Corso di Laurea in Farmacia Insegnamento di BIOCHIMICA Angela Chambery

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1 Corso di Laurea in Farmacia Insegnamento di BIOCHIMICA Angela Chambery Lezione 27

2 Panoramica del ciclo dell acido citrico e sintesi di acetil-coa Concetti chiave: Il ciclo dell acido citrico èun processo catalitico a molte tappe che converte i gruppi acetile derivati dai carboidrati, dagli acidi grassi e dagli amminoacidi in CO 2, producendo NADH, FADH e GTP. La piruvato deidrogenasi è un complesso multienzimatico che catalizza una reazione in cinque fasi in cui il piruvato rilascia CO 2 e il rimanente gruppo acetile viene legato al coenzima A. La sequenza di reazioni richiede i cofattori TPP, lipoammide, coenzima A, FAD e NAD +.

3 Ciclo dell acido citrico La trasformazione del glucosio in piruvato attraverso la glicolisi fornisce solo una parte dell ATP generato dal catabolismo del glucosio stesso. La maggior parte dell ATP si genera durante la completa ossidazione dei derivati del glucosio a biossido di carbonio mediante il ciclo dell acido citrico. Il catabolismo di proteine, grassi e carboidrati avviene nelle tre fasi della respirazione cellulare.

4 Ciclo dell acido citrico Schema generale del metabolismo ossidativo dei carburanti metabolici Il ciclo dell acido citrico o ciclo di krebs o ciclo degli acidi tricarbossilici costituisce la via finale di ossidazione delle molecole organiche presenti nelle sostanze nutrienti (acidi grassi, carboidrati e amminoacidi), la maggior parte delle quali entrano nel ciclo sottoforma di acetil coenzima A(acetil CoA). Il ciclo dell acido citrico occupa una posizione centrale nel metabolismo cellulare in quanto costituisce la porta di ingresso al metabolismo aerobico di ogni molecola che può essere trasformata in acetilcoao in un altro intermedio della via.

5 Ciclo dell acido citrico Negli eucarioti, le reazioni del ciclo dell acido citrico avvengono all interno della matrice mitocondriale al contrario di quelle della glicolisi che avvengono nel citoplasma.

6 Ciclo dell acido citrico La funzione del ciclo dell acido citrico è quella di raccogliere gli elettroni ad alta energia dall ossidazione dei combustibili carboniosi che saranno poi utilizzati per la sintesi di ATP. Il ciclo ossida due unità bicarboniose producendo due molecole di CO 2, una di GTP ed elettroni ad alta energia sottoforma di NADHe FADH 2. Un composto a 4 atomi di C condensa con una unità bicarboniosa dando un composto a 6 atomi di C (acido tricarbossilico). Vengono poi rilasciate due molecole di CO 2 mediante decarbossilazione ossidativa liberando elettroni ad alta energia. Il composto a 4 atomi di C viene poi metabolizzato rigenerando ossalacetato.

7 Ciclo dell acido citrico Il ciclo dell acido citrico è la prima fase della respirazione cellulare. Gli elettroni ad alto potenziale di trasferimento rimossi dalle molecole organiche carboniose sottoforma di NADH e FADH 2 riducono poi l O 2 e generano il gradiente protonico che viene usato per la sintesi di ATP (fosforilazione ossidativa).

8 Ciclo dell acido citrico La decarbossilazione ossidativa del piruvato per formare acetil CoA, che avviene nei mitocondri delle cellule eucariotiche, è il legame tra la glicolisi ed il ciclo dell acido citrico. Tale reazione è irreversibile ed è catalizzata dal complesso della piruvato deidrogenasi. Tale complesso produce CO 2 e cattura elettroni sottoforma di NADH.

9 Complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi Il complesso della piruvato deidrogenasi è formato da tre distinte proteine enzimatiche. Il complesso èdi grandi dimensioni con masse molecolari comprese tra 4 e 10 milioni di dalton. Fotografia al microscopio elettronico del complesso della piruvato deidrogenasi di E. coli.

10 Complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi La deidrogenazione e la decarbossilazione del piruvato ad acetil CoA coinvolgono l azione sequenziale di 3 enzimi diversi (ciascuno formato da più catene polipeptidiche) e di 5 coenzimi: tiamina pirofosfato (TPP), flavin adenin dinucleotide (FAD), coenzima A (CoA), nicotinamide adenin dinucleotide(nad) e lipoato.

11 Coenzima A

12 Acido lipoico

13 Tiamina pirofosfato

14 Complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi La conversione del piruvato in acetil CoA è costituita da tre tappe. Queste tappe devono essere accoppiate per conservare l energia libera derivata dalla tappa di decarbossilazione che rende possibile la formazione di NADH e di acetilcoa.

15 Sintesi di acetil CoA: Reazione 1 (Decarbossilazione) 1) Il piruvato si combina con la TPP e poi viene decarbossilato formando idrossietil-tpp. La reazione è catalizzata dal componente piruvato deidrogenasi (E1) del complesso multienzimatico. L atomo di C tra l N e lo S dell anello tiazolicodella TPP èpiùacido della maggior parte dei gruppi =CH-. Questo gruppo si ionizza per formare un carbanione, che si addiziona facilmente al gruppo carbonilico del piruvato.

16 Meccanismo della reazione di decarbossilazione 1) Il carbanione del TPP si addiziona al gruppo carbonilico del piruvato 2) Questa addizione è seguita dalla decarbossilazione del piruvato. L anello carico positivamente del TPP agisce da trappola di elettroni che stabilizza la carica negativa generata dalla decarbossilazione. Tale carica viene trasferita all anello. 3) La protonazione forma idrossietil-tpp

17 Sintesi di acetil CoA: Reazione 2 (Ossidazione) 2) Il gruppo idrossietilico legato alla TPP viene ossidato a formare un gruppo acetilico che è trasferito alla lipoamide, un derivato dell acido lipoicolegato ad un residuo di lisina di E2 tramite un legame amidico. L ossidante è il gruppo disolfuro della lipoamide. Questa reazione, catalizzata ancora dalla componente piruvato deidrogenasi E1, produce acetillipoamide.

18 Sintesi di acetil CoA: Reazione 3 (Formazione del CoA) 3) Il gruppo acetile viene trasferito dalla acetillipoamide al CoA per formare acetil CoA. Questa reazione è catalizzata dalla diidrolipoil transacetilasi E2. Il legame tioestere ricco di energia viene conservato.

19 Interconversione lipoammide-diidrolipoammide Il complesso della piruvato deidrogenasi non è in grado di portare a termine un altro ciclo catalitico finchè la diidrolipoamide non è riossidata a lipoamide.

20 Sintesi di acetilcoa: Reazioni 4 e 5 4-5) La forma ossidata della lipoamide viene rigenerata dalla diidrolipoil deidrogenasi (E3). Due elettroni vengono trasferiti a un gruppo prostetico FAD dell enzima e poi al NAD + (trasferimento insolito, in genere avviene l inverso).

21 Il sito attivo dell E3 Il potenziale di trasferimento di un elettrone del FAD viene modificato dalla sua associazione all enzima e gli permette di trasferire elettroni al NAD +.

22 Tappe della decarbossilazione ossidativa del piruvato ad acetil CoA da parte del complesso della PDH

23 Tappe della decarbossilazione ossidativa del piruvato ad acetil CoA da parte del complesso della PDH

24 Complesso della PDH Il nucleo del complesso è formato dal componente transacetilasico (E2) che consiste di otto trimeri catalitici che formano un cubo cavo. Il componente E1 è un tetramero α2β2 mentre E3 è un dimero αβ. Molteplici copie di E1 ed E3 circondano il nucleo centrale E2.

25 Complesso della PDH Ogni trimerodel nucleo centrale transacetilasico(e2)èformato da tre domini: uno di legame alla lipoammide, un piccolo dominio per l interazione con E3 ed un dominio transacetilasico formato da tre subunità identiche.

26 Meccanismo della PDH 1) Decarbossilazione del piruvato e formazione di idrossietil-tpp; 2) Trasferimento del braccio lipoamidico di E2 nel sito attivo di E1; 3) Formazione del complesso acetile-lipoamide; 4) Formazione dell acetil CoA ad opera di E2; 5) Trasferimento del braccio della diidrolipoamide nel sito attivo di E3 per la riossidazione; 6)Trasferimento di protoni ed elettroni al NAD + per completare il ciclo.

27 Avvelenamento da arsenico

28 Gli enzimi del ciclo dell acido citrico Concetti chiave: Gli otto enzimi del ciclo dell acido citrico catalizzano le reazioni di condensazione, isomerizzazione, ossido-riduzione, fosforilazione e idratazione. Due reazioni producono CO 2, una reazione produce GTP e quattro reazioni generano i coenzimi ridotti NADH e FADH 2.

29 Le reazioni del ciclo dell acido citrico

30 1) Formazione del citrato L atomo di carbonio metilico del gruppo acetilico si lega al gruppo carbonilico (C2) dell ossalacetato. Citrato sintasi Citrato Ossalacetato

31 1) Formazione del citrato La reazione catalizzata dalla citrato sintasi è una condensazione aldolica seguita da un idrolisi. Il citril CoA è una molecola ad alto contenuto energetico poiché contiene un legame tioestere originariamente dell acetil CoA. L idrolisi del citril CoA fa procedere la reazione verso la sintesi del citrato. La citrato sintasi deve impedire l idrolisi di acetil CoA, reazione che avverrebbe con spreco di energia. Ossalacetato Acetil CoA CitrilCoA Citrato

32 Modificazioni conformazionali della citrato sintasi Il legame dell ossalacetato, che avviene per primo, induce un importante riarrangiamento strutturale dell enzima (adattamento indotto) in forma aperta determinando la creazione di un sito di legame per l acetilcoa(forma chiusa). La citrato sintasi catalizza la reazione di condensazione portando i substrati molto vicini, orientandoli e polarizzando specifici legami.

33 Meccanismo di reazione della citrato sintasi Il residuo di His 274 dona un protone all ossigeno carbonilico dell acetil CoA per promuovere la rimozione del protone metilico da parte dell Asp 375 e formare l intermedio enolico.

34 Meccanismo di reazione della citrato sintasi Il citril CoA induce altre modificazioni strutturali dell enzima. Il sito attivo viene chiuso completamente e l His 274 dona ancora un protone per idrolizzare il tioestere producendo citrato e CoA.

35 Meccanismo di reazione della citrato sintasi Quando il CoA abbandona l enzima seguito dal citrato l enzima torna nella conformazione aperta. L enzima èin grado di idrolizzare il citrilcoama non l acetilcoain quanto: a)l acetilcoa non si lega all enzima finchè l ossalacetato non è legato e pronto alla condensazione; b) I residui catalitici cruciali per l idrolisi del tioestere non sono posizionati in modo appropriato finchè non si forma il citrilcoa.

36 2) Il citrato viene isomerizzato a isocitrato Il gruppo ossidrilico del citrato non è localizzato in modo appropiato per le reazioni ossidative successive per cui viene isomerizzato a isocitrato da un aconitasi. Citrato Aconitasi Isocitrato

37 Meccanismo di reazione dell aconitasi L isomerizzazione avviene attraverso una reazione di deidratazione seguita da una di idratazione.

38 Meccanismo di reazione dell aconitasi L aconitasièuna proteina ferro-zolfo. Il centro Fe-Sèimportante sia nel legame col substrato sia nel processo catalitico. Uno degli atomi di ferro del centro si lega ai gruppi carbossilico e ossidrilico del citrato.

39 3) Ossidazione dell isocitrato ad α-chetoglutaratoe CO 2 Questa è la prima reazione di ossido-riduzione del ciclo. L isocitrato viene ossidato e decarbossilato ad opera della isocitrato deidrogenasi. Isocitrato Isocitrato deidrogenasi α-chetoglutarato

40 Meccanismo di reazione dell isocitrato deidrogenasi Durante questa reazione si forma l intermedio ossalosuccinato, un β-chetoacido instabile che perde CO 2 mentre è ancora legato all enzima formando α-chetoglurtarato e il primo trasportatore di elettroni ad alto potenziale di trasferimento, il NADH.

41 4) Ossidazione dell α-chetoglutaratoa succinil-coae CO 2 Questa è la seconda decarbossilazione ossidativa. L energia dell ossidazione dell α-chetoglutarato viene conservata mediante la formazione del legame tioestere del succinil-coa. α-chetoglutarato Complesso dell αchetoglutarato deidrogenasi Succinil-CoA

42 Meccanismo di reazione dell α-chetoglutarato deidrogenasi Questa reazione è praticamente identica alla reazione della piruvato deidrogenasi; il complesso dell α-chetoglutarato deidrogenasi è molto simile al complesso della piruvato deidrogenasi sia come struttura (3 Enzimi, E1, E2 e E3 e 5 coenzimi) che come funzione (decarbossilazione di un α- chetoacido e successiva formazione del legame tioestere).

43 5) Conversione del succinil-coa a succinato La scissione del legame tioestere del succinil CoA è accoppiata alla fosforilazione di un nucleoside difosfato purinico costituendo la sola tappa del ciclo nella quale si produce un composto ad elevato potenziale di trasferimento del gruppo fosforico. Succinil-CoA Succinil CoA sintetasi Succinato Nei mammiferi esiste un isoforma specifica per l ADP (muscolo scheletrico e cardiaco) e una per il GDP (fegato). Il gruppo fosforico in γ può comunque essere trasferito dal GTP all ADP ad opera dell enzima nucleoside difosfato chinasi.

44 Meccanismo di reazione della succinil CoA sintetasi La succinil CoA sintetasi interconverte due tipi di energia biochimica passando attraverso la formazione di un intermedio fosforilato. 1) L ortofosfato sostituisce il CoA formando il succinil fosfato ad alta energia. 2) Un residuo di His riceve il gruppo fosforico liberando il succinato. 3)La fosfoistidinasi sposta verso l ADP (o il GDP). 4)Il gruppo fosforico viene trasferito all ADP (o al GDP) formando ATP o GTP.

45 Meccanismo di reazione della succinil CoA sintetasi La sequenza amminoacidica della succinil CoA sintetasi nei batteri e nei mammiferi è simile e presumibilmente è molto simile anche la struttura tridimensionale. Il residuo di His che partecipa al meccanismo catalitico è localizzato tra il CoAe l ADP. Esso cattura il gruppo fosforico che si trova vicino al CoA e, ruotando, lo trasferisce al nucleotide legato al sito di legame dell ATP.

46 6) Ossidazione del succinato a fumarato Il FAD èl accettore di atomi di idrogeno in questa reazione in quanto la variazione di energia libera ètroppo piccola per ridurre il NAD +. Il FAD èstrettamente legato alla succinato deidrogenasi. Fumarato Succinato deidrogenasi Succinil-CoA La succinato deidrogenasi è il solo enzima del ciclo dell acido citrico a essere legato alla membrana. Gli elettroni estratti ossidando il succinato passano attraverso il FAD ed entrano nella catena di trasporto degli elettroni della membrana mitocondriale interna.

47 Meccanismo di reazione della succinato deidrogenasi Il FAD è quasi sempre l accettore di elettroni nelle reazioni di ossidazione in cui vengono rimossi due atomi di H dal substrato formando un doppio legame.

48 Meccanismo di reazione della succinato deidrogenasi Il nucleo isoallossazinico del FAD è covalentemente legato ad una catena laterale di His dell enzima (E-FAD). La succinato deidrogenasi è una proteina ferro-zolfo.

49 Inibizione della succinato deidrogenasi Il malonato è un inibitore competitivo della succinato deidrogenasi in quanto è simile al succinato per avere due gruppi carbossilici. In tal caso però l enzima non è capace di rimuovere gli atomi di idrogeno. Il grado di inibizione può essere diminuito aumentando la concentrazione di succinato.

50 7) Idratazione del fumarato per produrre L-malato La fumarasi catalizza un addizione trans stereospecifica di un atomo di idrogeno e di un gruppo ossidrilico. Poiché il gruppo ossidrilico si addiziona solo a un lato del doppio legame si forma solo l isomero L-malato. L-Malato Fumarasi Fumarato

51 8) Ossidazione del malato ad ossalacetato Il malato viene ossidato a formare ossalacetato ad opera della malato deidrogenasi. In tale reazione il NAD + è di nuovo l accettore di elettroni. L ossidazione del malato è favorita dall utilizzazione dei prodotti: l ossalacetatoda parte della citrato sintasie il NADH dalla catena di trasporto degli elettroni. Ossalacetato Malato deidrogenasi L-Malato

52 Meccanismo di reazione della fumarasi

53 Meccanismo di reazione della malato deidrogenasi

54 Reazione complessiva del ciclo di Krebs La reazione complessiva del ciclo dell acido citrico è: AcetilCoA+ 3 NAD + + FAD + GDP + Pi + H 2 O 2 CO NADH + FADH 2 + GTP + 2 H + + CoA 2 Atomi di C entrano nel ciclo come Acetil CoA e due atomi di C abbandonano il ciclo come CO 2 H 2 O 4 Coppie di atomi di H abbandonano il ciclo in 4 reazioni di ossidazione che portano alla riduzione di 3 NAD + e un FAD H 2 O La scissione del legame tioestere del succinilcoagenera un GTP (o ATP) Vengono consumate due molecole di H 2 O

55 Reazione complessiva del ciclo di Krebs Studi con traccianti radioattivi hanno rivelato che i due atomi di carbonio che entrano nel ciclo non sono gli stessi che lo abbandonano. I due atomi di carbonio che entrano nel ciclo come Acetil CoAverranno rilasciati come CO 2 nel ciclo successivo.

56 La fosforilazione ossidativa dipende dal trasferimento degli elettroni Nella fosforilazione ossidativa il potenziale di trasferimento degli elettronidel NADH e del FADH 2 viene convertito nel potenziale di trasferimento del gruppo fosforicodell ATP. In tale processo, gli elettroni sono utilizzati per ridurre l ossigeno molecolare ad acqua in un processo a più tappe fortemente esoergonico.

57 L accoppiamento del trasporto degli elettroni alla sintesi dell ATP Il numero di protoni pompati fuori per coppia di elettroni trasportati è10 per il NADH e 6 per il succinato. Il numero di protoni richiesti per la sintesi di una molecola di ATP è di 4, di cui uno è utilizzato per trasportare Pi, ATP e ADP attraverso la membrana mitocondriale. Si sintetizzano 2,5 molecole di ATP (10/4) quando il donatore dielettroni èil NADH e 1,5 (6/4) quando il donatore èil succinato (FADH 2 ).

58 Reazione complessiva del ciclo di Krebs In definitiva, una unità acetile genera approssimativamente 10 molecole di ATP in netto contrasto con la glicolisi anaerobica che genera solo 2 ATP per molecola di glucosio (oltre a due molecole di lattato). Il ciclo di Krebs è un processo strettamente aerobico in quanto il NAD + e il FAD possono essere rigenerati nel mitocondrio solo ad opera dell ossigeno molecolare. ATP Sostanze nutrienti (e.g. Carboidrati Acidi grassi etc.)

59 Reazione complessiva del ciclo di Krebs

60 La regolazione del ciclo dell acido citrico Concetti chiave: Il fabbisogno energetico regola il ciclo dell acido citrico agendo a livello della tappa catalizzata dalla piruvato deidrogenasi e delle tre tappe che controllano la velocità del ciclo. I meccanismi di controllo dipendono dalla disponibilità dei substrati, dall inibizione da parte dei prodotti, dalle modificazioni covalenti e dagli effetti allosterici.

61 Regolazione del ciclo di Krebs Dato il suo ruolo centrale nel metabolismo, il ciclo di Krebsha diversi punti di regolazione.

62 Regolazione del ciclo di Krebs Il glucosio si può formare dal piruvato ma la formazione dell Acetil CoA dal piruvato è una reazione irreversibile negli animali, i quali non possono riconvertire l Acetil CoA in glucosio. La decarbossilazione ossidativa del piruvato in Acetil CoA indirizza gli atomi di C verso l ossidazione a CO 2 attraverso il ciclo di Krebs oppure verso l incorporazione nei lipidi. L attività del complesso della piruvato deidrogenasi è strettamente regolata.

63 Reazione del complesso della PDH Il complesso della piruvato deidrogenasi è regolato mediante diversi meccanismi. E inibito dai suoi prodotti immediati, il NADH (inibisce E3) e l Acetil CoA (inibisce E2). Alte concentrazioni di NADH e Acetil CoA informano l enzima che il fabbisogno energetico della cellula è stato soddisfatto o che è attiva la degradazione degli acidi grassi che producono Acetil CoA e NADH. Il componente piruvato deidrogenasi è regolato allostericamente anche dalla modificazione covalente per fosforilazione reversibile. Una chinasi specifica fosforila e inattiva la piruvato deidrogenasi (E1), e una fosfatasiattiva la deidrogenasi rimuovendo il gruppo fosforico.

64 Reazione del complesso della PDH L attività della PDH è regolata dalla carica energetica. L aumento del rapporto NADH/NAD +, acetil CoA/CoA o ATP/ADP promuove la fosforilazione e quindi l inattivazione del complesso. La piruvato deidrogenasi è inattiva quando la carica energetica è elevata e gli intermedi biosintetici sono abbondanti. Il complesso è attivato dal piruvato e dall ADP che inibiscono la chinasi che fosforila la PDH.

65 Regolazione del ciclo di Krebs La velocità del ciclo dell acido citrico è regolata con precisione in modo da soddisfare il fabbisogno di ATP di una cellula animale. Il ciclo dell acido citrico è regolato in piùpunti: I punti di regolazione primari sono gli enzimi allosterici isocitrato deidrogenasi e α-chetoglutarato deidrogenasi. L isocitrato deidrogenasi è stimolato allostericamente dall ADP ed è inibito da ATP e NADH. La regolazione dell α-chetoglutarato deidrogenasi è simile a quella della PDH con cui ha omologia strutturale. L enzima è inibito dai prodotti della reazione catalizzata (i.e. succinil CoA e NADH) e dall ATP.

66 Le reazioni correlate al ciclo dell acido citrico Concetti chiave: Il ciclo dell acido citrico fornisce i metaboliti per la gluconeogenesi, la sintesi degli acidi grassi e la sintesi degli amminoacidi. Gli intermedi del ciclo dell acido citrico possono essere riforniti da altre vie metaboliche. Alcuni organismi utilizzano il ciclo del gliossilato, una variante del ciclo dell acido citrico, per la conversione netta dell acetil-coa in ossalacetato.

67 Ruoli biosintetici del ciclo dell acido citrico I componenti del ciclo dell acido citrico sono importanti intermedi biosintetici

68 Funzioni anfiboliche del ciclo dell acido citrico

69 La biosintesi del glutammato

70 La biosintesi dell aspartato

71 The Krebs bi(cycle) At the University of Sheffield in 1937, Krebs identified two metabolic cycles that take food molecules, such as sugars and amino acids, and turn them into energy and was awarded the Nobel Prize in 1953 for his discovery.

72 Reazioni anaplerotiche Gli intermedi del ciclo di Krebs prelevati per le biosintesi devono essere rimpiazzati. Le reazioni anaplerotiche(anaplèrosis, riempimento) riforniscono il ciclo dell acido citrico di intermedi.

73 Reazioni anaplerotiche Un esempio di reazione anaplerotica è la formazione di ossalacetato per carbossilazione del piruvato mediante una reazione catalizzata dall enzima biotina-dipendente piruvato carbossilasi. L ossalacetato viene prodotto a partire dal piruvato: Piruvato + CO 2 + ATP + H 2 O Ossalacetato+ ADP + Pi +2H + L enzima è attivo solo in presenza di Acetil CoA, un segnale di fabbisogno di ossalacetato. Se la carica energetica è bassa, l ossalacetato entra nel ciclo dell acido citrico. Se la carica energtica è elevata, l ossalecetato viene convertito in glucosio.

74 Ruolo della biotina nella reazione della piruvato carbossilasi

75 L evoluzione del ciclo dell acido citrico Il ciclo dell acido citrico, come tutte le altre vie metaboliche, è il prodotto dell evoluzione, la maggior parte della quale è avvenuta prima della comparsa degli organismi aerobici. Molto probabilmente i primi organismi anaerobici usavano alcune delle reazioni del ciclo dell acido citrico in processi biosintetici lineari. Esistono moderni organismi anaerobici che mancano dell α- chetoglutarato deidrogenasi e pertanto non sono in grado di compiere un giro completo del ciclo dell acido citrico. L α-chetoglutarato e il succinil-coa sono tuttavia precursori importanti di una varietà di vie biosintetiche.

76 L evoluzione del ciclo dell acido citrico

77 Ciclo del gliossilato La maggior parte degli organismi non può convertire Acetil CoA in glucosio. Nelle piante ed in alcuni invertebrati e microorganismi esiste una via metabolica simile al ciclo di Krebs, chiamata ciclo del gliossilato, che permette di convertire in glucosio l Acetil CoA che si è formato a partire dalle riserve dei grassi. Tale processo è utile nella germinazione dei semi.

78 Ciclo del gliossilato Grazie al ciclo del gliossilato le piante ed alcuni microorganismi possono utilizzare l acetato per crescere, sia come fonte di energiache come precursore per la sintesi dei carboidrati. Nelle piante, gli enzimi del ciclo del gliossilato sono sequestrati all interno di organelli circondati da membrana detti gliossisomi.

79 Ciclo del gliossilato Nel ciclo del gliossilato non sono presenti le tappe di decarbossilazione tipiche del ciclo di Krebs. Le reazioni sono infatti le stesse ad eccezione di quelle catalizzate dall isocitrato liasi e dalla malato sintasi: L isocitrato viene scisso in succinato e gliossilato. Le reazioni successive rigenerano ossalacetato dal gliossilato. La reazione complessiva del ciclo del gliossilato è: 2 Acetil CoA + NAD H 2 O Succinato + 2 CoA+ NADH + H +

80 Relazioni tra il ciclo del gliossilato e il ciclo dell acido citrico Il succinato che si forma nel ciclo del gliossilato nei gliossisomi viene convertito in carboidrati attraverso una combinazione del ciclo dell acido citrico nei mitocondri e della gluconeogenesi.

81 Regolazione del ciclo del gliossilato Il ciclo del gliossilato e il ciclo dell acido citrico sono regolati in modo coordinato. Il ciclo dell acido citrico e il ciclo del gliossilatocompetono per l isocitrato. Quando i livelli di ATP sono elevati l isocitrato deidrogenasi viene inattivata mediante fosforilazione e l isocitrato viene incanalato nel ciclo del gliossilato per la formazione di intermedi per la biosintesi.

82 Ciclo del gliossilato e germinazione dei semi Mediante la combinazione di queste due vie metaboliche le piante in germinazione sono in grado di convertire gli atomi di carbonio dei lipidi dei semi ricchi di grasso (e.g. girasole, ricino e cetriolo) in glucosio. I carboidrati supportano la crescita del seme fino a che la cellula non acquisisce la capacità biosintetica.