacetato. CHo—C00 H,0 CHo—C00 Hs0 CHo—C00 HO:-(-—c00- C {—coo- —- H-G-—c00- H-C—c00 seni | d 600 sense TO--C-000 ù ù ù Citrate cis-Aconitate Isocitrate 2. Poiviene isomerizzato il citrato in isocitrato. NAD(P)Y NAD(P)H + H* FHa 000 Ì 7 PH 000 H—C—C00° CHy isocitrate Ì + CO3 Mio 0007 dehydrogenase querce H Isocitrate a-Ketoglutarate 3. Altra deidrogenazione è che dall’isocitrato (vedete si perdono questi due idrogeni ) si forma l’a-chetoglutarato e decarbossilazione. CHo—000" CoA-SH NAD NADH CH>—000" CHo CHo + CO, 5 a-ketoglutarate bi S-CoA Il dehydrogenase I O complex a-Ketoglutarate Succinyl-CoA 4. Dall’ a-chetoglutarato si forma il Succinil Coenzima A tramite il complesso CHo_C00 GDP + Pi GTP CoA-SH 000 CHo A CH, P_SC0A succinyl-CoA CH O synthetase CO07 Succinyl-CoA Succinate multienzimatico della deidrogenasi a-chetoglutarato. 5. Il Succinil Coenzima A consente la produzione di GTP e si forma il succinato. COO” COO | FAD FADHg9 | ANA CEE succinate MIC elolom dehydrogenase CO07 Succinate Fumarate 6. Dal succinato si forma il fumarato sempre per deidrogenazione, producendo il FAD ridotto; CITOSOL "I NADH + H*_NADY CH20! CHzOH ù ù Glicerofosfato LO È i CH,OPO3 deidrogenasi CH,0PO3 citosolica DHAP Glicerolo 3-fosfato Catena di trasporto degli elettroni FADH, FAD CH,0H ? CH30H I ' c=0 ” 0-C-H 1 Glicerofosfato I CH30PO3 deidrogenasi CH0PO3 pHAP_- "ced Glicerolo 3-fosfato MEMBRANA MITOCONDRIALE INTERNA Quello del glicerolo-fosfato determina la conversione del diidrossiacetone fosfato (che abbiamo visto dopo la scissione del fruttosio da cui si è formata una molecola di diidrossiacetone fosfato, che sarebbe il chetone ,e la gliceraldeide, che sarebbe l’aldeide. La gliceraldeide 3- fosfato continua la glicolisi e invece il diidrossiacetone fosfato viene convertito in gliceraldeide. Il diidrossiacetone fosfato viene isomerizzato in gliceraldeide , perché è la gliceraldeide 3-fosfato che continua la glicolisi .Il diidrossiacetone fosfato viene ossidato a glicerolo 3-fosfato (che abbiamo visto nella sintesi dei o trigliceridi e o dei fosfolipidi, quindi quando dobbiamo formare glicerolo 3-fosfato per la sintesi dei trigliceridi o dei fosfolipidi noi utilizziamo glicerolo 3- fosfato prendendolo per esempio dal tessuto adiposo, determinando la formazione del diidrossiacetone fosfato). Il glicerolo 3-fosfato si trova nel citosol, può attraversare le membrane mitocondriali ed entrare nel mitocondrio dove verrà convertito in diidrossiacetone fosfato solo che questa volta non verrà utilizzato come potenziale riducente il NAD ma il FAD. Quindi in questo caso abbiamo perso una molecola di ATP perché abbiamo convertito il NAD ridotto in FAD ridotto. Ossalacetato Glutammatoj SII NADH = deidrogenasi Ammino- OSSIA transferasi NAD+ L’altro sistema è quello malato-aspartato e in questo caso intervengono un chetoacido e un amminoacido. In particolare l’a-chetoglutarato che è un chetoacido e che abbiamo visto prodotto nel ciclo di Krebs e l’aspartato che è un amminoacido. Si ha una reazione di transaminazione, quindi un trasferimento di un gruppo amminico dall’aspartato all’a- chetoglutarato e si avrà formazione dall’a- chetoglutarato aminato di un glutammato e dall’aspartato, per perdita di un gruppo amminico si formerà l’ossalacetato. L'ossalacetato verrà ridotto a malato. Il malato entrerà nel mitocondrio e verrà riconvertito in Malato ‘@-Chetoglutarato Aspartato CITOSOL ‘@-Chetoglutarato Aspartato| Magro Go AD Malato deidrogenasi Ammino- mitocondriale transferasi NADH «| +H* | Ossalacetato LS Catena di trasporto degli elettroni MATRICE MITOCONDRIALE ossalacetato. Dal processo inverso alla transaminazione si riformano nuovamente il glutammato e l’a-chetoglutarato (che per esempio può tornare nel ciclo di Krebs). In questo modo abbiamo trasferito il potenziale riducente dal citosol al mitocondrio. (NOTA: la professoressa dice che può chiedere come il potenziale riducente ottenuto dalla glicolisi può essere trasferito, quindi (?) i sistemi shuttle). Anche dalla glicolisi abbiamo ottenuto del NAD ridotto che può andare nella fosforilazione ossidativa. La fosforilazione ossidativa utilizza diversi attori protagonisti e sono vari complessi, |, Il, III e IV e poi vi sono varie molecole che servono a trasportare gli elettroni da un complesso all’altro. Quindi queste molecole logicamente saranno liposolubi , possono attraversare la membrana lipidica e possono consegnare gli elettroni dal primo complesso, ad esempio, al terzo. Ubichinone (Coenzima @) Ha Ubiquinone (Q) ° Î H30. (CH —CH=C—CHa);o—H cH30 cH3 (fullyoxidized) 30, R Semiai CH) cH30° cha Juinone radical Ubiquinol (QH2) (fully reduced) Benzochinone con catena laterale isoprenoide Può accettare un solo elettrone, trasformandosi in un radicale semichinonico, oppure può accettare due elettroni trasformandosi nella forma completamente ridotta (Ubichinolo) Come le flavoproteine, può mettere in relazione processi a due elettroni con altri ad un elettrone E' di piccole dimensioni ed idrofobico; può quindi diffondere liberamente nella membrana mitocondriale interna e può agire da ponte tra trasportatori di elettroni meno mobili Trasporta sia elettroni che protoni (importante ruolo nel processo di accoppiamento tra flusso elettronico e movimento protonico) Questi sono ad esempio il coenzima Qe il citocromo C5. Il citocromo C lo abbiamo già visto nell’apoptosi: è un composto che può uscire dalla membrana mitocondriale in seguito all'attivazione di un meccanismo apoptotico perché determina l'attivazione della caspasi 9. A differenza del coenzima Q, il citocromo C è idrosolubile, quindi il trasferimento si avrà nello spazio intramembranario, mentre il coenzima Q determina il trasferimento direttamente nella membrana. Oltre al coenzima Q e il citocromo C esistono altre molecole. Il citocromo C è una molecola libera di agire mentre ci sono altri citocromi come l’A e il B che sono coniugati e (a) Protein (b) 5I citocromi sono proteine contenenti un gruppo eme (Fe?* > Fe) Vi sono 3 classi di citocromi: ® a ebiilgruppo eme è legato alla proteina non covalentemente; sono proteine integrali della membrana mitocondriale interna; nei citocromi b è presente lo stesso gruppo eme della mioglobina e della emoglobina c: il gruppo eme è legato covalentemente a residui di cisteina (Cys) della proteina; alcuni citocromi di tipo c sono proteine integrali della membrana mitocondriale interna; eccezione: il citocromo c è una proteina solubile che si lega alla superficie esterna della membrana mitocondriale interna 5 Le proteine ferro-zolfo contengono ferro associato ad atomi di zolfo [FeS]. Gli atomi di zolfo possono essere residui di cisteina o zolfo inorganico. Le proteine ferro-zolfo possono avere strutture semplici (un solo atomo di ferro) o complesse (da due a quattro atomi di ferro). Nelle proteine ferro-zolfo l'atomo di ferro può assumere stati di ossidazione Fe?* o Fe?*. complessati con i vari complessi e servono per trasportare gli elettroni. Oltre al coenzima Q e al citocromo C per il trasporto degli elettroni, ci sono altre proteine che utilizzano per il trasferimento degli elettroni gli stati di ossidazione del ferro, quindi sono centri ferro-zolfo®. L'importante è che questo spostamento di elettroni determina anche lo spostamento di protoni e che questo spostamento di protoni si avrà dalla matrice verso lo spazio intramembranario e sarà questo spostamento di protoni che determinerà quella forza elettromotrice per determinare la fosforilazione dell’ADP. Quindi la fosforilazione consta: » di una fase ossido-riduttiva : in cui non si ha fosforilazione >» diuna fase fosforilativa : in cui invece si ha fosforilazione dell’ADP. Queste due fasi possono essere fra di loro disaccoppiate: noi possiamo avere una fase ossidativa senza avere una fosforilazione. La possiamo avere quando dobbiamo sfruttare questo potenziale che si è creato, questo gradiente protonico, per generare calore. Quindi interviene una proteina dal nome di termogenina che determinerà il passaggio di questi protoni saltando la pompa che serve per sintetizzare l’ATP e questo passaggio di protoni genera calore. E questo si ha per esempio nei bambini neonati, nel tessuto adiposo bruno e serve a determinare la produzione di calore dissipando il potenziale acquisito durante la fase ossido-riduttiva. Il trasporto degli elettroni va da un complesso meno elettronegativo a un complesso più elettronegativo. AI termine di tutto noi abbiamo l’ossigeno che ha una carica positiva (intende “è più elettronegativo”, gliel'ho chiesto) e quindi attrae maggiormente questa carica di elettroni che viaggia. Complesso I: da NADH a ubichinone NADH:ubichinone ossidoreduttasi o NADH deidrogenasi o NADH- Il primo complesso prende gli UQ reduttasi au elettroni direttamente dal NAD Trasferimento di uno ione idruro , ; . Complex I Intermembrane da NADH a FMN ridotto e questi elettroni space (p side) I due elettroni passano recuperati passano dal NAD " attraverso una serie di centri . . ( ferro-zolfo fino all’ubichinone ridotto ad una flavoproteina iv chesiriduce (quindi un gruppo FMN). Dal Uli QH. diffonde all’ interno del + doppio strato lipidico gruppo FMN_ passano. alle Matrix (N side) I! trasferimento di elettroni proteine ferro-zolfo, dove il ferro porta anche all'espulsione dalla _ _ matrice di protoni passa dallo stadio +3 allo stadio Membrane (4H* per ogni coppia di e-) i i arm con un ismo non ancora +2 e poi passano al coenzima Q NADH NADT + Ht noto che è mobile e porterà gli elettroni dal complesso | al complesso III. Oltre a recuperare II flusso protonico (pompa protonica) produce un potenziale elettrochimico tra i due : 5 lati della membrana che conserva parte dell' energia rilasciata dalle reazioni due elettroni (perché dal NAD esoergoniche di trasferimento degli elettroni arrivano due elettroni), il complesso primo pompa nello spazio intramembranario quattro protoni. Quindi passano due elettroni e fuoriescono quattro protoni. embrana Membrana intermembrana mitocondriale Spazio mitocondriale w esterna intermembrana interna Matrice @ [C3) @ ; © 9. n) W) (HÒ) È 9 F 4 poro protonico e pompa Diminuzione della [H*] protonica l’ultimo complesso non trasporta elettroni ma è formato da due subunità, una chiamata FO (f con zero) che serve a i) iS far rientrare i protoni e poi ci sarà una 9 subunità chiamata F1 che è sul versante ADP + PI della matrice ed è questa subunità che @| Fresa ADP+P; ha il ruolo di chinasi, quindi che ha il ruolo di determinare la fosforilazione ,ossia aggiungere fosfato all’ADP e renderlo ATP. F1 è la sintetasi vera e propria mentre Fo è il mezzo che serve a fare trasportare i protoni. (si corregge @fror-r dicendo che si dice Fo “F con 0”). La prima Siotsi è una pompa ed è formata da un sistema con diverse subunità che sono la subunità C che costituiscono un anello (Fo). Tutto è il complesso (Fo e F1) dell’ATP sintetasi Rilascio anche detto complesso V. Però in realtà w. Lieberman Marks Sea medica Copyright 2010 C.E.A. Casa Editrice Ambrosiana la subunità Fo è una pompa , quindi determina il ripristino e l'entrata degli ioni H+. La subunità F1 è la vera parte che determina la fosforilazione dell'ADP, formando ATP .La subunità F1 è formata da tre subunità a e tre subunità B e sono legate alla subunità y , che fa parte di F1 ,ma prende contatto con l'anello delle subunità C della pompa protonica Fo. Quando i protoni entrano, questa subunità gira e fa ruotare la subunità y. La subunità y, quando ruota prende contatto con le subunità R. Le subunità B sono quelle dotate di attività catalitica e in particolare noi troviamo tre subunità B_, le subunità a hi Rilascio ATP servono a dare struttura e le subunità B le possiamo trovare in tre situazioni: o ruota, collegata ad ADP + fosfato oppure legato all’ATP. Praticamente quando la subunità y prende contatto con la subunità per la rotazione causata dall’entrata dei protoni, la subunità B prende contatto con la subunità y e rilascia l’ATP. Nella parte opposta c’è la situazione opposta quindi ADP legato a questo lato e ogni volta si ha una rotazione di 120°. Abbiamo un momento in cui la subunità f è vuota, un momento in cui ha ADP + fosfato e uno in cui ha ATP. Questa freccia che vedete indicata che ruota (nella slide precedente) è la subunità y. Quando y è legata e coniugata con la subunità B , la subunità B in quel momento conformazionale è priva di ATP. Vuol dire che ha rilasciato ATP, cioè è avvenuta la formazione di ATP ed è stato rilasciato. Altro flusso di protoni, si ha il giro, la subunità y prende adesso contatto con questa subunità (slide), che determinerà il rilascio dell'ATP. Con un giro completo (360°, fatti da tre giri di 120°) vengono rilasciati 3 ATP. E tutta questa forza è data dal passaggio di protoni che hanno generato questo potenziale elettrochimico e per ripristinare la situazione e annullare le differenze di potenziale sia elettrico che chimico, questa forza determinerà l’attivazione di questo sistema catalitico. Logicamente abbiamo attivazione della fosforilazione ossidativa quando abbiamo carenza di energia. 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 Intermembrane cme. Matrix space Esempio di generazione di calore mediante disaccoppiamento mitocondriale La termogenina dei mitocondri del grasso bruno genera una nuova via per il rientro dei protoni nella matrice mitocondriale determinando la dissipazione sotto forma di calore dell’ energia conservata sotto forma di gradiente protonico Uncoupling, protein (thermogenin) = Per quanto riguardo il disaccoppiamento della catena della fosforilazione ossidativa, questo viene fatto da una proteina che è la termogenina, che si va a collocare nella membrana interna del mitocondrio, determinando il passaggio dei protoni e quindi saltando la pompa ATP sintasi. Ipotalamo , ro: La termogenina si attiva in tr “Sistema nervoso simpatico seguito ad uno stimolo nervoso nc cea causato dal freddo: si viene ad Noradrenalina D) CI n attivare la noradrenalina e 7 questo stimolo determina la PN >> ( > sa liberazione, mediante attivazione delle proteine G, degli acidi grassi da parte del triacilglicerolo .Gli acidi grassi vanno nel Tessuto mitocondrio, dove determinano adiposo bruno l’attivazione della termogenina ,che va all’interno della membrana interna del mitocondrio e determina il disaccoppiamento della fosforilazione ossidativa con produzione di calore. I I uses Ila i catena respiratoria . a Inibitori della catena respiratoria Sito/Tipo di azione —__p Acidi CM CiTO \Triacilglicerolo Sc e Mitocondrio M. Lieberman Marks Biochimica medica Copyright 2010 C.E.A. Casa Editrice Ambrosiana Rotenone (un veleno per i pesci Si lega al complesso | e blocca il trasferimento di elettro isolato da vegetali) dai gruppi Fe-S all'ubichinone (Q) Carbossina Si lega al complesso II e blocca il trasferimento di elettra dal FADH; all'ubichinone (Q) Antimicina A (un antibiotico) Si lega al complesso Ill e blocca il trasferimento di elettroî dall'ubichinolo (QH) ai gruppi Fe-S Cianuro (una delle più potenti tos- . Blocca il flusso elettronico legandosi al Fe? dei citocromi sine umane) complesso IV Monossido di carbonio (un comu- Blocca il flusso elettronico legandosi al Fe?* dei citocromi di ne inquinante dell'aria presente ne- complesso IV gli scarichi delle auto) Oligomicina (un antibiotico) Blocca il flusso di H* attraverso l'ATP sintasi L’inibizione della catena respiratoria viene utilizzata molto spesso per gli omicidi. Andando ad inibire con determinati composti i vari complessi della catena della fosforilazione ossidativa, si hanno degli effetti. Il cianuro per esempio determina il blocco perché si va a legare ai centri ferro-zolfo, alle proteine e in questo modo, non passando più né protoni né elettroni, si blocca la catena della fosforilazione e si ha la morte . Anche alcuni antibiotici bloccano la catena della fosforilazione, ad esempio le oligomicine inibiscono la Fo, bloccando il flusso dei protoni. Anche il rotenone, altro veleno, si lega al complesso | bloccando la fosforilazione ossidativa e causa nei mitocondri la produzione di specie reattive dell'ossigeno. attraverso delle strutture che sono delle lipoproteine (anche se i chilomicroni sono strutture a parte). Queste lipoproteine hanno un core idrofobico, all’interno del quale le cellule mettono i trigliceridi ed eventualmente il colesterolo esterificato e poi abbiamo una membrana fosfolipidica che in questo caso non è doppia membrana fosfolipidica, ma contiene i fosfolipidi con le code idrofobiche e la testa polare. Immerse in queste lipoproteine abbiamo delle proteine che sono dotate di determinate capacità. All’interno di questa membrana possiamo trovare anche il colesterolo non esterificato perché avendo l’OH libero, si può posizionare fra le teste polari della membrana. Ricordiamo che il colesterolo esterificato è un colesterolo a cui è stato aggiunto un acido grasso. Siccome si esterifica la posizione 3 dove c'è il gruppo OH, non è più anfipatico, non ha più una parte polare e una apolare,ma diventa tutto apolare e precipita all’interno. Il colesterolo esterificato è quello che viene trasportato dalle lipoproteine plasmatiche, in particolare dall’HDL. Non tutte le proteine plasmatiche hanno un enzima che lo può esterificare ed è importante perché se noi lo esterifichiamo, lo teniamo a livello della membrana e quindi non viene ceduto facilmente. Identifichiamo diversi tipi di lipoproteine: e i chilomicroni che si formano nella digestione. Le cellule intestinali determinano la produzione di chilomicroni che contengono i trigliceridi, che la cellula intestinale li ha assemblati e possono andare così nel muscolo. Poi abbiamo le lipoproteine che possiamo distinguere in: ® VIDL ® Unafase intermedia che sono le IDL e LelDL * LeHDL La differenza è nel contenuto di proteine, nella densità. VLDL significa densità molto bassa (Very Low Density Lipoprotein),LDI che significa densità bassa e HDL che significa alta densità. L'aumento della densità è data dall'aumento della componente proteica rispetto a quella lipidica. Un'altra variazione è data dal fatto che le LDL rispetto alle altre due hanno un contenuto maggiore di trigliceridi mentre le HDL e le VLDL hanno un contenuto maggiore di colesterolo. Le VLDL possono essere prodotte dal fegato (c’è chi dice anche dall’intestino), le LDL sono la trasformazione delle VLDL e le HDL vengono prodotte anch'esse dal fegato ma la differenza è che le VLDL e le LDL donano trigliceridi e colesterolo ai tessuti, le HDL prelevano il colesterolo dai tessuti e lo portano al fegato, dove il colesterolo può essere metabolizzato. È per questo che facciamo differenza fra colesterolo buono (quello contenuto nelle HDL) e colesterolo cattivo (quello contenuto nelle LDL). Il colesterolo portato ai tessuti dalla LDL non è solo di origine epatica ma può essere preso anche da quello delle HDL e poi però portato nei tessuti. La caratteristica delle LDL è la presenza di una proteina che si chiama B100. Questa proteina è presente in bassissima quantità nelle VLDL ed è completamente assente nei chilomicroni, dove è presente invece la proteina B48 (che è parte dell’AB100). La B100 è una proteina che serve a riconoscere le LDL dai recettori e servirà ad inglobare le LDL all’interno della cellula. | chilomicroni e le VLDL determinano il trasporto dei trigliceridi nei tessuti periferici. Li trasportano nei vari tessuti, dove verranno metabolizzati. L'importante è la presenza prendendo ad esempio i chilomicroni di una lipoproteina lipasi. | chilomicroni giungono quindi nei capillari, arrivano nel tessuto adiposo. Dopo un pasto, momento in cui abbiamo produzione di chilomicroni, viene attivata l’insulina poiché siamo in condizione di benessere energetico e all’interno dei vasi abbiamo la lipoproteina lipasi. Questa lipasi toglie gli acidi grassi dal glicerolo e li fa entrare a livello del tessuto adiposo. Il glicerolo che rimane va nel fegato che è l’unico organo che può determinare direttamente la fosforilazione del glicerolo. Perché per essere legati gli acidi grassi, il glicerolo deve essere fosforilato e ciò può avvenire solo a livello epatico. Il glicerolo quindi viaggerà libero nel circolo ematico e andrà nel fegato. Mentre i trigliceridi verranno scissi in acidi grassi che entrano nel tessuto adiposo, mentre il glicerolo può andare a livello del fegato. Chilomicroni, cellule epiteliali intestinali, arrivano poi a livello del sangue, i trigliceridi vengono digeriti e questo può avvenire perché all’interno dei chilomicroni abbiamo una proteina, la C2 che determina l’attivazione della lipasi dei trigliceridi. Così gli acidi grassi possono entrare nel tessuto adiposo o possono entrare nel muscolo, ma nel muscolo servono solo come fonte di energia. Se dobbiamo depositarli vanno nel tessuto adiposo, se servono come fonte di energia, vanno nel muscolo. In questo modo i chilomicroni si svuotano dei trigliceridi e tutto ciò che resta, chiamato remains, va nel fegato dove viene ripreso e metabolizzato. Esistono due lipasi: > una è la lipasi ormone sensibile e dipende dal glucagone. Questa lipasi determinerà il rilascio degli acidi grassi in condizioni di digiuno e questo lo farà nei depositi di acido grasso. > L'altra lipasi invece è attiva quando dobbiamo fare entrare gli acidi grassi provenienti dai trigliceridi e dell'altra lipasi parleremo quando studieremo la B-ossidazione. Le VLDL hanno un meccanismo di funzionamento simili ai chilomicroni ma il punto di partenza è diverso, perché c’è chi dice che anche queste possano derivare dalle cellule intestinali, ma in realtà sono sintetizzate dal fegato e dal fegato arrivano agli altri tessuti ,dove in questo caso interverrà una lipasi che toglierà gli acidi grassi dal glicerolo, questi entreranno a livello del tessuto adiposo o del muscolo e il glicerolo tornerà nuovamente al fegato. Le VLDL prive dei trigliceridi vengono trasformate e in parte diventano LDL. Le LDL si arricchiscono della proteina B100 e questa proteina serve per il riconoscimento con dei recettori che si trovano sulla superficie delle cellule. Questi recettori sono regolati dal colesterolo. Quando all’interno della cellula abbiamo molto colesterolo, il colesterolo inibisce l’esposizione dei recettori sulla membrana; quando invece abbiamo poco colesterolo abbiamo interesse a riprendere recettore per le a le LDL che sono ricche di colesterolo. LDL (apo B/E) ‘spazzino’ Ritroviamo un recettore analogo a livello dei macrofagi, chiamato “recettore spazzino” ed è un recettore che contribuirà alla formazione della placca sclerotica. Nelle REI cellule abbiamo un recettore per le LDL e a car livello dei macrofagi abbiamo un recettore molto simile, il recettore spazzino ,che serve ad eliminare le LDL che sono danneggiate ,cioè quelle ossidate (tutte le lipoproteine possono essere ossidate in quanto contengono acidi grassi che possono ossidarsi). In condizione di un’alimentazione eccesiva o se c'è ristagnamento dei vasi, questi acidi grassi non hanno il tempo di essere smaltiti, rimangono per molto in circolo e rischiano di essere ossidati. | recettori per le LDL funzionano così: e riconoscono le LDL grazie alla proteina apoB100 e endocitano la lipoProteina che si fonde con l’endosoma e l’endosomasi fonde a sua volta con il lisosoma che riversa il contenuto negli enzimi digestivi e vengono rilasciati amminoacidi e acidi grassi. ® Ilrecettore può tornare a livello di membrana e la lipoproteina è stata digerita. dr LDL Vitamina E Superossido yy mm Acido ascorbico Quando la quantità di Gedido nitrico ©|O < Penn Soteoteroto hola cella è sufficiente, un processo di regolazione fa diminuire | recettori ad elevata affinità per le LDL. Perossido di idrogeno Altri ossidanti © LDL ossidata Altri antiossidanti MACROFAGO | recettori scavenger, con una bassa affinità e non soggetti a regolazione, ‘assumono le HDL modificate (LDL ossidate). & o In risposta a un danno endoteliale, provocato ‘almeno in parte dalle LDL ossidate, i monociti aderiscono alle cellule endoteliali, si trasferiscono allo strato subendoteliale (intima) e si trasformano in macrofagi. MATRICE CELLULA EXTRACELLULARE CHIUMOSA CELLULA ENDOTELIALE Mu ca la aa I | macrofagi consumano una quantità eccessiva di lipoproteine modificate (ossidate), diventando cellule schiumose. MONOCITI LUME DELL'ARTERIA Spiegazione della formazione delle placche scletoriche Noi siamo a livello del vaso e sotto la tonaca intima del vaso possiamo avere la presenza di monociti. Se ci troviamo in una situazione di infiammazione, questi monociti si trasformano in macrofagi nel punto in cui si trovano queste LDL ossidate. | macrofagi sono le cellule che fagocitano il materiale di scarto e ingloberanno le lipoproteine alterate grazie alla presenza del recettore spazzino. Tutte le volte che fagocitano le LDL diventano cellule schiumose. Le cellule schiumose se si accumulano possono determinare il rilascio di fattori esistenti al loro interno, delle citochine, dei fattori di crescita. Questi fattori rilasciati determinano una proliferazione delle cellule del vaso le cui pareti si vanno quindi restringendo. Il restringimento del vaso determina la formazione placca aterosclerotica la cui rottura può andare in circolo e può determinare la formazione di ictus o infarto se ostruisce un B-ossidazione (cenni introduttivi) B-ossidazione è l’ossidazione degli acidi grassi (/o dice poco dopo). Se ci sarà ossidazione ci sarà produzione di NAD ridotto, se c'è produzione di NAD ridotto c'è un potenziale di ossido-riduzione e quindi l'ossidazione deve avvenire per forza nel mitocondrio. Si chiama B-ossidazione perché determina la rottura del carbonio a e del R degli acidi grassi. Siccome ogni volta tolgo una molecola di Acetil Coenzima A logicamente si formerà un nuovo carbonio f. Il carbonio B è quello del gruppo carbonilico, il carbonio a e il carbonio R. Sarebbe ilterzo carbonio. I primi due vengono liberati sotto forma di Acetil coenzima A e si aggiunge l'acetile e si liberano acili o acidi grassi, con carboni meno due. Quindi se noi abbiamo l'acido palmitico che ha 16 atomi di carbonio noi formeremo 8 molecole di Acetil coenzima A. Della B-ossidazione è importante che tutti questi composti vanno a finire nel ciclo dell’acido citrico, ossia del ciclo di Krebs. Quindi poi avranno significato perché andranno a finire nella fosforilazione ossidativa. A livello della cellula adiposa ci sono i trigliceridi di riserva. Quando giunge un ormone che dice “ho bisogno di energia” che può essere il glucagone o l’adrenalina, quest'ormone attiva sempre la via delle proteine G, produzione di AMP ciclico e produzione della PKA che andrà ad attivare una chinasi, che porterà all'attivazione di una lipasi. Questa è la lipasi ormone sensibile, da non confondere con la lipasi che si trova nell’endotelio dei vasi. Perchè quella lipasi funziona quando siamo in ricchezza di energia dopo un pasto e serve a determinare il trasferimento degli acidi grassi nel tessuto adiposo. Mentre in questo caso sono nel tessuto adiposo e devo liberare gli acidi grassi che servono per fornirmi energia. Questa lipasi ormone sensibile, determinerà la liberazione dei tre acidi grassi e del glicerolo dal triglicerolo. Il glicerolo giungerà al fegato mentre gli acidi grassi viaggeranno nel torrente legati all’albumina e andranno nei vari distretti per essere B-ossidati. Il glicerolo verrà trasformato a livello del fegato in glicerolo 3-fosfato, diidrossiacetone e il diidrossiacetone fosfato può risalire la glicolisi. Il primo step per il PER ESSERE METABOLIZZATI GLI metabolismo degli acidi grassi ACIDI GRASSI DEVONO ESSERE è attivare l'acido grasso e ATTIVATI AD ACILCOA (nel citosol) l'attivazione viene fatta 3 aggiungendo un coenzima A. î_f î L'enzima è l’acilcoenzima A ATP_-—0-P-0-P-6®P-0 ita : o o (o sintasi e determina’ la ; o formazione di Acil coenzima A. Acido grasso Quindi la B-ossidazione Aci.CoA avviene a livello del sintetasi 90 mitocondrio, parte dagli acidi ii _ _ 7 . AciAMP 0-P-0 {Adenosina] + 0-Pa0rP-0 grassi e questi per essere f- (legato all’enzima) £ o o_o ossidati devono essere attivati CoASH Pirofosfato vo cidni . e l'ossidazione consiste Acil-CoA Pirofostatasi Luni . sintetasi ‘AMP inorganica nell’aggiunta del coenzima A, con uno step iniziale che vede Acil-GoA (CoA 2Pi il consumo di una molecola di ATP. GLI ACIL-CoA PER ESSERE AVVIATI ALLA R-OSSIDAZIONE DEVONO ESSERE TRASPORTATI NEI MITOCONDRI DALLA CARNITINA pr CH3NTCHo—-CH=CH3—000° CH3 OH Carnitine Ma a questo punto gli acidi grassi si trovano a livello del citoplasma e devono passare a livello del mitocondrio e questo lo fanno mediante un sistema di trasporto, che è dato dalla carnitina, che possiamo produrre noi o possiamo assumere mediante una dieta a base di carne. Il sistema di carnitina è un sistema particolare: innanzitutto gli acidi grassi possono attraversare la membrana esterna del mitocondrio e, a livello dello spazio intramembranario, trovano nella membrana mitocondriale interna, un sistema di trasporto degli acili. E in particolare l’Acil coenzima A viene sostituito il coenzima A con la carnitina e si forma l’intermedio acil-carnitina. Questo mediante un sistema enzimatico che è la carnitina palmitoil-trasferasi |. ATP_AMP+PP, || palmiol: | Membrana trasferasi Il | mitocondriale m interna CoA Acilcamitina Acilcarnitina Camitina* Acil-CoA + BOssidazie A questo punto l’acido grasso legato con la carnitina può attraversare la membrana interna mediante una traslocasi che riconosce l’acil-carnitina. Una volta dentro la membrana della matrice mitocondriale, un altro sistema determina nuovamente la sostituzione del coenzima A con la carnitina, riformando l’Acil coenzima A. E in questo punto l’Acil coenzima A può essere avviato alla B-ossidazione. 8 (C16) R—CH, —CHay S-CoA Palmitoyl-CoA FAD ° | FADHy R-CH;—C: S-C0A trans-A?- Enoy].CoA H.0 dehyd enoyl-CoA hydratase rape 1-B-Hydroxy- H e NAD* °D NADH + H° R-CH,—C S-C0A 3 B-Ketoaeyl.Ci CoA-SH (Cu) R_CH2-C—S-C0A + args o (C11) Acyl-CoA (AGety] CoA (andina © (a) La B-ossidazione è molto semplice: consiste in fasi di deidrogenazioni. Noi abbiamo il carbonio a e il carbonio B e la rottura la dobbiamo fare a questo punto. Per fare la rottura inizialmente deidrogeniamo, quindi determiniamo una riduzione e produciamo FAD ridotto e formiamo un doppio legame col carbonio (perché abbiamo tolto gli idrogeni). Per ricostruire il gruppo carbonilico dobbiamo aggiungere l’acqua. A questo punto abbiamo creato nel carbonio B,un gruppo OH e un altro idrogeno, ma noi dobbiamo togliere questi due idrogeni, quindi dobbiamo fare un’altra deidrogenazione, quindi questa volta dipendente dal NAD. Si forma il carbonio col doppio legame e a questo punto dobbiamo rompere le due parti: una che contiene l’Acetil coenzima A e una che contiene l’acile. Quindi l’intervento di una tiolasi che rompe il legame e aggiunge il coenzima A. Quindi si sono formati Acetil coenzima A e un Acil-Coenzima A meno due atomi di carbonio. Producendo inoltre una molecola di FAD ridotto e una molecola di NAD ridotto. Sbobinatore: Francesca Varvarà Controsbobinatore: Martina Terzo