Sintesi completa della respirazione cellulare, TEST DI MEDICINA, Schemi e mappe concettuali di Biologia

Scarica Sintesi completa della respirazione cellulare, TEST DI MEDICINA e più Schemi e mappe concettuali in PDF di Biologia solo su Docsity! LA RESPIRAZIONE CELLULARE Per tutte le cellule eucariotiche e per moltissimi microrganismi che necessitano di ossigeno per vivere, la glicolisi, presa singolarmente, rappresenta un modo poco efficiente di produrre energia, in particolare se questa è necessaria in quantità significative. I mitocondri, in particolare, rappresentano organuli essenziali per la fisiologia delle cellule eucariotiche, perché è al loro interno che avviene l’ulteriore sfruttamento dei prodotti della glicolisi. Difetti mitocondriali sono responsabili di alterazioni che causano patologie in organi e tessuti che necessitano di elevante quantità di ATP per funzionare a dovere, in particolare si riscontrano anomalie nel tessuto nervoso, che ha costante bisogno di elevate quantità di energia. Il destino aerobico del piruvato è andare incontro ai processi di ossidazione mitocondriale, che lo degradano ad acqua e anidride carbonica. L’insieme di questi processi di estrazione dell’energia dal piruvato avviene all’interno dei mitocondri (NB che possiedono una doppia membrana e che sono presenti solo all’interno delle cellule eucariotiche) prende il nome di respirazione cellulare, il cui scopo è produrre ATP in quantità notevolmente maggiori rispetto alla glicolisi. NB: per ogni molecola di glucosio, alla fine della glicolisi, si ottengono due molecole di piruvato, quindi bisogna considerare che, se tutti i processi descritti fanno riferimento ad una sola molecola, ve n’è un’altra che subisce gli stessi processi contemporaneamente. I COENZIMI NAD E FAD Il NAD e il FAD hanno un ruolo centrale in questa serie di reazioni perché permettono di immagazzinare energia per la sintesi di ATP, in particolare vengono ridotti e quindi immagazzinano energia, durante durante la decarbossilazione ossidativa del piruvato e il ciclo di Krebs. Trasportano atomi di idrogeno. • Il NAD, nicotinnamide adenina dinucleotide, nella sua riduzione, accetta due elettroni ed un protone • Il FAD, flavin adenin dinucleotide, nella sua riduzione accetta integralmente due atomi di idrogeno, quindi due protoni e due elettroni. 1) LA DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA DEL PIRUVATO Il piruvato attraversa per diffusione la membrana mitocondriale esterna e, dallo spazio intermembrana, viene trasportato nella matrice dalla proteina MPC (= trasportatore del piruvato mitocondriale) che permette l’attraversamento della membrana interna che infatti è molto meno permeabile di quella esterna. All’interno della matrice il complesso enzimatico piruvato deidrogenasi (PDH) catalizza due reazioni a carico del piruvato: - la decarbossilazione in cui si stacca una molecola di CO2 dal piruvato - l’ossidazione che è un processo necessario affinché venga legato il coenzima A, ovvero il piruvato privato di CO2, all’acetile. Il risultato finale delle reazioni è la produzione di Acetil-Coenzima A (a due atomi di C), una molecola di CO2 e una di NADH (perché l’ossidazione del privato va di pari passo con una riduzione del NAD). La piruvato deidrogenasi (PDH) è un complesso formato da 3 enzimi spazialmente associati, quindi possiede struttura quaternaria con tre catene spazialmente connesse. Per il suo corretto funzionamento necessita di tre coenzimi: TPP (tiammina pirofosfato), FAD (che agisce da coenzima di supporto, infatti non risulta tra i prodotti FAD ridotto) e lipoato. 2) IL CICLO DI KREBS Il ciclo di Krebs è un’insieme di 8 reazioni che consistono, complessivamente, nell’ossidazione dell’Acetil-CoA ad anidride carbonica per formare ATP, NAD e FAD ridotti. 1) La prima reazione è una condensazione tra Acetil-CoA e ossalacetato, ad opera della citrato sintasi, per ottenere una molecola di citrato (o acido citrico) 2) La seconda reazione è catalizzata dall’enzima aconitasi e prevede che il citrato sia prima disidratato e poi idratato per formare il suo isomero isocitrato 3) La terza reazione è una reazione di decarbossilazione ossidativa che ha come oggetto l’isocitrato per ottenere alfa-chetolutarato, ad opera dell’isocitrato deidrogenasi. In questa fase viene prodotta una molecola di NAD ridotto per ogni molecola di isocitrato 4) La quarta reazione è anch’essa una decarbossilazione ossidativa e l’alfa-chetolutarato viene convertito in succinil-CoA grazie al complesso enzimatico alfa-chetolutarato deidrogenasi. Anche in questo caso quindi avviene riduzione di NAD. 5) La quinta reazione è una trasformazione del succinil-CoA a succinato ad opera della succinil- CoA sintetasi. Principalmente in questa fase viene sintetizzato GTP ma la cellula è molto abile a scambiare energia tra i vari nucleotidi trifosfato quindi converte l’energia del GTP in ATP. Questa fosforilazione viene chiamata “a livello del substrato” per distinguerla da quella ossidativa 6) La sesta è la trasformazione di succinato in fumarato ad opera della succinato deidrogenasi. In questa reazione viene prodotto FAD ridotto 7) La settima reazione è l’idratazione di fumarato in L-malato 8) L’ottava ed ultima reazione è un’ossidazione ad opera della malato deidrogenasi in ossalacetato e quindi conseguente riduzione del NAD Viene così ripristinato il composto necessario per la prima reazione quindi perché il ciclo possa avvenire di nuovo. L’equazione globale di un ciclo: I prodotti di interesse energetico per ogni ciclo sono dunque: 1 ATP, 1 FADH2, 3 NADH 2) LA CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI E FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA Ora che il piruvato è stato completamente ossidato, è necessario ricavare ATP dai composti che hanno immagazzinato energia, il NADH e il FADH2, allo stato ridotto e pertanto possono essere ossidati per ricavarne energia. A questo scopo entra in gioco la catena di trasporto degli elettroni (o catena respiratoria) mitocondriale. Proprio grazie alla catena respiratoria si compirà, infine, la fosforilazione ossidativa. La catena respiratoria è un insieme di reazioni che avvengono grazie a 4 complessi proteici che si trovano nella membrana mitocondri interna, a cavallo tra spazio intermembrana e matrice: I. NADH deidrogenasi II. Succinato deidrogenasi III. Ubichinone: citocromo c ossidoreduttasi IV. Citocromo ossidasi Vi sono inoltre molecole di supporto che sono proprio il citocromo c e l’ubichinone. dal