Scarica Il ciclo di Krebs e il metabolismo mitocondriale del piruvato e più Appunti in PDF di Biochimica solo su Docsity! Ciclo di Krebs Metabolismo mitocondriale del piruvato Negli organismi aerobici, il glucosio, gli acidi grassi e molti amminoacidi subiscono l'ossidazione a CO2 e H2O attraverso il ciclo dell'acido citrico e la catena respiratoria. Prima di entrare nel ciclo, lo scheletro carbonioso di zuccheri e acidi grassi deve essere degradato al gruppo acetilico dell'acetil-CoA. Anche gli atomi di carbonio di molti amminoacidi entrano nel ciclo come acetato, ma molti di essi vengono degradati in altri intermedi come succinato e malato, per poi essere inclusi nel ciclo. Il piruvato, prodotto nella glicolisi nel citosol, entra nei mitocondri e può essere ossidato attraverso il ciclo dell'acido citrico per generare energia o, dopo la conversione in acetil-CoA, può fungere da molecola di partenza per la sintesi di acidi grassi e steroli. Un terzo destino possibile per il piruvato è quello di essere un precursore nella sintesi di amminoacidi. Nella glicolisi anaerobica, il piruvato viene ridotto a lattato nel citosol, consentendo il rinnovo del NAD+ e consentendo alla glicolisi di continuare a produrre ATP. Metabolismo aerobico: il piruvato entra nel mitocondrio In presenza di aerobiosi, il piruvato viene traslocato all'interno del mitocondrio attraverso un simporto piruvato-H+. All'interno del mitocondrio, il piruvato subisce una decarbossilazione ossidativa, catalizzata dalla piruvato deidrogenasi, un complesso multi-enzimatico composto da tre tipi di enzimi. Nella reazione di decarbossilazione ossidativa, il gruppo carbossilico viene eliminato come CO2, e i due atomi di carbonio residui costituiscono il gruppo acetilico dell'acetil-CoA. Il NADH prodotto trasporta un ione idruro alla catena respiratoria, dove gli elettroni risultanti vengono trasferiti all'ossigeno, generando 2,5 molecole di ATP per coppia di elettroni. Questa reazione coinvolge tre enzimi e cinque coenzimi: • TPP: tiamina pirofosfato • FAD: flavina adenina dinucleotide • CoA o CoA-SH • NAD: nicotinammide adenina dinucleotide • Lipoato Il CoA presenta un gruppo SH (tiolico e reattivo), essenziale per il trasporto di gruppi acilici. I gruppi acilici formano legami tioestere quando si legano covalentemente al gruppo tiolico del CoA, con elevata energia libera di idrolisi e un alto potenziale di trasferimento. In presenza di aerobiosi, il piruvato viene traslocato all'interno del mitocondrio attraverso un simporto piruvato-H+. All'interno del mitocondrio, il piruvato subisce una decarbossilazione ossidativa, catalizzata dalla piruvato deidrogenasi, un complesso multi-enzimatico composto da tre tipi di enzimi. Nella reazione di decarbossilazione ossidativa, il gruppo carbossilico viene eliminato come CO2, e i due atomi di carbonio residui costituiscono il gruppo acetilico dell'acetil-CoA. Il NADH prodotto trasporta uno ione idruro alla catena respiratoria, dove gli elettroni risultanti vengono trasferiti all'ossigeno, generando 2,5 molecole di ATP per coppia di elettroni. Questa reazione coinvolge tre enzimi e cinque coenzimi: • TPP: tiamina pirofosfato • FAD: flavina adenina dinucleotide • CoA o CoA-SH • NAD: nicotinammide adenina dinucleotide • Lipoato Il CoA presenta un gruppo SH (tiolico e reattivo), essenziale per il trasporto di gruppi acilici. I gruppi acilici formano legami tioestere quando si legano covalentemente al gruppo tiolico del CoA, con elevata energia libera di idrolisi e un alto potenziale di trasferimento. Il lipoato, con due gruppi tiolici capaci di ossidazione reversibile e formazione di un ponte disolfuro (-S-S-), funge da trasportatore di elettroni e acili attraverso reazioni di ossidoriduzione. La piruvato deidrogenasi è composta da tre enzimi: • E1: piruvato deidrogenasi • E2: diidrolipoil transacetilasi • E3: diidrolipoil deidrogenasi Il legame del lipoato all'estremità di una catena laterale di un residuo di lisina di E2 produce un braccio lungo e flessibile che può spostarsi dai siti attivi di E1 ai siti attivi di E2 e E3. Tappa 1: Nel processo di decarbossilazione ossidativa, l'atomo C-1 del piruvato è liberato sotto forma di CO2, mentre il C-2, con stato di ossidazione di un'aldeide, si lega alla tiamina pirofosfato (TPP) formando un gruppo idrossietilico. Questa fase, essendo lenta, costituisce un fattore limitante per l'intero processo. Tappa 2: il gruppo idrossietilico subisce un'ossidazione, trasformandosi in gruppo carbossilico (acetato). I due elettroni rimossi riducono il ponte disolfuro del gruppo lipoico su E2, formando due gruppi tiolici SH. Successivamente, il residuo acetilico si lega inizialmente a uno dei gruppi SH del lipoato e poi viene trasferito al coenzima A (CoA), generando acetil-CoA. Tappa 3: L'energia rilasciata dall'ossidazione facilita la formazione di un legame tiostere ad alta energia tra l'acetato e il CoA. Tappa 4 e 5: Il complesso catalizza trasferimenti elettronici necessari a rigenerare la forma ossidata (disolfuro) del gruppo lipoilico di E2, preparando il complesso per un nuovo ciclo di ossidazione. Gli elettroni, estratti dal gruppo idrossietilico, passano attraverso il flavin adenin dinucleotide (FAD) prima di giungere alla nicotinammide adenina dinucleotide (NAD+). Di particolare importanza è il braccio mobile lipoil-lisinico di E2, che accetta elettroni e gruppo acetile da E1 e li trasferisce successivamente a E3.
