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1 Attenzione: Lunedì 15 la lezione sarà dalle 14 alle 16 (al posto di L. Migliore)

2 La glicolisi non è l unica via catabolica in grado di produrre energia. Se il suo prodotto viene ulteriormente ossidato si ottiene molta più energia. Il ciclo dell acido citrico è una via metabolica centrale che consente di utilizzare diversi combustibili metabolici oltre al piruvato derivante dalla glicolisi L Acetil-CoA è prodotto da diverse vie metaboliche

3 PROTEINE POLISACCARIDI LIPIDI ATP ATP ATP Aminoacidi Esosi; Pentosi Ac. Grassi; Glicerolo ATP ATP ATP I FASE IDROLITICA a -chetoacidi Piruvato ATP II FASE OSSIDATIVA AcetilCoA Metabolismo dei glucidi III O 2 ATP NH 3 H 2 O CO 2

4 PROTEINE POLISACCARIDI LIPIDI ATP ATP ATP Aminoacidi Esosi; Pentosi Ac. Grassi; Glicerolo ATP ATP ATP I FASE IDROLITICA a-chetoacidi Piruvato ATP II FASE OSSIDATIVA AcetilCoA Metabolismo dei grassi III O 2 ATP NH 3 H 2 O CO 2

5 PROTEINE POLISACCARIDI LIPIDI ATP ATP ATP Aminoacidi Esosi; Pentosi Ac. Grassi; Glicerolo ATP ATP ATP I FASE IDROLITICA a-chetoacidi Piruvato ATP II FASE OSSIDATIVA AcetilCoA Metabolismo dell azoto III O 2 ATP NH 3 H 2 O CO 2

6 Il ciclo di Krebs non è semplicemente la continuazione della via glicolitica, ma una VIA CENTRALE del metabolismo Il ciclo dell acido citrico = ciclo di Krebs = ciclo degli acidi tricarbossilici negli eucarioti avviene interamente nei mitocondri tutti i substrati devono essere prodotti nei mitocondri oppure devono venire trasportati all interno di essi. I prodotti e gli intermedi devono essere utilizzati all interno dei mitocondri o trasportati nel citosol successivamente.

7 Piruvato + CoA + NAD + acetil-coa + CO 2 + NADH La reazione è catalizzata dal complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi. (a) 24 unità di diidrolipoil transacetilasi (E 2 ) circondate da (b) 24 unità di piruvato deidrogenasi (E 1 ) associate a dimeri e 12 unità di diidrolipoil deidrogenasi (E 3 ) (c) = (a) + (b) (in E.coli)

8 Il complesso della piruvato deidrogenasi necessita di coenzimi e gruppi prostetici tiamina difosfato

9 Il complesso della piruvato deidrogenasi necessita di coenzimi e gruppi prostetici Acido lipoico Lys Lipoamide Diidrolipoamide Acetil-coenzima A

10 Il complesso della piruvato deidrogenasi catalizza 5 reazioni

11 Avvelenamento da Arsenico - O OH As OH Arsenite HS + HS R diidrolipoamide - O S As + 2 H 2 O S R Inattivazione della piruvato deidrogenasi

12 Importanza dei complessi multienzimatici 1. La distanza percorsa dai substrati di reazioni poste in sequenza è molto minore 2. La possibilità di reazioni collaterali è diminuita 3. E possibile un controllo coordinato delle reazioni

13 Il ciclo dell acido citrico (ciclo di Krebs, ciclo degli acidi tricarbossilici) è una serie di otto reazioni che ossidano il gruppo acetile dell Acetil CoA a 2 molecole di CO 2, conservando l energia libera in 3 NADH e 1 FADH 2 e 1 GTP

14 1. Citrato sintasi Catalisi acido-base / His-mediata Condensazione di acetil-coa e ossalacetato ( +C-C)

15 2. Aconitasi Isomerizzazione reversibile del citrato + H 2 O + H 2 O cis-aconitato

16 3. Isocitrato deidrogenasi NAD + -dipendente Decarbossilazione ossidativa dell isocitrato isocitrato ossalosuccinato a-chetoglutarato

17 4. a-chetoglutarato deidrogenasi Decarbossilazione dell a-chetoglutarato CoA-SH CO 2 NAD + NADH + H +

18 5. Succinil-CoA sintetasi Accoppiamento di scissione del succinil-coa alla formazione di GTP (o ATP nei batteri)

19 6. Succinato deidrogenasi (legato alla membrana mitoc.) Deidrogenazione stereospecifica del succinato + E-FAD + E-FADH 2 Succinato Fumarato Sarà riossidato nella catena di trasporto degli elettroni

20 7. Fumarasi (fumarato idratasi) Idratazione del doppio legame del fumarato Stato di transizione carbanionico HO H Fumarato Malato

21 8. Malato deidrogenasi HO H O + NAD + + NADH + H + Malato Ossalacetato Il DG di questa reazione è kj mol -1 e la concentrazione di ossalacetato è molto bassa. Tuttavia il DG della reazione della Citrato sintasi è 31.5 kj mol -1. La reazione 1. fortemente esoergonica spinge il processo ciclico anche se il substrato è scarso.

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24 La reazione netta del ciclo TCA è pertanto : 3 NAD + + FAD + GDP + P i + acetil-coa 3 NADH + FADH 2 + GTP + CoA + 2 CO 2 L ossidazione del gruppo acetile a 2 CO 2 coinvolge 4 coppie di elettroni: 3 x NAD + NADH 1 x FAD FADH 2 Gli elettroni trasportati da NAD e FAD vengono inseriti nella catena di trasporto degli elettroni

25 L ipotesi del metabolone 1. Gli enzimi si devono associare in modo specifico (alcuni enzimi isolati appartenente alla stessa via metabolica tendono ad associarsi) 2. Il metabolone deve essere visualizzabile (gli enzimi del ciclo TCA sono associati al lato interno dell IMM) 3. Il metabolone deve fornire un vantaggio metabolico (regolazione e velocità simulazioni al computer)

26 Regolazione del ciclo dell acido citrico 1. Inibizione da prodotto da parte dell NADH e dell acetil-coa che competono con NAD + e CoA per i siti di legame dei rispettivi enzimi (E 3 ed E 2 del complesso della piruvato deidrogenasi). Questo rallenta anche E 1.

27 Regolazione del ciclo dell acido citrico 2. Modificazione covalente di E 1 del complesso piruvato deidrogenasi mediante fosforilazione/defosforilazione insulina

28 Regolazione del ciclo dell acido citrico Disponibilità di substrato 2. Inibizione da prodotto 3. Inibizione retroattiva competitiva inibizione attivatori

29 Regolazione del ciclo dell acido citrico Il Calcio (Ca 2+ ) è un regolatore allosterico (attivatore) della : Piruvato deidrogenasi Isocitrato deidrogenasi α-ketoglutarato deidrogenasi (nel muscolo) Il Ca 2+ stimola sia la contrazione muscolare sia la produzione dell energia ad essa necessaria

30 Il ciclo TCA è anfibolico, cioè sia anabolico che catabolico. vie anaboliche reazioni anaplerotiche (= che riempiono)

31 Ala Ser Cys Gly Thr Trp Piruvato Ile Leu Thr Trp CO 2 Glucoso Acetil-CoA Acetoacetato Asn Asp Ossalacetato Citrato Leu Lys Phe Tyr Asp Phe Tyr Ile Met Val Fumarato KREBS Isocitrato CO 2 Succinil-CoA a-chetoglutarato CO 2 Arg Gln Glu Pro His

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33 Le transaminasi più note sono: * la glutammato-ossalacetato transaminasi, GOT, detta anche aspartato aminotransferasi, AST (nei mitocondri) * la glutammato-piruvato transaminasi, GPT, detta anche alanina aminotransferasi, ALT (nel citoplasma) Sono utilizzate in Biochimica Clinica come marcatori di danno epatico (principalmente)

34 Le piante, alcuni invertebrati e i microrganismi possiedono enzimi che consentono la conversione netta di acetil-coa in ossalacetato che può essere utilizzato nella gluconeogenesi. Questa via avviene nei gliossisomi, che sono perossisomi specializzati, particolarmente nei tessuti grassi dei semi che germogliano. Nei perossisomi avviene la b-ossidazione degli acidi grassi e inoltre, mediante la via del gliossilato, si producono intermedi per la gluconeogenesi che vengono utilizzati fino a che non è attivata la produzione di carboidrati mediante fotosintesi

35 Nelle piante la via del gliossilato avviene in parte nel mitocondrio e in parte nel gliossisoma enzimi mitocondriali Ossalacetato Acetil-CoA citrato sintasi Citrato PEP gluconeogenesi PEP enzimi gliossisomiali Malato Acetil-CoA NADH malato deidrogenasi NAD + malato sintasi Gliossilato aconitasi isocitrato liasi Isocitrato Succinato

36 La reazione complessiva del ciclo del gliossilato è 2 Acetil-CoA + 2 NAD + + FAD Ossalacetato + 2 CoA + 2 NADH + FADH H +

37 Intermedi del ciclo TCA e della glicolisi, AMP, ADP isocitrato liasi Intermedi del ciclo TCA e della glicolisi, AMP, ADP Proteina chinasi isocitrato deidrogenasi Proteina fosfatasi attivatori inibitori

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