Prof. Maria Nicola GADALETA

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1 Prof. Maria Nicola GADALETA Facoltà di Scienze Biotecnologiche Corso di Laurea in Biotecnologie Sanitarie e Farmaceutiche Biochimica e Biotecnologie Biochimiche DISPENSA N. 21 Coenzimi piridinici e flavinici

2 Prevalgono i processi ossidativi Prevalgono i processi riduttivi Nelle ossidazioni biologiche (glucosio CO 2 ) gli e - sono trasferiti all ossigeno attraverso trasportatori solubili di e - : NAD +, NADP +, FAD M.N. Gadaleta

3 G = Kj / mol G = KJ / mol M.N. Gadaleta

4 Trasportatori solubili di e-

5 1)Nucleotidi o coenzimi piridinici : NAD,NADP Derivano dalle Vitamine: niacina e nicotinamide Le deidrogenasi piridiniche: appartengono alle ossidoreduttasi, sono più di 200 catalizzano le seguenti reazioni: AH 2 + NAD + A + NADH + H + A + NADPH + H + AH 2 + NADP +

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7 Le deidrogenasi piridiche (ossidoreduttasi) (specificità 5 x 10 7 volte) M.N. Gadaleta

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9 Negli alcolisti i,che ricavano la maggior parte delle loro calorie dall alcool alcool,si ha: assorbimento intestinale di niacina molto ridotto carenza di NAD + per consumo da parte dell alcooldeidrogenasi Vitamine: niacina niacina e nicotinamide Avitaminosi: pellagra uomo (lingua nera nel cane): dermatite, diarrea, demenza portano alla morte se non corrette con somministrazione di vitamina. M.N. Gadaleta

10 [ NAD + + NADH] = ~ 10-5 M in tutti i tessuti [NADP + + NADPH] = ~ 10-6 M in tutti i tessuti Specializzazione del ruolo metabolico dei nucleotidi piridinici: NAD + per le vie cataboliche (ossidative)* NADP + per le vie biosintetiche (riduttive)* *[NAD + /NADH] è in genere elevato e favorisce il trasferimento di uno ione idruro (:H -,un atomo di idrogeno con due elettroni e un protone) da un donatore al NAD + per formare NADH *[NADPH/NADP] è in genere elevato e favorisce il trasferimento di uno ione idruro (:H - ) dal NADPH ad un accettore M.N. Gadaleta

11 Trasportatori solubili di elettroni: 2) nucleotidi o coenzimi flavinici :FAD,FMN

12 AH 2 + FAD (FMN) A + FADH 2 (FMNH 2 ) Le flavoproteine completamente ridotte sono incolori (λ ( max 360 nm) parzialmente ridotte (λ ( max 450 nm) completamente ossidate (λ ( max tra 370 e 440 nm) max M.N. Gadaleta

13 FINE

14 Reazioni di ossidoriduzione Le ossidoriduzioni possono essere descritte come semi-reazioni Fe 2+ + Cu 2+ Fe 3+ + Cu + Agente riducente Fe 2+ Fe 3+ + e - dona e - Agente ossidante Cu 2+ + e - Cu + accetta e - Coppia coniugata redox come coppia coniugata acido base M.N. Gadaleta

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16 Per indicare un singolo elettrone che partecipa ad una reazione di ossidoriduzione, indipendentemente dal fatto che sia sotto forma: di un elettrone di un atomo di idrogeno di uno ione idruro oppure se l elettrone viene trasferito all ossigeno e si forma un composto ossigenato si usa il termine equivalente riducente. Per i biochimici una unità di ossidazione biologica corrisponde, per convenzione, al passaggio di due equivalenti riducenti da un substrato all ossigeno. Ciò dipende dal fatto che le sostanze nutrienti vanno incontro a deidrogenazione enzimatica in cui vengono persi due equivalenti riducenti per volta e che ciascun atomo di ossigeno può ricevere due equivalenti riducenti.

17 Le semi-reazioni dei nucleotidi piridinici sono: NAD + + 2e - + 2H + NADH + H + NADP + + 2e - + 2H + NADPH + H +

18 I potenziali di riduzione sono una misura dell affinità per gli elettroni Il potenziale di riduzione standard o potenziale redox standard E 0, misura in volt l affinità per gli elettroni di una coppia redox in condizioni standard. E stata scelta come standard di riferimento la semi-reazione: H + + e - ½ H 2 in condizioni standard, ossia [H + ] 1M e 1 Atm Potenziale di riduzione dell elettrodo (semi-cella) in cui ha luogo questa semi-reazione è E 0 = 0,00 Volt in condizioni standard. In biochimica E 0 viene misurato a ph 7 = 0,414 Volt = E 0

19 Il flusso di e - va dalla semi-cella con il potenziale redox più basso alla semicella con il potenziale redox più elevato. La semi-cella con tendenza più forte ad acquisire e- viene indicata con un valore in Volt di E 0 positivo. M.N. Gadaleta

20 Il potenziale di riduzione di una semi-cella E dipende non soltanto dalla natura chimica delle specie presenti (E ) ma anche dalla loro attività espressa approssimativamente dalla loro concentrazione. Equazione di Nernst : mette in relazione E 0 con E potenziale redox a qualsiasi concentrazione di specie ossidate e ridotte. A 298K (25 C) l espressione diventa M.N. Gadaleta

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22 DE =E (accettore di elettroni)- E (donatore di e lettroni)

23 Il flusso spontaneo di e - verso la semi-cella che ha un E (potenziale di riduzione)più positivo è proporzionale alla E(fem) tra le due semi-celle. Questo flusso spontaneo di e - rende disponibile energia in grado di produrre lavoro. Consideriamo la reazione in cui il NADH viene ossidato dall ossigeno NADH + H + + ½ O 2 NAD + + H 2 O NAD + /NADH E 0 = -0,320 Volt O 2 /H 2 O E 0 = 0,816 Volt Il E 0 di questa reazione = 0,816 (-0,320) =1,14 Volt G 0 = - 2 (96,5 kj/vmole) (1,14 Volt) kj/mole (di NADH) N.B. condizioni standard = NADH e NAD + 1 molare Durante una intensa respirazione mitocondriale [NADH/NAD + ]: >> 1 quindi G G >> -220 kj/mole M.N. Gadaleta

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