COMPLESSO V o ATP-SINTASI o F 1 F O -ATPasi

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1 COMPLESSO V o ATP-SINTASI o F 1 F O -ATPasi Componente F 1 (costituita dalle subunità α 3 β 3 γδε) Componente F o (subunità a 1 b 2 c 10 ) Matrice Contiene le subunità catalitiche (α e β) collegate alla componente F o tramite il gambo (γε) che si inserisce nel cilindro formato dalle subunità c, e la subunità δ collegata al dimero b F 1 Costituisce il canale protonico che attraversa la membrana (10 subunità c, 1 subunità a e il dimero b ) Mike Williamson, COME FUNZIONANO LE PROTEINE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2013 F o Spazio intermembrana 7 31

2 I protoni si muovono secondo gradiente attraverso un canale d ingresso creato dalla subunità a e raggiungono il cilindro c 10. Quando una subunità c lega 1 H + un altro H + è rilasciato nella matrice lasciando un sito vuoto. F 1 Matrice F o Mike Williamson, COME FUNZIONANO LE PROTEINE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2013 H + Spazio intermembrana 7 32 D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA 2/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2007

3 matrice γε H + γε γε H + H + H + H H + H + H + H H + H + H + H+ H + Sp. Interm. H + H + γε γε Il passaggio di H + nel canale protonico in direzione della matrice H + H + H + H + provoca la rotazione del cilindro C10 e il gambo γε ruota con esso H + H + H + H+ H +

4 La rotazione del gambo all interno dell esamero α 3 -β 3 modifica la sua conformazione aprendo e chiudendo i siti attivi in cui è sintetizzato ATP Occorre che ~ 10 H + attraversino la porzione F O per avere una rotazione completa. Cioè occorre l ossidazione di 1 NADH. Matrice Siti attivi: all interfaccia α-β F 1 (~ 3 ATP sintetizzati ogni rotazione completa: mediamente 1 ATP ogni 3 H + traslocati ). Spazio intermembrana F o

5 3 siti catalitici, ciascuno può assumere 3 diverse conformazioni APERTA (0): rilascia l ATP appena sintetizzato e accoglie ADP + P i ALLENTATA (L): lega saldamente ADP + P i STRETTA (T): favorisce la condensazione di ADP + P i in ATP L T ENERGIA 0 L>T 0>L T>0 ENERGIA ENERGIA T>0 0>L L>T Rotazione dell asse γ di 120 : i 3 siti cambiano conformazione Il sito allentato diventa stretto e sintetizza ATP, il sito vuoto diventa allentato, il sito stretto diventa vuoto e rilascia ATP h?v=xi8m6o0gxdy David L. Nelson Michael M. Cox, INTRODUZIONE ALLA BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

6 L ATP-sintasi nel mitocondrio funziona come una «dinamo» che converte il movimento del complesso in energia: ruota ad una velocità di 130 Hz generando ca 400 molecole di ATP al secondo. Ogni molecola di ADP viene rifosforilata ca 1000 volte al giorno!! Il corpo umano sintetizza più di metà del suo peso in molecole di ATP.

7 La forza motrice protonica creata dall ossidazione di 1 NADH è tale da produrre ~ 3 ATP (2,5 per ogni ½ O 2 ridotto), quella determinata dall ossidazione di 1 FADH 2 consente la sintesi di ~ 2 ATP (1,5 per ogni ½ O 2 ridotto). Il gradiente protonico si instaura lungo tutta la membrana mit. Interna, e può essere utilizzato quasi esclusivamente dalle varie copie di ATP-sintasi. Esse lavorano contemporaneamente e cooperano nel dissipare il gradiente. Anche la traslocasi Pi/H+ contribuisce a dissipare il gradiente.

8 Esce 1 carica negativa netta (secondo gradiente) Sfrutta il gradiente protonico per traslocare il fosfato all interno: utilizza 1 H + ogni 3 H + che entrano invece con l ATP-sintasi David L. Nelson Michael M. Cox, INTRODUZIONE ALLA BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

9 Agenti che interferiscono con la fosforilazione ossidativa Inibizione del trasferimento di elettroni Cianuro Azide Monossido di carbonio Antimicina A Rotenone Amytal Piericidina A citocromo c-ossidasi Trasferimento cit. b/cit. c 1 Trasferimento centri Fe-S/Q Nelson Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

10 Agenti che interferiscono con la fosforilazione ossidativa Inibizione dell ATP-sintasi Aurovertina Oligomicina Venturicidina Componente F 1 Componente F O Disaccopiamento della fosforilazione dal trasferimento elettronico FCCP DNP Valinomicina Termogenina Carriers protonici idrofobici Ionoforo Forma canali protonici Inibizione dello scambio di membrana ATP-ADP Attratiloside Adenina-nucleoside traslocasi Nelson Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

11 AGENTI DISACCOPPIANTI IDROFOBICI Molecole liposolubili debolmente acide che si inseriscono nella membrana mitocondriale interna e fanno si che le reazioni redox attraverso i complessi continuino ad avvenire consumando l ossigeno senza però che venga sintetizzato ATP. Funzionano da carriers di H + : li legano sul lato esterno della membrana mitocondriale interna e li portano dentro la matrice: dissipano il gradiente protonico. I protoni rientrano nella matrice senza passare attraverso l ATP-sintasi D. Voet C. W. Pratt J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

12 TERMOGENINA (UCP1) proteina disaccoppiante presente nei mitocondri del grasso bruno (tessuto adiposo presente nei neonati di mammifero, e nei mammiferi che vanno in letargo). ATTIVATA dagli acidi grassi liberati dallo stimolo dell adrenalina. Costituisce una via di ingresso per i protoni nella matrice senza che debbano passare per l ATP-sintasi. L energia è dissipata sottoforma di calore. Nel tessuto adiposo e muscolare dell essere umano adulto sono presenti le UCP2 e UCP3: proteine disaccoppianti che regolano la velocità metabolica. Se la loro attività è elevata il metabolismo viene accelerato e così anche il consumo di zuccheri e grassi accumulati.

13 REGOLAZIONE DELLA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA 3 punti di regolazione importante: 1) Complesso IV (citocromo C ossidasi) 2) Complesso II (succinato deidrogenasi) 3) ATP-sintasi 1) Le reazioni della catena di trasporto degli e- sono tutte vicine all equilibrio tranne quella catalizzata dalla citocromo C ossidasi, che è irreversibile La velocità con cui lavora il complesso IV dipende, oltre che dalla disponibilità di O 2, dalla concentrazione di Citocromo C ridotto

14 Concentrazione di Citocromo C ridotto Dipende dal rapporto [NADH]/[NAD + ] Rispetto al rapporto [ATP]/[ADP] [Pi] METABOLISMO INTENSO E/O CONSUMO DI ENERGIA [NADH] elevata e superiore a [NAD + ] [ATP] bassa e inferiore a [ADP] e [Pi] L attività della catena di trasporto è accelerata, La concentrazione di Cit. C ridotto aumenta, Aumenta il consumo di ossigeno Aumenta il gradiente protonico a cavallo della membrana mit. Interna Aumenta l attività dell ATP-sintasi e la sintesi di nuovo ATP.

15 2) Complesso II (succinato deidrogenasi): opera anche nel ciclo di Krebs, quindi la velocità con cui avviene il ciclo di Krebs influisce sulla velocità della fosforilazione ossidativa 3) L ATP-sintasi è regolata da: - disponibilità di ADP e Pi - gradiente protonico - proteina inibitoria IF1 Se il ph della matrice è alto (mitocondrio che lavora attivamente) IF1 è INATTIVA Se il ph della matrice è basso, < 6.5, (mitocondrio a riposo, gradiente protonico interrotto) IF1 si ATTIVA È un tetramero si dissocia in dimeri I dimeri si legano nell interfaccia αβ della componente F1 dell ATP-sintasi, bloccando l ATP nel sito T. Se non avvenisse questa regolazione l ATP-sintasi potrebbe invertire il senso di rotazione e funzionare da idrolasi dell ATP.