La sintesi dell'ATP e ciclo dell'acido citrico (ciclo di krebs), Appunti di Biologia Cellulare

Scarica La sintesi dell'ATP e ciclo dell'acido citrico (ciclo di krebs) e più Appunti in PDF di Biologia Cellulare solo su Docsity! La sintesi dell’ ATP I quattro stadi della respirazione aerobica Le reazioni chimiche che fanno parte della respirazione aerobica del glucosio possono essere raggruppate in 4 gruppi: 1. Glicolisi: una molecola di glucosio è trasformata in due molecole di piruvato 2. Formazione dell’ Acetil Coenzima-A: 3. Ciclo dell’acido citrico 4. Catena di trasporto degli elettroni e chemiosmosi Le reazioni che sono coinvolte nella respirazione cellulare possono essere essenzialmente di tre tipi: ▪ Reazioni di deidrogenazioni: due atomi di idrogeno vengono rimossi da una molecole di substrato per essere trasferite al NAD+ o al FAD. ▪ Reazioni di decarbossilazioni: parte del gruppo carbossilico (-COOH) è rimosso dal substrato per formare anidride carbonica (NH3) ▪ Reazioni di preparazione: Le molecole sono riagganciate Glicolisi La glicolisi non richiede ossigeno e può avvenire sia in condizioni aerobiche che anaerobiche. Durante questo processo parte dell’energia del glucosio viene catturata per produrre due molecole di ATP e due molecole di NADH. Le reazioni della glicolisi avvengono nel citosol, dove si possono trovare libere le molecole di reagenti. Essa può essere a sua volta divisa in due fasi: 1. La fase che comprende reazioni endoergoniche che necessitano di ATP 2. La fase che comprende reazioni esoergoniche che permettono invece la produzione di ATP e NADH Come già anticipato la prima fase della glicolisi richiede ATP ed è per questo chiamata “fase di investimento energetico”. Il glucosio è una molecola relativamente stabile e quindi non semplice da rompere. In due reazioni di fosforilazione, due gruppi fosfato sono trasferiti dall’ATP allo zucchero. Questo zucchero che si forma si presenta meno stabile del glucosio e si può perciò rompere; viene infatti scisso, per via enzimatica, in due molecole a tre atomi di carbonio. Glucosio ( 6 atomi di carbonio) + 2 ATP → 2 G3P (3 atomi di carbonio) + 2 ADP La seconda fase della glicolisi è chiamata “fase di cattura dell’energia”, dove ciascuna molecola di gliceraldeide-3-fosfato viene ossidata per rimozione di due elettroni i quali sono immediatamente catturati da una molecola di NAD+. Poiché’ le molecole di gliceraldeide sono due si formano due molecole di NADH. Il risultato netto finale della glicolisi sono due molecole di ATP per ogni molecola di glucosio. 2 G3P (3 atomi di carbonio) + 2 NAD+ + 4 ADP → 2 piruvato + 2 NADH + 4 ATP Formazione dell’Acetil coenzima-A Nelle cellule eucariotiche le molecole di piruvato formatesi durante la glicolisi entrano nei mitocondri, dove vengono convertite in Acetil coenzima-A. Nelle cellule procariotiche gli stessi processi avvengono nel citosol. Il piruvato è sottoposto a reazioni di decarbossilazione ossidativa: un gruppo carbossilico viene rimosso sottoforma di anidride carbonica che diffonde al di fuori della cellula, lasciando come residui una molecola a due atomi di carbonio, questo viene poi ossidato e gli elettroni vengono catturati dal NAD+. Infine, il gruppo acetile reagisce con il coenzima A, dando come prodotto finale l’Acetil coenzima-A. l’enzima che catalizza queste reazioni è la piruvato deidrogenasi. 2 piruvato + 2 NAD+ + 2CoA→ 2 Acetil CoA + 2 NADH + 2 CO2 Ciclo dell’acido citrico (Ciclo di Krebs) La prima reazione del ciclo di Krebs avviene quando l’acetil CoA trasferisce il suo gruppo acetile (composto a due atomi di carbonio) all’ossalacetato (composto a quattro atomi di Carbonio) formando il citrato (composto a sei atomi di carbonio). Ossalacetato + Acetil CoA → citrato + CoA Il citrato subisce una serie di trasformazioni chimiche, perdendo tutti e due gruppi carbossilici sotto forma di CO2 .Per ogni gruppo acetilico si forma una molecola di ATP per fosforilazione a livello del substrato. La maggior parte dell’energia è trasferita al NAD+ con formazione di NADH. Per ogni gruppo acetilico che entra nel ciclo dell’acido citrico sono prodotte tre molecole di NADH. Gli elettroni sono trasferiti anche al FAD con formazione di FADH2. Nel corso del ciclo di Krebs, sono prodotte due molecole di CO2 (derivanti dai due atomi di carbonio del gruppo acetile entrati nel ciclo) ed estratti otto atomi di idrogeno, con formazione di tre molecole di NADH e una di FADH2. Per ogni molecola di glucosio sono necessari due giri del ciclo per il fatto che da ciascuna di esse sono prodotte due molecole di Acetil CoA. Al termine di questi due cicli il glucosio ha perso tutti gli atomi di idrogeno e può quindi essere considerato “catabolizzato”. Resoconto finale del ciclo di Krebs: • 4 molecole di CO2 • 6 molecole di NADH • 2 molecole di FADH2 • 2 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio La catena di trasporto degli elettroni Prendiamo adesso, in considerazione tutti gli elettroni rimossi fino ad ora; come sappiamo sono stati traferiti ai due accettori primari NAD+ e FAD con produzione di NADH e FADH2. Questi due composti ridotti entrano quindi, nella catena di trasporto degli elettroni dove questi ultimi vengono trasferiti da un accettore a un altro. Tale trasferimento avviene attraverso una serie di reazioni redox esoergoniche in modo tale che parte dell’energia è utilizzata nel processo endoergonico di formazione dell’ATP. L’intero processo è definito fosforilazione ossidativa, per via della condizione che il processo di sintesi dell’ATP è accoppiato alle reazioni redox della catena di trasporto degli elettroni. I componenti della catena di trasporto degli elettroni sono: • flavoproteina Flavin mononucleotide • lipide ubichinone • citocromi i quattro complessi proteici degli accettori che costituiscono la catena di trasporto degli elettroni sono: • complesso I: accetta solo gli elettroni portati dalle molecole di NADH • complesso II: accetta solo gli elettroni portati dalle molecole di FADH2, prodotto durante il ciclo di Krebs