Corso di Biochimica. Destino catabolico del piruvato. Prof. Paolo Cirri. Dipartimento Scienze Biomediche Sperimentali e Cliniche Università di Firenze

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1 Corso di Biochimica Prof. Paolo Cirri Dipartimento Scienze Biomediche Sperimentali e Cliniche Università di Firenze Orario ricevimento: martedì 14,30-16,30 Diapositive lezioni: user: stud-bioch2 ; pw = ormon135 Destino catabolico del piruvato

2 Metabolismo aerobio del glucosio NADH citosolico Trasporto nei mitocondri e Piruvato ossidazione Trasporto piruvato: Trasporto NADH: Simporto piruvato / H+ - Navetta del malato (trasporto attivo secondario) - Navetta del glicerofosfato NAVETTA DEL MALATO-ASPARTATO??

3 NAVETTA DEL GLICEROLO 3-P Complesso della Piruvato Deidrogenasi (PDH) E1 piruvato deidrogenasi E2 diidro-lipoil transacetilasi E3 diidro-lipoil deidrogenasi Sono necessari 5 coenzimi.

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5 Complesso della Piruvato Deidrogenasi di E.Coli E1 : arancio (24 subunità) E2 : verde (24 subunità) E3 : magenta (12 subunità) Ha un diametro di 45 nm (5 volte più grande di un ribosoma). Mw = 4,5 X 106 Da I complessi multienzimatici sono cataliticamente efficienti La vicinanza fra i siti attivi del complesso riduce il tempo di passaggio degli intermedi da un sito attivo al successivo: AUMENTO di velocità di catalisi Minimizzazione delle reazioni collaterali (substrate channeling) Le reazioni di un COMPLESSO MULTIENZIMATICO sono regolate coordinatamente.

6 E1 piruvato deidrogenasi E2 diidro-lipoil transacetilasi

7 E2 diidro-lipoil transacetilasi E3 diidro-lipoil deidrogenasi

8 Regolazione PDH PDH Reazione irreversibile. non esistono enzimi negli animali che compiono la reazione opposta Le riserve energetiche principali negli animali sono i trigliceridi dai cui cataboliti (Acetil-CoA) non è possibile sintetizzare glucosio. Consequenze fisiologiche: In condizione di digiuno la degradazione delle proteine fornisce i metaboliti utili per la sintesi di glucosio

9 Ciclo di Krebs: ossidazione terminale dell'acetil-coa L'Acetil-CoA NON deriva solo dal catabolismo del glucosio...

10 Ciclo dell'acido citrico (o di Krebs) 1) citrato sintasi

11 Meccanismo catalitico della Citrato sintasi 2) citrato isomerasi

12 3) isocitrato deidrogenasi

13 4) α-chetoglutarato deidrogenasi Meccanismo di reazione identico a quello della piruvato deidrogenasi Reazione irreversibile 5) Succinil-CoA sintetasi

14 Meccanismo di catalisi della Succinil-CoA sintetasi Succinil-CoA sintetasi Reazione reversibile terzo esempio di fosforilazione a livello di substrato (oltre a Fosfoglicerato-chinasi e Piruvato chinasi ) utilizzo del GTP 1) Nucleotide-difosfato-chinasi 2) reazioni GTP-dipendenti (sintesi proteica; G-proteine)

15 6) Succinato deidrogenasi Enzima associato alla membrana complesso 2 della catena respiratoria 7) Fumarasi

16 8) L-malato-deidrogenasi Reazione netta del ciclo di Krebs

17 Regolazione ciclo di Krebs 1) Disponibilità di substrato: la velocità del ciclo dipende dalla [acetil-coa], [ossalacetato] 2) Disponibilità di intermedi: alcuni intermedi possono essere distolti oppure inseriti nel ciclo di Krebs (ciclo anfibolico) 3) Potenziale energetico: il flusso dipende dai rapporti: NADH/NAD+ ATP / ADP + AMP Acetil-CoA/CoA; Succinil-CoA/CoA che modulano l'attività degli enzimi regolatori! Regolazione del ciclo di Krebs (2) Citrate Synthase Isocitrate Dehydrogenase alfa-ketoglutarate Dehydrogenase

18 Regolazione del ciclo di Krebs (3) All of the TCA cycle enzymes are acetylated in organisms from bacteria to plants to mammals acetylation inhibits or activates TCA enzyme activity. Acetyl-CoA-dependent lysine acetyltransferases (KATs) acetylation of metabolic enzymes SIRT3 is a mitochondrial NAD+-dependent deacetylase of the sirtuin family that can deacetylate and activate all these TCA enzymes. The NAD+ dependent protein deacetylase reaction of sirtuins

19 Resa energetica del ciclo di Krebs accoppiato alla Fosforilazione Ossidativa Il ciclo di Krebs è anfibolico produce anche intermedi per molte vie biosintetiche

20 Reazioni cataplerotiche Reactions that utilize and therefore drain citric acid cycle intermediates are called cataplerotic reactions : Glucose biosynthesis Lipid biosynthesis, Amino acid biosynthesis Porphyrin biosynthesis Reazioni anaplerotiche Oxidation of odd-chain fatty acids succinyl-coa. Breakdown of the amino acids isoleucine, methionine, and valine succinyl-coa. Transamination and deamination of amino acids lead to the REVERSIBLE production of alfa-ketoglutarate and oxaloacetate.

21 Le piante possono usare Aceti-CoA per sintetizzare glucosio Ciclo del gliossilato OSSALACETATO