Respirazione cellulare: processi molecolari medianti i quali le cellule consumano O 2 e producono CO 2

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1 AVVERTENZA Il presente materiale didattico è messo a disposizione degli studenti per facilitare la comprensione degli argomenti trattati nel corso delle lezioni e lo studio individuale Non sostituisce il libro di testo che rappresenta lo strumento fondamentale per lo studio della Biochimica generale e molecolare Le immagini utilizzate sono tratte dal libro di testo consigliato e da quelli da consultare indicati nelle diapositive 6-10 del file INTRODUZIONE

2 Condizioni aerobiche RESPIRAZIONE CELLULARE Respirazione cellulare: processi molecolari medianti i quali le cellule consumano O 2 e producono CO 2

3 Fasi della respirazione cellulare

4 Decarbossilazione ossidativa di un α-chetoacido

5 Acido lipoico Acido diidrolipoico

6 Lipoamide Diidrolipoamide Acetillipoamide

7 α

8 Enzima Abbreviazione Gruppo prostetico Piruvato deidrogenasi E 1 Tiamina pirofosfato (TPP) Diidrolipoil transacetilasi E 2 Acido lipoico Diidrolipoil deidrogenasi E 3 FAD Coenzimi che si comportano da substrati: NAD +, Coenzima A

9 Alcune reazioni in cui la tiamina pirofosfato è un cofattore essenziale Enzima Via metabolica Piruvato decarbossilasi Fermentazione alcolica Piruvato deidrogenasi α-chetoglutarato deidrogenasi Sintesi di acetil-coa Ciclo dell acido citrico Transchetolasi Via dei pentoso fosfati

10 anello tiazolico Tiamina (Vit B 1 ) Tiamina pirofosfato (TPP)

11 Piruvato carbanione della TPP Acetaldeide Idrossietile aldeide attiva Idrossietil TPP

12 E2 Il braccio oscillante della lipoamide si muove tra i siti attivi di E1 ed E3: - accetta 2 atomi di H ed un gruppo acetilico da E1 - trasferisce il gruppo acetilico al CoA e 2 atomi di H ad E3

13 Braccio oscillante dell acido lipoico

14 ossidazioni cataboliche: NAD + è accettore di elettroni AH 2 A + 2H + + 2e - 2H + + 2e - H - + H + NAD + + AH 2 NADH + H + + A riossidato nella catena respiratoria producendo ATP

15 Fasi della respirazione cellulare L AcetilCoA si forma oltre che dal piruvato 1) dagli acidi grassi 2) da alcuni amminoacidi e viene ossidato nel ciclo di Krebs a CO 2

16 CICLO DI KREBS detto anche ciclo degli acidi tricarbossilici o dell acido citrico

17 1 citrato sintasi Acetil-CoA Ossalacetato Citrato

18 1

19 2 aconitasi aconitasi Citrato cis-aconitato Isocitrato

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21 3 Mn 2+ β isocitrato deidrogenasi Isocitrato α-chetoglutarato

22 cisaconitato 14 isocitrato α-chetoglutarato Si ottiene solo questo prodotto 14 NO NO NO

23 Il citrato è una molecola prochirale che interagisce asimmetricamente con il sito attivo asimmetrico dell aconitasi 14 14

24 Decarbossilazione ossidativa di un β-oh-acido β β 6-fosfo gluconato 6-fosfo gluconato deidrogenasi Ribulosio 5-fosfato

25 4 Decarbossilazione ossidativa di un α-chetoacido complesso dell α-chetoglutarato deidrogenasi α-chetoglutarato Succinil-CoA

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27 5 Fosforilazione a livello del substrato ADP o ATP o succinil-coa sintetasi Succinil-CoA Succinato GTP + ADP Nucleoside difosfato chinasi GDP + ATP ΔG = 0

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29 6 Succinato succinato deidrogenasi (complesso II) Fumarato

30 Malonato Succinato

31 succinato deidrogenasi (complesso II)

32 succinato deidrogenasi (complesso II)

33 7 fumarasi Fumarato L-Malato

34 8 L-Malato malato deidrogenasi Ossalacetato

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36 Gli atomi di C che si ossidano a CO 2 non sono quelli dell acetilcoa poiché si trovano ancora nel succinilcoa Sono necessari altri giri del ciclo perché gli atomi di C entrati con l AcetilCoA escano come CO 2

37 Bilancio energetico Glicolisi Glucosio 2 Piruvato 2 ATP 2 NADH 5 ATP Piruvato DH 2Piruvato 2 AcetilCoA 2 NADH 5 ATP Ciclo di Krebs 2AcetilCoA 4 CO 2 6 NADH 15 ATP 2 FADH 2 3 ATP 2 ATP 32 x 30.5 kj/mole = 976 kj/mole 32 ATP x 100 = 34 %

38 IL CICLO DI KREBS E UNA VIA METABOLICA ANFIBOLICA E una via sia catabolica che anabolica Alcune vie anaboliche utilizzano intermedi del ciclo Gli intermedi sottratti devono essere rimpiazzati Le reazioni anaplerotiche riforniscono il ciclo degli intermedi sottratti perché precursori di altre vie metaboliche

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40 Reazioni anaplerotiche Piruvato + HCO ATP Fosfoenolpiruvato + CO 2 + GDP piruvato carbossilasi PEP carbossichinasi ossalacetato + ADP + Pi ossalacetato + GTP enzima malico Piruvato + HCO NADPH + H + malato + NADP +

41 Decarbossilazione ossidativa di un β-oh-acido β enzima malico Malato Piruvato

42 a n a b o l i s m o c a t a b o l i s m o

43 Regolazione della piruvato deidrogenasi [NADH] [ATP] [NAD + ] [ADP] [AcetilCoA] [HSCoA] REGOLAZIONE ALLOSTERICA Complesso della piruvato deidrogenasi Piruvato ATP, Acetil-CoA, NADH, acidi grassi AMP, CoA, NAD +, Ca 2+ Acetil-CoA adenilato chinasi ADP + ADP ATP + AMP

44 Acetil-CoA NADH

45 Regolazione della piruvato deidrogenasi CH 2 OH REGOLAZIONE COVALENTE Ca 2+ Mg 2+ Proteina Fosfatasi H 2 O Pi E 1 Forma attiva CH 2 O-Pi E 1 ATP Proteina Chinasi ADP ATP, NADH, acetilcoa ADP, piruvato, NAD + CoASH Forma inattiva La forma attiva della piruvato deidrogenasi (E 1 ) è quella defosforilata La fosforilazione della PDH è catalizzata da una Proteina chinasi specifica L attività della proteina chinasi è aumentata in presenza di elevata carica energetica ATP, NADH, acetilcoa ed è inibita da elevate concentrazioni di piruvato, ADP, NAD + e CoASH La proteina fosfatasi è attivata da ioni Ca 2+ e Mg 2+

46 La velocità del ciclo è regolata dalla: Disponibilità di substrato (acetilcoa e ossalacetato) Inibizione da accumulo di prodotti Inibizione allosterica retroattiva (feedback) degli enzimi che catalizzano le prime tappe del ciclo Attività della fosforilazione ossidativa

47 Grazie al ciclo del gliossilato nella cellula vegetale è possibile convertire l acetlcoa in carboidrati

48 Ciclo del gliossilato acetilcoa + ossalacetato Citrato citrato sintasi aconitasi citrato + HSCoA isocitrato isocitrato gliossilato + acetilcoa citrato liasi malato sintasi succinato + gliossilato malato + HSCoA malato deidrogenasi malato + NAD + ossalacetato + NADH + H + 2acetil-CoA + NAD + succinato + 2HSCoA + NADH + H +

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