LEZIONE DEL 18/05/2017 ATP SINTASI DISCACCOPPIANTI ED INIBITORI IL CONTROLLO

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1 LEZIONE DEL 18/05/2017 ATP SINTASI DISCACCOPPIANTI ED INIBITORI IL CONTROLLO Il complesso V, l'atp sintasi, non fa parte della tipologia degli altri. Spesso il primo, il terzo e il quarto complesso risultato accoppiati come agglomerati per comunicare. Interviene l'ubichinone se vengono coinvolti i primi du complessi e il citocromo c se vengono coinvolti i complessi III e IV: ubichinone e citocromo c servono ad incanalare il substrato. RESPIROSOMA - l'agglomerato di complessi, una specie di supercomplesso proteico, perché costituito da alcune tra le proteine più grandi del nostro corpo. Il quinto complesso non c'entra col trasporto di elettroni, che è finito con l'espulsione di acqua da parte del quarto complesso. Esso funziona com eun motore attraverso un albero di trasmissione, costituito da uno statore ed un rotore. Rotazione: i protoni vengono sputati verso un altro canale. In P si forma il gradiente elettrochimico: i protoni si respingono e, per osmosi ed effetto 1

2 coulombiano attraversano questo canale. Le α eliche subiscono un cambiamento confromazionale. La parte della "zucca" ha tre unità funzionali αβ (ognuna a 120 rispetto all'altra) che si aprono e si chiudono. Entrano in queste subunità ADP e Pi che si agganciano ad esse. La proteina γ è molto lunga ed asimmetrica, sembra una J rovesciata. Il rotore induce rotaione anche del palo γ, incastrato anche nella zucca; γ a sua volta spinge le unità da una parte, ne richiude una e va verso un'altra. γ scava nella zucca, che si apre e chiude formando ATP. Le variazioni confromazionali nella zucca fanno sì che si abbassi la barriera energetica: infatti qui le rezioni avvengono ad un ΔG circa pari a zero. Ogni unità funzionale svolge in contemporanea alle altre uno specifico lavoro relativo: mentre una espelle ATP, in un'altra stanno per entrare ADP e P e nella terza si sta per formare ATP. Affinché si faccia un giro, di quanti protoni ho bisogno? Si tiene conto anche della stechiometria di NAD e FAD. Per dimpostrare che tutto funziona come descritto in precedenza si è rotta la membrana di un mitocondrio e si è estratto solo il complesso V, che in seguito è stato funzionalizzato con code di istidina (in genere, la purificazione di poteine si conclude con la formazione di code di istidina, che si attaccano a colonne). Le code di istidina fanno sì che il complesso V si attacchi ad un vetro. Stiamo quindi al di fuori del mitocondrio: non c'è più membrana. Non siamo in grado di produrre gradiente protonico. Vediamo se funziona il processo inverso alla forsforilazione ossidativa: mettiamo ATP e acqua sul vetrino. Se l'atp si dissocia, la zucca inizia a girare, si fa ruotare γ, di conseguenza innesco lo statore iniziale. Per vedere se questo accade, atacco un filamento di ACTINA sopra lo statore C, colorata da materi fluorescente. Col microscopio a fluorescenza osservo che la cosa gira, quindi l'inverso della fosforilazione ossidativa funziona. Se l'atp finisce, finisce la rotazione. Nei batteri accade una cosa simile: l'actina si lega ai flagelli (lo zucchero porta alla formazione di ATP, che fa girare i flagelli). 2

3 LA MOVOLA il moto è quantizzato: avviene a scatti: osservo macchie differenti. Per un po' di tempo l'actina sta sempre allo stesso modo: quando avviene uno scatto, ho l'idrolisi di un'atp e un giro di 120 della zucca. 3 ATP mi fanno fare un giro completo. Il complesso V è dunque un motore molecolare perfettamente reversibile. Il gradiente protonico serve a regolare la sintasi e far sì che si trasporti fosfato allinterno del mitocondrio e associarlo ad ADP. Ho bisogno di un simporto per mezzo di acido ortofosforico (H3PO4) che diventa diidrogeno fosfato rilascia H+ attraverso un complesso, insieme al rilascio di un altro H+ tramite un altro complesso da N a P e una funzione antiporto indotta che porta ADP + Pi a diventare ATP. SINTASI F O/1 F O fa parte del rotore; ci si lega l'oligoneucina, che blocca le eliche. Ora abbiamo un inibitore che blocca la catena provocando un potenziale elettrochimico insormontabile. [ il cianuro, come inibitore, bloccava a vale gli altri complessi nello stato ridotto, che così non riuscivano a pompare più protoni. DISACCOPPIAMENTI Sostanze che bloccano il flusso di elettroni e dissipano il gradiente elettrochimico: trasportano protoni da una parte all'altra della membrana. Tipo la VALINOMICINA, che è ionofora, fa sì che i protoni vengano espulsi dall'altra parte. La produzione di cattivi odori da parte delle piante, delle aracacee: si azzera il gradiente non formando ATP, fanno calore come la termogenina. REGOLAZIONE DELLA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA Non bisogna produrre ATP più del necessario; la catena respiratoria è anche un produttore di acqua. 1. Quantità di ADP (controllo da accettore) => necessità di produrne; 2. Legge di azione di massa (riguarda più la proteina 3

4 che sintetizza ATP); viene achiesto al mitocondrio di generare più o meno energia; 3. Equilibrio. IPOSSIA Mancanza di ossigeno che comporta il blocco del trasporto di elettroni; è dovuta ad un attacco cardiaco; si perde il gradiente protonico. L'ATP sintasi potrebbe comportarsi da motore, mettendosi a funzionare al contrario (ciò sarebbe ancora più grave). C'è un sistema protettivo sviluppato dall'organismo: un'ossigenasi inibisce la F1, blocca gli ingranaggi agendo come una molla: blocca due ATP sintasi alla volta. E' una proteina inibitrice che si piazza nelle subunità permettendo che il danno non si espanda e protragga. Può intervenire, nel contesto dell'ipossia: - la formazione di radicali liberi: semichinone + O2 ----> ubichinone + O2- + H+ ----> 'OH + H2O La cura prevede l'intervento del glutatione che con la glutatione perossidasi elimina un perossido; poi per l'azione di un secondo enzima il glutatione si riossida e riprende eventualmente la via dei pentosi fosfato.v PREPARAZIONE AL CICLO DELL'UREA Digestione delle proteina. Lo stomaco è molto acido: mangiando ne stimolo le pareti, che possiedono proteine che regolano l'equilibrio tra Cl- e H+. Le condizioni acide sono indotte dall'aumento della concentrazione di ioni H+, che provocano il bruciarsi delle pareti intestinali, che se avviene in maniera eccessiva può provocare ulcere: servono sistemi tampone per prevenire questo. Il ph nello stomaco, durante la digestione, cala comunque da 5.5 a 2 circa. Arriva il cibo nello stomaco, sotto forma anche di proteine, che percependo il ph acido cambiano stato di ionizzazione presso le catene laterali ( può avvenire la rottura di ponti salini tra glutammati ad esempio). Il ph 4

5 (dato che le altre grandezze termodinamiche rimangono pressoché costanti (P, T, V)) apre la proteina (non rompe però i ponti disolfuro). Con l'abbassamento di ph dunque si liberano dentro lo stomaco degli ZIMOGENI, delle proteine che prima, ripiegate su di sé, non funzionavano, ma a causa di un taglio proteolitico indotto anche da pepsina (similmente si verifica l'attivazione dell'ormone insulina) diventano attivi. Si denaturano le proteine che espongono i punti dei siti. Gli zimogeni riconoscono la tripsina, il triptofano e la fenilalanina e tagliano nelle zone dei loro C terminali e degli N terminali. Lo zimogeno poi si taglia da sé e digerisce anche sé stesso: va tolto infatti di mezzo, altrimenti continuerebbe a tagliare le pareti dello stomaco. Il cibo così processato passa nell'intestino a ph 7: le proteine tagliate non sono sottoposte a refolding. Nuove proteine nell'intestino tagliano in altri punti, una in N terminali, un'altra in C terminali. Ottengo un pool di amminoacidi mescolati nell'intestino che entrano nelle cellule intestinali. Le cellule ad orletto le riespulgono nel sangue e convertite in amminoacidi che servono: questo avviene di un sistema di trasportatori, che sono vari, ma non quanto lo sono gli amminoacidi (basta un solo tipo di trasportatori per amminoacidi simili). Brucio proteine perché: - non si possono accumulare; - così generano energia; - non mi servono ad altro. Una proteina è tanto efficiente, quanto più assomiglia alle nostre essenziali (ad esempio l'emoglobina del pollo differisce abbastanza dalla nostra; per questo motivo ricaviamo più energia da proteine dei mammiferi, più simili alle nostre). Mi tengo l'azoto (posso legarlo ad altro per formare un altro amminoacido) e butto il resto dell'amminoacido: posso buttare acetili anche nel ciclo di Krebs. TRANSAMMINAZIONE per mezzo di TRANSAMINASI / AMMINOTRANSFERASI gruppo amminico + amminoacido1 <===> amminoacido2 + 5

6 α-chetoacido Esempio: piruvato + amminoacido <===> ossalacetato + alanina Le transaminasi entrano in funzione nella fase digestiva (prima e dopo sono silenti); non devono trovarsi nel sangue! Come si acchiappa NH3? Col PIRIDOSSAL FOSFATO (un derivato della vitamina B6 - idrosolubile e facilmente reperibile perché un po' ubiquitaria). Esso ha una componente aldeidica che porta alla formazione di gruppi CO e H2. L'amminoacido generico espone l'n terminale verso il carbonio aldeidico del peridossal fosfato e si forma una base di Shiff. E' coinvolto un altro enzima che entra nella GLICOGENO FOSFORILASI. Quasi tutti gli amminoacidi subiscono transaminazione liberando +NH3 verso un accettore, un α-chetoglutarato ad esempio, che così si trasforma in glutammato, che trasporta +NH3 dal fegato al rene. Anche la glutammina fa la stessa cosa, però in maniera più efficiente perché contiene un altro gruppo amminico nel suo gruppo laterale. Alanina, glutammina e glutammato liberano quindi ione ammonio nei reni; +NH4 si inanella per fare le nostre proteine (si trasformano certi amminoacidi in altri amminoacidi - in parte a questo contribuisce come visto la transaminasi). L'ammoniaca è neurotossica, è una base potente, se reagisce con l'acqua mi dà ione ammonio e ione ossidrile: il secondo prodotto, in grosse quantità, porta al coma. Nel corpo questo viene regolato con deamminazione che lascia per qualche istante gli ioni ammonio liberi per poi dare in seguito a qualche altra reazione l'urea. Fegato e rene eliminano due molecole d'urea alla volta. Gli NH3+ non fanno danni. 6

7 [Mei non ha completato il ciclo dell'urea, però io lo inserisco negli appunti: Il ciclo dell'urea è un processo metabolico che avviene in alcune tappe, divise tra il mitocondrio e il citoplasma. Il compito di questa via metabolica è quello di "esportare" l'ammoniaca prodotta durante la degradazione degli aminoacidi, in modo che non possa aumentare in concentrazione ed avere effetti nocivi per l'organismo. A livello dei pesci, tuttavia, l'ammoniaca viene escreta senza particolari processi metabolici e, per completare il quadro di biochimica comparata, negli uccelli è concentrata in acido urico. Fu un ciclo scoperto dal biochimico Hans Adolf Krebs, lo stesso che scoprì il ciclo di Krebs. Tappe del ciclo dell'urea L'azoto non è direttamente impiegato in alcun metabolismo e, per questa ragione, è allontanato mediante i trasportatori glutammato, glutammina e alanina. La cellule che si occupano dello smistamento dell'azoto sono gli epatocitai] a livello del [[mitocondrio. Qui l'ammoniaca, nel compartimento mitocondriale, è "rilasciata" dai trasportatori appena menzionati e per effetto dell'enzima carbamil fosfato sintasi I è tradotta in carbamil fosfato. Il carbamil fosfato appena introdotto entra nel ciclo dell'urea che è un sistema di reazioni che avvengono in parte nel mitocondrio ed in parte nel citosol. Vista la natura ciclica di questo percorso metabolico non esiste una vera e propria molecola di partenza o finale. L'ornitina è un aminoacido non proteinogenico, e reagisce con il carbamil fosfato per formare un altro aminoacido non proteinogenico: la citrullina. Questo intermedio reagisce con l'aspartato, formato in precedenza nel mitocondrio, e forma arginosuccinato in una reazione che comporta la spesa di una molecola di ATP. L'arginosuccinato è idrolizzato in fumarato ed arginina e, quest'ultima, per mezzo dell'enzima arginasi, perde una molecola di urea e riforma l'ornitina che rientra nel mitocondrio e continua il ciclo.] 7

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