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1
Le cellule
Caratteristiche degli organismi viventi
• Complessi e organizzati
• Capaci di estrarre/trasformare energia
• Capaci di rispondere a cambiamenti
ambientali
• Capaci di autoreplicarsi
• Sono compartimentati
• Seguono le leggi della Fisica e della
Chimica!
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2
Sistemi biologici e biomolecole• Pochi elementi naturali, leggeri (fondamentalmente,
C, N, O, H)
• Sistemi lontani dall’equilibrio, spesso allo stato stazionario
• Reazioni chimiche catalizzate
• Macromolecole costituite di unità semplici (struttura gerarchica)
– Proteine
– Acidi nucleici
– Polisaccaridi
• Importanza delle strutture tridimensionali
• Chimica “acquosa”
Elementi nel corpo umano
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3
PRINCIPALI CLASSI DI
BIOMOLECOLE
Termodinamica e funzioni di stato
• Funzioni di stato: dipendono solo dagli stati iniziale e finale del sistema
• Entalpia: quantità di energia che un sistema può scambiare con l’ambiente
∆∆∆∆H = ∆∆∆∆ U + P ∆∆∆∆ V
Nei sistemi biologici,
∆∆∆∆H ≅≅≅≅ q (calore a pressione costante)
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4
Energia libera (di Gibbs)
• Funzione di stato che consente di valutare
se un processo è spontaneo
G = H – TS
Dove:
H = entalpia
S = entropia
La variazione in energia liberadetermina la direzione di un
processo
∆∆∆∆G = Gprodotti - Greagenti
∆∆∆∆G = ∆∆∆∆ H - T ∆∆∆∆ S
∆G < 0 reazione esoergonica, spontanea
∆G > 0 reazione endoergonica; richiede energia dall’esterno
∆G = 0 reazione all’equilibrio
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5
Entropia∆G = ∆H - T ∆∆∆∆ S
• L’entropia è una misura del grado di disordine di un sistema
• L’entropia aumenta quando il sistema diventa piùdisordinato e diminuisce quando il sistema è piùstrutturato
• Molte reazioni biologiche tendono ad aumentare l’ordine e a diminuire in entropia (∆∆∆∆S < 0)
• Reazioni esotermiche (∆∆∆∆H < 0) che aumentano in entropia (∆∆∆∆S > 0) avvengono spontaneamente (∆∆∆∆G< 0)
• Reazioni endotermiche (∆∆∆∆H > 0) possono avvenire spontaneamente se T ∆S > ∆H
Esempi di differenze di entropia
• BASSA ENTROPIA
• Acqua - ghiaccio
• Poesia
• Scrivania di un bancario
• ALTA ENTROPIA
• Acqua - vapore
• Serie casuale di lettere
• Scrivania di uno
scienziato
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6
Da: Lehninger
Un processo esoergonico: la diffusione attraverso una
membrana
membrana
tempo
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7
Effetto idrofobico
Molecole d’acqua ordinate
∆G e costante di equilibrio
La variazione di energia libera di una reazione dipende
dalle concentrazioni di reagenti e prodotti
∆G = ∆G°’ + RT ln [prodotti]/[reagenti]
dove: ∆G°’ = variazione di energia libera standard
All’equilibrio:
0 = ∆G°’ + RT ln [prodotti]/[reagenti]
da cui
∆∆∆∆G°’ = - RT ln K’eq
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8
Costanti di equilibrio e variazioni di energia libera standard
K’eq
0,001
0,01
0,1
1,0
10,0
100,0
1000,0
∆∆∆∆G°’ (kJ/mole)
17,1
11,4
5,7
0,0
5,7
-11,4
-17,1
Variazioni di energia libera standard ∆∆∆∆G°’
• Pressione atmosferica; t = 25 °C
• Attività chimica (concentrazione) = 1
• In Biochimica, lo stato standard è a pH = 7
• All’acqua è attribuito comunque un valore
pari ad 1
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9
I legami fosfoanidridici dell’ATP
Sub-
Trasferimento di
un gruppo fosfato
Trasferimento di un
gruppo adenilico
Sub-
ATP
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10
Una reazione energeticamente sfavorita può procedere se accoppiata ad una
favorita• Molte reazioni biochimiche sono energeticamente sfavorite (∆G > 0) e non procedono spontaneamente
• Le cellule possono condurre tali reazioni accoppiandole ad una reazione (processo) con un ∆G maggiormente negativo
• Reazioni energeticamente sfavorite sono spesso accoppiate all’idrolisi dell’ATP che ha un ∆G º′ = -7.3 kcal/mol
• L’energia utilizzabile in una molecola di ATP è“contenuta” nei legami fosfoanidridici
Reazioni accoppiate
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11
Importanza di intermedi fosforilati
Composti in genere stabili cineticamente
L’ATP è usato per alimentare numerosi processi
The ATP cycle
Luce (fotosintesi) o composti ad alta energia potenziale (respirazione)
Sintesi di macro-molecole (proteine, DNA…)
Sintesi di altri componenti cellulari)
Movimenti cellulari
Trasporti di molecole/ ioni contro gradiente
Generazione di potenziali elettrici
Calore
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1
GLI α-AMMINOACIDI
� Sono caratterizzati da un
gruppo carbossilico e da un
gruppo amminico legato al
carbonio adiacente (α)
� Si differenziano per il
gruppo sostituente -R
Gli amminoacidi costituenti le proteine:
� Sono venti (standard), α-ammino-acidi, apparte-
nenti alla serie L
� Sono anfoteri
� Caratterizzati da un punto isoelettrico (pI) dovuto
ai gruppi ionizzabili
� Esistono numerosi altri amminoacidi con ruoli
diversi
�La sequenza degli amminoacidi (struttura
primaria) determina la struttura spaziale
�La struttura determina la funzione
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2
Stereoisomeria degli amminoacidi
Carbonio
asimmetrico
Tutti gli amminoacidi standard, tranne la glicina, possiedono
almeno un carbonio asimmetrico
La convenzione secondo Fischer per la configurazione fa riferimento alla
gliceraldeide:
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3
Importanza della stereoisomeria: solamente un enantiomero possiede
attività anti-infiammatoria
Proprietà acido-base
� Gli amminoacidi sono acidi poli-protici deboli
� pH basso: gruppo amminico e carbossilico protonati
� pH neutro: si dissocia il carbossile
� pH alto: si dissocia il gruppo ammonio
� A pH fisiologico (pH ~7.0) è stabile la forma zwitterionica: i gruppi amminici sono protonati, il carbossile è completamente dissociato.
– Gruppo carbossilico : pKa ~ 2
– Gruppo amminico α: pKa ~ 9
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4
Proprietà acido-base� Punto isoelettrico (pI): valore di pH al quale
l’amminoacido ha carica netta nulla.
� Nel caso di un amminoacido con catena laterale neutra è
dato da:
)pKpK(2
1pI
)NH(a2COOH)(a1
3+
−−+=
αα
pKa1 pKa2
Amminoacidi con catene
laterali apolari
gruppi R non polari, alifatici
gruppi R aromatici
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5
Amminoacidi con catene laterali polari
La prolina è un imminoacido(contiene un gruppo amminico secondario)
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6
Amminoacidi carichi
gruppi R carichi positivamente (basici)
gruppi R carichi negativamente (acidi)
Alcune proprietà degli amminoacidi standard
Lehninger “Introduzione alla Biochimica”, ed. Zanichelli
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7
La cisteina può formare ponti disolfuro (ossidazione)
Gli spettri UV di amminoacidi aromatici
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8
Curva di titolazione della
glicina
)pKpK(2
1pI
)NH(a2COOH)(a1
3+
−−+=
αα
Curva di titolazione del glutammato
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9
Curva di titolazione dell’istidina
Alcuni amminoacidi modificati (dopo la traduzione)
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10
Importanti molecole derivate da amminoacidi
La selenocisteina (Sec), il ventunesimo amminoacido
� Analogo alla Cys, contiene Selenio al posto di Zolfo
� Deriva da una modificazione della Serina; èinserita come tale nelle proteine. E’ codificata in modo particolare
� Importante in numerosi enzimi ossido-riduttivi
� Negli Archaea esiste un 22° amminoacido, la pirrolisina (Pyl).
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11
Il legame peptidico
Il legame peptidico si genera (formalmente) per eliminazione
di una molecola di acqua tra gruppo carbossilico ed amminico
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1
Le proteine
� Sono polimeri lineari costituiti di
amminoacidi
� Contengono diversi gruppi funzionali
� Possono formare strutture complesse
� Possono essere rigide (strutturali) o
flessibili
Alcuni ruoli delle proteine� Enzimi (biocatalizzatori)
� Proteine strutturali - collagene
� Proteine regolatrici - ormoni (ad esempio: insulina, glucagone)
� Proteine di trasporto – emoglobina (O2)
� Proteine di trasporto di membrana
� Recettori
� Proteine contrattili - actina, miosina
� Proteine “di difesa” – anticorpi
� Proteine che decodificano l’informazione
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2
Le proteine sono polimeri lineari costituiti da amminoacidi
� Le proteine sono polimeri lineari, non ramificati, degli amminoacidi
� Il legame peptidico o carboammidico si genera (formalmente) per eliminazione di una molecola di acqua tra gruppo carbossilico di un amminoacido ed amminico dell’amminoacido adiacente
� L’equilibrio sarebbe spostato verso l’idrolisi
� I legami peptidici sono cineticamente stabili
� Per convenzione il polimero viene “letto” partendo dall’ammino-acido N-terminale
Il legame peptidico� ha un parziale carattere di doppio legame: non ruota
liberamente
� Si trova quasi sempre nella configurazione trans (Cα
da lati opposti) a minore ingombro sterico
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3
Il legame peptidico è un sistema planare
Sei atomi giacciono sullo stesso piano
Il legame peptidico
� A causa della distribuzione degli
elettroni il legame peptidico ha
specifiche proprietà elettriche:
– è dipolare.
O
N
H
Cα1
Cα2
+ 0.42
- 0.42
- 0.20
+ 0.20
-
+
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4
Il grafico di Ramachandran
αααα elica
Foglietti ββββ
O
N
H
CH3ω
φ
ψ
Cα1
Cα2
La struttura delle proteine può essere suddivisa in quattro livelli
� STRUTTURA PRIMARIA: sequenza degli amminoacidi uniti da legami peptidici. Legami covalenti
� STRUTTURA SECONDARIA: organizzazioni regolari e ricorrenti nello spazio dei residui amminoacidici adiacenti (come, ad es. α-elica e struttura β). Legami a idrogeno
� STRUTTURA TERZIARIA: ripiegamento della catena polipeptidica dovuto ad interazioni deboli. In tale ripiegamento sono presenti diversi tipi di struttura secondaria. Proteine globulari
� STRUTTURA QUATERNARIA: interazioni esistenti fra varie subunità, nel caso in cui le proteine siano costituite da più catene polipeptidiche.
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5
Struttura primaria
� Struttura primaria di un peptide o di una proteina:
sequenza degli amminoacidi uniti da legami peptidici
descritta per convenzione a partire dall’AA ammino-
terminale (il primo) all’AA carbossi-terminale (l’ultimo).
+3HN-G-A-S-T-A-A-K-W-K-COO-
+3HN-Gly-Ala-Ser-Thr-Ala-Ala-Lys-Trp-Lys-COO-
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Livelli di organizzazione delle proteine
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6
Alcuni tipi di interazioni deboli
Importanza delle forze deboli
Legami covalenti singoli: 300-400 kJ/mol
van der Waals: 0.4 - 4 kJ/mol
legami a idrogeno: 12-30 kJ/mol
legami ionici: 20 kJ/mol
interazioni idrofobiche : < 40 kJ/mol
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7
Struttura secondaria� Organizzazione spaziale regolare e ricorrente
“locale” (a breve distanza)
� Caratterizzata da interazioni deboli, soprattutto legami a idrogeno
L’α-elica(L. Pauling, 1951)
Legami a
idrogeno
Premio Nobel per la
Chimica, 1954
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8
L’α-elica
� È stabilizzata da legami a idrogeno intra-catena
� L’ossigeno di un C=O lega l’idrogeno di un NH di
un amminoacido 4 residui più avanti
� L’elica è destrogira
� Le catene laterali sporgono verso l’esterno dell’elica
� L’elica è un dipolo
L’α-elica è un dipolo
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9
Che cosa destabilizza l’α-elica
� La prolina destabilizza l’elica: è un
anello piuttosto rigido e non può
formare ponti ad idrogeno
� Residui -R ingombranti
� Residui –R prossimi nello spazio e
dotati della stessa carica
Struttura ββββfoglietto pieghettato
Legami a idrogeno
tra catene
Gruppi –R che
sporgono sopra e
sotto il piano
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10
Foglietti β paralleli ed anti-paralleli
Ripiegamento (turn) β� Ripiegamento a 180°
� Quattro amminoacidi: legame a idrogeno tra il 1° e il 4° amminoacido
� Spesso Pro, Gly
� Spesso alla superficie della proteina
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11
Frequenza relativa di amminoacidi nella struttura secondaria
Quantità di α-elica e β-foglietto in alcune proteine
1738Carbossipeptidasi (307)
4514Chimotripsina (247)
3526Ribonucleasi (124)
1240Lisozima (129)
039Citocromo c (104)
078Mioglobina (153)
ββββ fogliettoαααα elicaProteina (residui)
Residui (%)
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12
Proteine fibrose� Gran parte della catena polipeptidica è
organizzata parallelamente ad un singolo asse, con una sola struttura secondaria (nella cheratina, α-elica)
� Nella fibroina della seta la struttura prevalente è il foglietto β; “soffice” perché le interazioni tra foglietti sono deboli
� Le proteine fibrose:
– hanno alta resistenza meccanica e scarsa reattività chimica
– sono insolubili
– hanno un ruolo strutturale
Le α-cheratine dei mammiferi� Presenti in peli, unghie, corna…
� “Avvolgimenti avvolti”
� Ricche in Cys (che possono formare ponti
conferendo rigidità)
� In uccelli e rettili si trovano β-cheratine
18 % Cys
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13
Ponte disolfuro
Tratto da: A.L. Lehninger “Introduzione alla Biochimica”, ed. Zanichelli
Ossidazione e riduzione della cisteina
Tratto da: A.L. Lehninger “Introduzione alla Biochimica”, ed. Zanichelli
Due catene avvolte insieme
Proto
fibrille
Struttura delle α-cheratine
![Page 36: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/36.jpg)
14
La Biochimica dal parrucchiere: la “permanente”
αααα - cheratina dei capelli
Il collagene: una tripla elica� Principale componente dei tessuti connettivi (ossa,
tendini, denti, cartilagini)
� Tre catene avvolte tra loro (tropocollagene): elica
più estesa dell’α-elica
� Composizione amminoacidica particolare
– Un residuo ogni tre è Gly (Gly-X-Y)
– Ricco in prolina
– Amminoacidi insoliti (idrossilisina, idrossiprolina:
formano ponti a idrogeno) “post-traduzionali”;
l’idrossilazione dipende dall’acido ascorbico
� Sono presenti anche legami covalenti inter-catena
![Page 37: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/37.jpg)
15
Dr. Jekyll and Mr. Hyde:le malattie prioniche dipendono dalla
strutturaIl prione “buono” (PrPc)…. e quello “cattivo” (PrPsc)
resistente a tutto e “contagioso”
La conversione PrPc →→→→
PrPsc è autocatalitica
S. Prusiner, Premio Nobel per la
Medicina 1997
Esempi di motivi(struttura supersecondaria)
barile ββββmotivo αααα- αααα
Motivi: raggruppamenti di elementi strutturali secondari
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16
Struttura terziaria� Ripiegamenti nello spazio dei diversi segmenti
� Eliche e “nastri“ si impaccano assieme
� Le proteine si ripiegano per “cercare” la struttura più stabile
� Nelle proteine globulari sono importanti gli effetti idrofobici
� Strutture in genere flessibili
� Stabilizzate da legami deboli
� Talvolta, ponti disolfuro
![Page 39: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/39.jpg)
17
Struttura di proteine globulari
Alcune proteine sono “modulari”
� A volte un modulo può essere ripetuto nella stessa proteina
� L’uso di moduli ha una base genetica
� Alcune proteine sono composte di due o piùmoduli (o dominii)
� Dominii: unità strutturalmente indipendenti che possiedono caratteristiche di piccole proteine globulari
� Ogni dominio si può ritrovare in altre proteine
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18
Esempi di dominii:l’enzima gliceraldeide 3-fosfato
deidrogenasiDominio per il legame con il substrato
Dominio per il legame con il coenzima NAD
Un coenzima che partecipa ad ossidoriduzioni: il NAD
Nicotinammide Adenina Dinucleotide
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19
Struttura quaternaria:associazione di più subunità
� Costituite in modo modulare
� Minori informazioni geniche (minori errori)
� Possibilità di più siti
� Possibilità di regolazione (interazione tra siti)
� Proteine diverse possono condividere le stesse subunità
� Perdita di entropia dovuta alla associazione: sfavorevole
� Guadagno di entropia dovuta al “seppellimento” di residui idrofobici: molto favorevole
� Oltre alla struttura quaternaria, esistono complessi multi-enzimatici
La struttura quaternaria della emoglobina
![Page 42: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/42.jpg)
20
Proteine complesse o coniugate
Classe� Lipoproteine
� Glicoproteine
� Emoproteine
� Flavoproteine
� Metalloproteine– Ferro– Calcio– Zinco– Manganese– Rame
Gruppo prostetico - Esempio� Lipidi β1-lipoproteina
� Glucidi Proteine di membrana
� Eme (ferroporfirina) Emoglobina
� FAD succinato deidrogenasi
– Transferrina– Calmodulina– Superossido dismutasi– Catalasi– Ceruloplasmina; emocianina
Il gruppo prostetico può essere legato alla proteina in diversi modi
Denaturazione delle proteine� Perdita della conformazione spaziale nativa
� Le proteine sono”marginalmente” stabili; basta
la rottura di pochi legami deboli per innescare
la denaturazione
� Molte proteine si denaturano a 50-60°C; alcune
sono stabili a temperature più alte
� La denaturazione oltre che dalla temperatura
può essere provocata da agenti chimici
(caotropici)
� In alcuni casi proteine possono “rinaturarsi”
![Page 43: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/43.jpg)
21
Proteine degli “estremofili”
� Negli “estremofili” (Archaea) ci sono proteine
particolarmente stabili
� Tali proteine sono utili in campi applicativi
� Le loro caratteristiche sono legate alla struttura
(ripiegamento)
“Folding” e denaturazione delle proteine: l’esperimento di
Anfinsen(Nobel per la Chimica
1972)
Denaturazione e “refolding”
della RNAasi (124 aa)
![Page 44: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/44.jpg)
22
Ripiegamento delle proteine
� In E. Coli, una proteina attiva di 100 amminoacidi è prodotta in circa 5 secondi a 37 °C
� Un processo casuale per tentativi richiederebbe venti miliardi di anni (paradosso di Levinthal)
� Probabilmente si formano nuclei di strutture secondarie; il ripiegamento avviene in modo gerarchico
� Ci può essere un “collasso idrofobico”
� Alcune proteine si ripiegano spontaneamente
Ripiegamento delle proteine
![Page 45: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/45.jpg)
23
Ripiegamento delle proteine
• Alcune proteine (chaperone) “guidano”l’avvolgimento (ad esempio, heat shock proteins -hsp)
Chaperon: persona di età matura che un tempo accompagnava una
ragazza di buona famiglia per salvaguardarne la rispettabilità
• Le hsp (come hsp70) ostacolano il ripiegamento
“sbagliato” (“misfolding”) o la denaturazione; sono
proteine molto conservate
Il corretto ripiegamento è “aiutato” da specifiche proteine (hsp e chaperonine);
il processo richiede energia
![Page 46: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/46.jpg)
1
Enzimi� Gli enzimi sono catalizzatori di natura proteica (esistono ancora RNA catalitici o ribozimi)
� influenzano la velocità, ma non l’equilibrio� non si consumano: si trovano immutati alla fine della reazione
� consentono alle reazioni di procedere a velocitàcompatibili con la vita, in condizioni blande
� presenti in piccole quantità (importanza della concentrazione)
� formano complessi reversibili con il substrato� sono specifici
Enzimi� Alcuni enzimi richiedono cofattori (coenzimi)� Ogni enzima mostra condizioni ottimali (pH, T..)� In ogni cellula 2000-3000 enzimi diversi� Alcuni enzimi esistono in forme molecolari diverse (isoenzimi)
� Possono essere “ingannati” da inibitori (la inibizione è alla base dell’azione di molti farmaci)
� Spesso sono coinvolti in vie metaboliche a piùpassaggi
� Talvolta soggetti a regolazione
![Page 47: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/47.jpg)
2
Gli enzimi sono catalizzatori di natura proteica: accelerano le reazioni
biologiche di diversi ordini di grandezzaIncrementi di velocità prodotti da enzimi
SpecificitàGli enzimi:1. catalizzano specifiche reazioni2. Possono riconoscere selettivamente i
propri substrati (specificità geometrica)3. Possono riconoscere la stereoisomeria
� La specificità è controllata dalla struttura
![Page 48: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/48.jpg)
3
Classificazione degli enzimi
La classificazione contiene 4 numeri: ad es., la Lattato Deidrogenasi èLattato:NAD ossidoreduttasi EC 1.1.1.27
Il sito attivo� È una entità spaziale costituita da gruppi anche lontani nella sequenza amminoacidica
� Occupa una parte relativamente piccola della molecola enzimatica
� È una cavità o fenditura (spesso inaccessibile all’acqua)
� I substrati si legano di solito con interazioni deboli
� La specificità dipende dagli atomi/gruppi nel sito attivo
![Page 49: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/49.jpg)
4
Cofattori e Coenzimi� “Cofattori” che partecipano a reazioni enzimatiche (ad esempio, nelle ossido-riduzioni)
� Possono essere legati all’enzima o fungere da co-substrati (co-enzimi)
� Alcuni derivano da vitamine idrosolubili
Vitamina PP(pellagra-preventing)
Un coenzima che partecipa ad ossidoriduzioni: il NAD
Nicotinammide Adenina Dinucleotide
![Page 50: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/50.jpg)
5
Le reazioni enzimatiche:
� Sono spesso in cascata (vie metaboliche)
� Possono essere controllate
PUNTO DI
CONTROLLO
Velocità di reazione ed attivitàenzimatica
� Velocità di reazione: quantità di substrato
trasformato nel tempo
v = - d [S] / dT = d [P] / dT
� Attività enzimatica: è espressa in base alla
velocità della reazione promossa dall’enzima:
� katal (SI): quantità di enzima che converte
1 mol substrato in 1 sec
� Unità internaz. (IU) quantità di enzima che
converte 1 µ mol substrato in 1 min
![Page 51: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/51.jpg)
6
Velocità di reazione ed equilibrio
� L’equilibrio della reazione dipende da ∆G
� La velocità di reazione dipende dalla barriera energetica ∆G ≠
� Ci sono reazioni spontanee (∆G < 0) e sfavorite dal punto di vista cinetico
![Page 52: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/52.jpg)
7
Secondo l’equazione di Arrhenius:
k = A e - ∆G*/RT
dove: k = costante di velocità
∆G* = energia di attivazione
T = temperatura assoluta
Il catalizzatore (enzima) abbassa la energia di attivazione
![Page 53: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/53.jpg)
8
Come funzionano gli enzimiIl modello chiave-serratura (Fischer, 1894)
Sitoattivo
Emil Fischer, 1894
![Page 54: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/54.jpg)
9
Il complesso ES non può essere troppo stabile
da: Garrett & Grisham
Il complesso ES non può essere troppo stabile
![Page 55: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/55.jpg)
10
Come funzionano gli enzimiIl modello dell’adattamento indotto
(“induced-fit” – Koshland 1958)
Sitoattivo
Meccanismi della catalisi
� Catalisi acido-base
� Catalisi covalente
� Metalloenzimi
� Prossimità ed orientamento
![Page 56: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/56.jpg)
11
Prossimità e orientamento
substrati
enzima
Stato di transizione
prodotto
Catalisi acido-base
![Page 57: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/57.jpg)
12
Effetto del pH: la papaina
Fosforil-enzima
Acil-enzima
Glucosil-enzima
Catalisi covalente
Un centro nucleofilo sull’enzima attacca un gruppo elettrofilo del substrato
![Page 58: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/58.jpg)
13
Catalisi favorita da ioni metallici� Metalloenzimi (un terzo
degli enzimi):
– contengono metalli come
cofattori
– enzimi attivati da metalli
� I metalli possono:
– legarsi al substrato per
orientarlo
– partecipare a reazioni redox
– stabilizzare cariche negative
– rendere molecole d’acqua
più acide (Zn2+ e anidrasi
carbonica)
anidrasi carbonica
Meccanismi d’azione: le proteasi a serina
� Tra di esse chimotripsina, tripsina, elastasi: sequenza, struttura e dimensioni (PM = 25.000) simili (evolute da un unico progenitore)
� Stessa specificità di reazione, diversa specificità di substrato
� Partecipano diversi residui amminoacidici (la triade catalitica Ser, His, Asp)
� La serina forma intermedi covalenti (acil-enzima)
� L’istidina agisce come catalizzatore acido-base
� L’aspartato stabilizza e orienta l’istidina
� Meccanismo comune ad altri enzimi (acetilcolinesterasi); evoluzione convergente
![Page 59: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/59.jpg)
14
Sito di riconoscimento per il substrato
Lys; Arg
Aa. aromatici
Ala
La triade catalitica triade catalitica Ser, His, Asp
![Page 60: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/60.jpg)
15
Fluorofosfati organici legano una serina molto reattiva
DIFP
L’istidina rende l’ossigeno della serina
più nucleofilo
O
R1
R2NH
O HH
H N O
O O
H
N
N
Asp102
His57
Ser195
Gly193
![Page 61: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/61.jpg)
16
Meccanismi di azione: la prima reazione della chimotripsina
Acil-enzima
Da: Lehninger
triade catalitica
![Page 62: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/62.jpg)
17
complesso
tetraedrico
La scissione del
complesso
tetraedrico
libera il lato
amminico della
proteina da
idrolizzare
Da: Lehninger
Stabilizzazione dello stato di transizione:la cavità ossianionica
Lo stato di transizione tetraedrico è stabilizzato da due legami a idrogeno
![Page 63: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/63.jpg)
18
Da: Lehninger
L’esistenza dell’acil-enzima
fase esplosiva
(“burst”)
![Page 64: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/64.jpg)
1
La cinetica enzimatica:� Studia la velocità delle reazioni enzimatiche
� Può fornire informazioni sul meccanismo di azionedi un enzima
� Fornisce informazioni sul ruolo di un enzima in condizioni cellulari e sulle risposte a variazioni di concentrazioni di metaboliti
� Fornisce informazioni su come un enzima è regolato
E’ utile:
� nella caratterizzazione di enzimi ad impiego industriale
� nel dosaggio di attività enzimatiche quali indici diagnostici
� nel discriminare diverse forme enzimatiche sia fisiologiche (isoenzimi) sia anomale
Velocità di reazione ed attivitàenzimatica
� Velocità di reazione: quantità di substrato
trasformato nel tempo
v = - d [S] / dT = d [P] / dT
� Attività enzimatica: è espressa in base alla
velocità della reazione promossa dall’enzima:
� katal (SI): quantità di enzima che converte
1 mol substrato in 1 sec
� Unità internaz. (IU) quantità di enzima che
converte 1 µ mol substrato in 1 min
![Page 65: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/65.jpg)
2
Velocità iniziale� La velocità dipende dal substrato, ma [S]
cambia nel tempo (si consuma)
� Per semplicità, la cinetica viene studiata in condizioni iniziali (tempo = 0)
� In queste condizioni,
� [S] >> [E]
� [P] ≈ 0 (la reazione inversa da P a S ètrascurabile)
Cinetica enzimatica
E + S ES
L’enzima si combina con S formando il complesso ES in una
tappa veloce e reversibile.
ES E + P
Nella seconda tappa, spesso più lenta, il complesso ES si
decompone per dare il prodotto più l’enzima libero.
La velocità della reazione dipende dalla concentrazione di ES (I
ordine):
v0 = k3 [ES]
k1
k2
k3
![Page 66: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/66.jpg)
3
Cinetica enzimatica
Michaelis e
Menten
Cinetica enzimatica:assunzione dell’equilibrio
� Il complesso ES è in rapido equilibrio con
l’enzima libero E
se k3 << k2 Ks = k2/ k1
assunzione dello stato stazionario:
� d [ES]/dt = 0
![Page 67: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/67.jpg)
4
Cinetica di Michaelis-Menten
Reazioni catalizzate da enzimi
Un grafico di velocità iniziale contro [S] mostra tre zone:
Km ha le dimensioni di una concentrazione
Parametri cinetici
� Km
� kcat costante catalitica (numero di turn-over)
� Vmax (dipende da [E0])
� kcat/Km (costante di specificità o efficienza
catalitica)
� Inibizione (Ki)
![Page 68: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/68.jpg)
5
Significato della KM� È una costante di dissociazione apparente:
misura il grado in cui l’enzima è legato al substrato
� Dipende dalle costanti cinetiche:
KM = (k2 + k3)/ k1
� Se ha valori bassi, l’enzima si satura con poco
substrato (affinità elevata)
� Corrisponde alla concentrazione di S per la quale:
v0 = VM/2
� È caratteristica di un enzima per un certo substrato
Significato della KM
Spesso la KM ha valori
simili alle concentrazioni
cellulari fisiologiche dei
substrati (in rosa)
![Page 69: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/69.jpg)
6
Numero di turn-over o costante catalitica (kcat)
VM = kcat [E0]
� Massimo numero di molecole di substrato
convertite nella unità di tempo da una
molecola (sito) di enzima
� È correlata alla velocità di decomposizione
del complesso ES
Grafico degli inversi
Consente di linearizzare i dati
![Page 70: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/70.jpg)
7
Significato di kcat/Km (costante di efficienza o di specificità)
� Dà una idea della efficienza relativa con cui
vengono trasformati substrati diversi (specificità)
� Dà una idea dell’efficienza catalitica dell’enzima
� Enzimi “perfettamente” evoluti hanno costanti
cinetiche che si approssimano alla diffusione
4. 1082,5 . 10-21. 107H2O2Catalasi
8,3. 1070,0121. 106CO2Anidrasi carbonica
1,6. 1089. 10-51,4. 104AcetilcolinaAcetilcolin-esterasi
kcat
/Km
(s-1M-1)
Km (M)kcat
(s-1)SubstratoEnzima
1 . 1082. 10-52. 103Benzilpenicil-lina
β-lattamasi
1,6. 1085. 10-6800FumaratoFumarasi
Enzimi per cui kcat
/Km è vicino alla velocità di associazione controllata per diffusione
![Page 71: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/71.jpg)
8
Effetto della temperatura
denaturazione
Tratto da: Champe, Harvey, Ferrier “Le basi della Biochimica”, Zanichelli
Relazione tra temperatura e velocità (Arrhenius)
ln v = cost. - Eatt/RT
![Page 72: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/72.jpg)
9
Inibizione enzimatica
� Reversibile
– competitiva
– non competitiva e mista
– (acompetitiva)
� Irreversibile (inattivazione)
Inibizione competitiva
![Page 73: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/73.jpg)
10
Inibizione competitiva
L’inibitore competitivo riduce la concentrazione di enzima libero disponibile per legare il substrato
Inibizione competitiva
![Page 74: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/74.jpg)
11
Il grado di inibizione dipende da [I] e da KI (affinità dell’inibitore)
E’ possibile ricavare KI
Inibizione non competitiva
(KI = KI’)
![Page 75: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/75.jpg)
12
Inibizione non competitiva
Inibizione non competitiva
![Page 76: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/76.jpg)
13
Inibizione mista
(KI ≠≠≠≠ KI’)
Inibitori irreversibili� Si legano all’enzima con legami stabili (covalenti)
� Non possono essere rimossi con mezzi semplici
� Cinetica analoga all’inibizione non competitiva
� Sono utilizzati
– nello studio dei siti catalitici
– come farmaci (anti-metaboliti)
– come anti-parassitari
![Page 77: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/77.jpg)
14
Un reattivo per le
cisteine
Inibitori a serina (acetilcolinesterasi)
DIFP, esteri fosforici (Parathion), gas nervini
Sarin
![Page 78: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/78.jpg)
15
Inibitori come farmaci: i sulfamidici
Un inibitore competitivo del metabolismo dei folati (diidrofolato reduttasi)
![Page 79: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/79.jpg)
16
La parete batterica e il peptidoglicano
� Vasto polimero di
glucidi e piccoli peptidi
tenuti assieme da
legami crociati
� Struttura rigida
resistente alla lisi
osmotica
Azione della penicillina
Inibisce la formazione di legami crociati nel peptidoglicano della parete batterica
Non esiste analoga reazione nel metabolismo animale
![Page 80: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/80.jpg)
17
Inibitori come farmaci:le “statine”
Abbassano i livelli di
colesterolo inibendo l’HMG-
CoA reduttasi, enzima-
chiave nella sintesi endogena
del colesterolo
Inibitori come farmaci: inibitori delle HIV proteasi
� Il virus HIV utilizza aspartato proteasi per scindere poliproteine
� Le proteasi tagliano legami particolari (Phe-Pro; Tyr-Pro)
� occorrono inibitori ad alta specificità
![Page 81: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/81.jpg)
18
Inibitori come farmaci:gli inibitori suicidi
� Di norma poco reattivi
� vengono riconosciuti dal sito catalitico
� reagiscono covalentemente col sito catalitico,
inattivandolo
� Ottimi candidati come farmaci per i minimi
effetti collaterali
![Page 82: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/82.jpg)
1
Regolazione enzimatica
♦ Quantità di enzima (sintesi /degradazione)
♦ Cofattori
♦ Modificazioni allosteriche
− cooperatività (effetti omotropici)
− effettori (effetti eterotropici)
♦ Modificazioni covalenti
− reversibili: fosforilazione/defosforilazione
− irreversibili: attivazioni proteolitiche
Possono coesistere più meccanismi di regolazione
� ha cinetica sigmoide
� è quasi sempre polimerico
� mostra cooperatività
� Esiste in due forme, T ed R, a diversa affinità
(T a bassa affinità)
� Può essere descritto con gli stessi modelli
usati per l’emoglobina
Un enzima regolato (allosterico):
T ⇔⇔⇔⇔ R
![Page 83: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/83.jpg)
2
Cinetica di un enzima regolato
Un caso di cooperativitàestrema
Concentrazione critica di substrato
![Page 84: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/84.jpg)
3
Effettori allosterici
Effettori allosterici
![Page 85: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/85.jpg)
4
Inibizione retroattiva (a feed-back)
La reazione catalizzata dalla aspartato transcarbamilasi (ATCasi)
una pirimidina
![Page 86: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/86.jpg)
5
L’aspartato carbamiltransferasi
Modificazioni covalenti
CoagulazioneTrombinaBicarbonatoγ-carbossilazione
TrascrizioneRNA
polimerasi
NADADP-
ribosilazione
Impaccamento
DNA
IstoniAcetil CoAAcetilazione
Metabolismo
glucosio;
segnalazione
Glicogeno
fosforilasi
ATPFosforilazione
FunzioneEsempioDonatoreModificazione
![Page 87: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/87.jpg)
6
Regolazione covalente:fosforilazione/defosforilazione
(Ser, Thr; Tyr)
Regolazione covalente:fosforilazione/defosforilazione
� La regolazione per fosforilazione è un processo
comune
� 30-50 % delle proteine negli eucarioti possono
essere fosforilate
� Nell’uomo esistono più di 500 chinasi
� Esistono numerose chinasi che riconoscono
sequenze consenso di amminoacidi
� Possono esserci fosforilazioni multiple
![Page 88: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/88.jpg)
7
Amplificazione in cascata
Quando enzimi attivano altri enzimi, il numero di molecole influenzate in una cascata aumenta geometricamente
Numerose chinasi sono coinvolte nella trasduzione di
segnali
![Page 89: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/89.jpg)
8
Attivazioni proteolitiche:
gli enzimi digestivi
zimogeni
Vengono prodotti anche inibitori delle proteasi
Attivazioni proteolitiche:la cascata della coagulazione
![Page 90: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/90.jpg)
1
Trasporto dell’ossigeno�Bassa solubilità di O2 in soluzioni acquose come il
sangue (1 x 10-4 M)
� In singole cellule o piccoli organismi è sufficiente la diffusione
�Esistono numerose proteine che legano ossigeno
– Emoglobina (ferro)
� vertebrati
– Emocianine (rame)
� molluschi
– Clorocruorine (ferro)
� Anellidi
ββββ 2
Mioglobina ed EmoglobinaProteine globulari complesse (contengono un
gruppo prostetico)
Emoglobina
Mioglobina
αααα 1αααα 2
ββββ 2 ββββ 1
Max Perutz, Premio Nobel per la Chimica 1962
![Page 91: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/91.jpg)
2
Il gruppo prostetico è detto eme� È costituito da ferroprotoporfirina IX e Fe (II)
� Nell’emoglobina funzionale il Ferro rimane Fe2+ e non si ossida
� Esiste una emoglobina non funzionale contenente Fe3+ (metaemoglobina)
gruppi
propionici
pirrolo
globina
Nell’eme il Ferro (II) può avere sei legami di coordinazione:
� Quattro con gli N degli anelli
pirrolici
� Uno con una ISTIDINA
(prossimale) della globina
� Uno disponibile per l’ossigeno
� Il ferro deve essere “protetto”dalla ossidazione
His
sito per l’ossigeno
![Page 92: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/92.jpg)
3
Vista di lato
Residuo di His
prossimale
Piano dell’anello
porfirinico
proteina
Istidina prossimale e distale
![Page 93: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/93.jpg)
4
Ruolo dell’istidina distale
monossido di carbonio
Localizzazione dell’eme
His prossimale
His distale
tasca idrofobica
![Page 94: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/94.jpg)
5
La ferro-protoporfirina è responsabile del colore del sangue
Mioglobina ed Emoglobina
� La struttura delle due proteine è diversa:
– Mioglobina: monomero con un gruppo prostetico (eme) che
complessa uno ione Fe2+.
– Emoglobina: tetramero (nei mammiferi) fatto di subunità (α2β2)
simili alla mioglobina; ognuna contiene un gruppo prostetico (eme)
che complessa uno ione Fe2+.
� Le funzioni biologiche delle due proteine sono diverse:
– Mioglobina: lega con lata affinità l’O2 e lo rende disponibile
SOLO quando la pO2 è molto bassa (muscolo, cetacei in
immersione).
– Emoglobina: lega l’O2 quando la pO2 è alta (polmoni, branchie) e
lo rilascia quando la pO2 è più bassa (tessuti, cellule).
![Page 95: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/95.jpg)
6
La Mioglobina:
� È una proteina monomerica globulare compatta
� Contiene otto segmenti (A, B, C...) ad α-elica
(circa 75%)
� Possiede una cavità idrofobica che contiene
l’eme
� 153 amminoacidi
� PM ≈ 17.000
Il legame con l’ossigeno
� Nella mioglobina:
� Si definisce la saturazione frazionale (ΥO2 ) la
frazione di siti che hanno ossigeno legato:
Mb + O2 MbO2
KD =[Mb] [O2]
[MbO2]
γO2 =[Mb] + [O2]
[MbO2]γO2 =
KD + [O2]
[O2]
![Page 96: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/96.jpg)
7
La MIOGLOBINA mostra una caratteristica
curva di saturazione iperbolica
Y
Y = [O2] /(K D + [O2]) = pO2 /(p50 + pO2)
Ruolo della mioglobina
� Mb ha un’alta affinità per
l’ossigeno: p50 bassa (2.8 Torr)
� Riesce ad “estrarre” l’ossigeno
dai capillari
� Quando le cellule sono
metabolicamente attive, Mb
rilascia l’ossigeno ai muscoli
![Page 97: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/97.jpg)
8
L’emoglobina:� È costituita da 4 subunità (tetramero α2β2)
� è una proteina regolata (allosterica)
� mostra una curva di saturazione sigmoide
(cooperatività positiva)
Confronto tra Mb e Hb
![Page 98: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/98.jpg)
9
L’emoglobina: una proteina regolata
� Effetti omotropici (dovuti al legando):
– cooperatività positiva
� Effetti eterotropici (dovuti ad altre molecole,
che si legano in un sito diverso da quello
attivo)
– allosterismo
Come si spiega la regolazione ?
� L’emoglobina esiste in due conformazioni (Perutz):
- Conformazione T (tesa), a bassa affinità per l’O2 (forma
deossigenata)
- Conformazione R (rilassata), ad elevata affinità per l’O2
T ⇔⇔⇔⇔ R
� Il legame della prima molecola di O2 causa la rottura di
alcune interazioni tra le subunità, rendendo più facile il
legame con le successive molecole di O2: cooperatività
positiva. Il cambiamento di affinità è dovuto ad una
modificazione conformazionale.
� Nella emoglobina, la forma T è stabilizzata da ponti salini
![Page 99: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/99.jpg)
10
Effetto del legame con O2
Cooperatività positiva
STATO T
STATO R
![Page 100: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/100.jpg)
11
Modello concertato (MWC)
� La proteina è un oligomero
� Esiste in due stati conformazionali, T ed R in equilibrio
� La forma non legata è T, a bassa affinità
� Tutti i siti di legame sono equivalenti
Stato T Stato R
L’emoglobina è finemente modulata: effetto del pH e della CO2
� In acqua, la CO2 libera H+ (reazione favorita dalla
anidrasi carbonica)
CO2 + H2O ⇔⇔⇔⇔ H2CO3 ⇔⇔⇔⇔ H+ + HCO3-
gli ioni idrogeno stabilizzano la forma deossi:
H+Hb + O2 ⇔⇔⇔⇔ HbO2 + H+
![Page 101: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/101.jpg)
12
L’emoglobina è finemente modulata: effetto del pH (effetto Bohr)
A pH più bassi la
curva di saturazione si
sposta a destra:
minore affinità
L’emoglobina è finemente modulata: effetto della CO2
� La CO2 si lega a gruppi amminici terminali con
formazione di carbammati:
R-NH2 + CO2 ⇔⇔⇔⇔ R-NH-COO- + H+
� Anche questa reazione stabilizza la forma T
(deossi);
� inoltre consente il trasporto della anidride carbonica
(15-20%), che viene rilasciata quando in presenza di
alte concentrazioni di O2 la forma ossi prevale
![Page 102: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/102.jpg)
13
Il sistema tamponante del sangue
� Il principale sistema tampone è il bicarbonato:
� La reazione è catalizzata dall’enzima anidrasi carbonica
CO2 + H2O ⇔⇔⇔⇔ H2CO3 ⇔⇔⇔⇔ H+ + HCO3-
da: Berg et al. Biochimica 6E - Zanichelli
L’emoglobina è finemente modulata: ruolo del BPG
![Page 103: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/103.jpg)
14
L’emoglobina è finemente modulata: ruolo del BPG
BPG stabilizza la forma deossi legandosi ad
una cavità con gruppi positivi
Concentrazione alta nel sangue
Ruolo del BPG
![Page 104: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/104.jpg)
15
Emoglobina fetale Hb F
Emoglobina fetale: BPG si lega
debolmente
His 143 assente in HbF
![Page 105: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/105.jpg)
16
Varianti dell’emoglobina
� Ci sono almeno 800 varianti della emoglobina:
circa 95% riguardano un solo amminoacido
� Il 5 % della popolazione mondiale ha una
emoglobina diversa da quella “normale”
(HbA)
� Numerose mutazioni sono “silenti” (non
“patologiche”) - mutazioni conservative
� Consentono di studiare relazioni
struttura/attività
Anemia falciforme ed HbS� In Hb S, una Val sostituisce Glu in una posizione
superficiale;
� Val può dare legami idrofobici con un’altra Hb, particolarmente nella forma deossi;
� Le molecole Hb si aggregano in fasci e possono precipitare (eritrociti falciformi)
� Distribuzione geografica caratteristica
![Page 106: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/106.jpg)
17
In Hb S, una Valina sostituisce un Acido glutammico
Hb S è meno acida di HbA
Distribuzione geografica
da: Berg et al. Biochimica 6E - Zanichelli
Il “tratto” falciforme (eterozigoti) conferisce protezione dalla malaria.
Nella talassemia sono coinvolte intere catene.
![Page 107: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/107.jpg)
1
Lipidi� Composti eterogenei, idrofobici (poco solubili
in acqua, solubili in solventi apolari)
� Funzioni principali:
– riserve energetiche (grassi e olii)
– costituenti delle membrane
– in alcuni casi, “messaggeri” (ad esempio, ormoni)
– agenti emulsionanti
Acidi grassi
� Acidi carbossilici a lunga catena, spesso a numero pari di carbonii (i più comuni hanno 12-24 carbonii)
� Possono essere saturi o insaturi:– gli insaturi sono di solito cis
– le insaturazioni spesso cominciano dal C-9 (∆9)
– le insaturazioni sono ogni tre carbonii (non sono coniugate)
� I punti di fusione:– aumentano con la lunghezza
– diminuiscono con il grado di insaturazione
� La “fluidità” aumenta con il grado di insaturazione
![Page 108: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/108.jpg)
2
Alcuni acidi grassi naturali
Acidi grassi saturi e insaturi
Acido stearico 18:0 Acido oleico 18:1 (∆9)
cis
![Page 109: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/109.jpg)
3
“Impaccamento” degli acidi grassi
Triacilgliceroli (trigliceridi)� Esteri del glicerolo con acidi grassi� Riserva energetica depositata in forma anidra� Possono produrre acqua metabolica� Sono isolanti termici
glicerolo
![Page 110: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/110.jpg)
4
Cere
� Esteri di acidi grassi a lunga catena con
alcoli a lunga catena
� Funzioni energetiche e protettive
� Di largo impiego nell’industria farmaceutica
e cosmetica
Classi principali di lipidi
Lipidi di deposito (neutri)
Lipidi di membrana (polari)
Triacilgliceroli
fosfolipidi glicolipidi
glicerofosfolipidi sfingolipidi sfingolipidi
![Page 111: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/111.jpg)
5
Glicerofosfolipidi� Lipidi polari (anfipatici)
� Il glicerolo è esterificato:
– con due acidi grassi (code non polari)
– con un gruppo fosfato (testa polare)
� Il gruppo fosfato a sua volta può essere
esterificato con un altro alcool
Glicerofosfolipidi
![Page 112: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/112.jpg)
6
Glicerofosfolipidi e fosfolipasi� I fosfolipidi possono essere “tagliati”
da fosfolipasi specifiche
� La fosfolipasi C libera diacilglicerolo,
una molecola segnale
SfingolipidiDerivano dalla sfingosina, un amminoalcool insaturo a 18 carbonii: i
C-1, 2, 3 “somigliano” al glicerolo
Un esempio: la sfingomielina:
Ossidrile in posizione 1
esterificato con fosforilcolina
Legame ammidico con un
acido grasso (cerammidi)
![Page 113: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/113.jpg)
7
Sfingolipidi� Cerammide: unità comune
– Sfingomieline (testa polare di fosfocolina o
fosfoetanolammina)
– Glicosfingolipidi
� Cerebrosidi: singola unità saccaridica
� Gangliosidi: teste polari con oligosaccaridi complessi
(abbondanti sulla superficie esterna delle cellule)
Gli zuccheri di glicosfingolipidi sono i determinanti dei
gruppi sanguigni umani
Sfingolipidi
Lehninger “Introduzione alla Biochimica”, ed. Zanichelli
![Page 114: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/114.jpg)
8
� Quattro anelli condensati (ciclopentano-peridrofenantrene); nucleo planare e rigido
� Precursore di ormoni steroidi, sali biliari, vitamina D…
Steroidi e colesterolo
Testa polare
I sali biliari emulsionano i lipidi
![Page 115: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/115.jpg)
9
Fosfolipidi in acqua
Ad esempio,
acidi grassi
lisofosfolipidi
Tratto da: A.L. Lehninger “Introduzione alla Biochimica”, ed. Zanichelli
Membrane� Strutture laminari che delimitano diversi compar-
timenti cellulari
� Costituite da lipidi anfipatici e proteine (conten-gono anche carboidrati)
� Proteine specifiche svolgono ruoli funzionali
� Semi-permeabili
� Asimmetriche
� Fluide
� Resistenti e flessibili: si auto-assemblano e si sigillano
![Page 116: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/116.jpg)
10
Schema di una membrana: il “mosaico fluido”
esterno
interno
proteina periferica
Mobilità dei lipidi e fluidità
� Movimento delle catene acilichee diffusione laterale
� La fluidità dipende dalla temperatura
� La fluidità dipende dalla composizione (presenza di insaturi, lunghezza delle catene)
� Il colesterolo modula la fluidità
� Il movimento trasversale (“flip-flop”) è lento; richiede enzimi (flippasi e floppasi) e spesso ATP
![Page 117: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/117.jpg)
11
Temperatura di transizione
(stato paracristallino ⇒ fluido)
Composizione in acidi grassi di cellule di E. coli coltivate a temperature diverse
Percentuale rispetto agli acidi
grassi totali
10 °C 20 °C 30 °C 40 °C
Acido miristico (14:0) 4 4 4 8
Acido palmitico (16:0) 18 25 29 48
Acido palmitoleico (16:1) 26 24 23 9
Acido oleico (18:1) 38 34 30 12
Rapporto insaturi/saturi 2.9 2.0 1.6 0.38
![Page 118: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/118.jpg)
12
Movimento “flip-flop”
� Le flippasi possono
richiedere energia
� In genere, determinano asimmetria nella membrana
Composizione e asimmetria
![Page 119: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/119.jpg)
13
FRAP: una misura della mobilità
Proteine di membrana� Proteine integrali
– strettamente legate alla membrana con interazioni
idrofobiche
– si possono rimuovere solo disgregando la
membrana (con detergenti)
– Possono contenere più segmenti transmembrana
� Proteine periferiche o estrinseche
– legate blandamente ad una faccia della membrana
– una volta rimosse sono solubili
� Proteine ancorate covalentemente a lipidi (ad
esempio, GPI – glicosil-fosfatidilinositolo)
![Page 120: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/120.jpg)
14
Un esempio di proteina integrale, la
batteriorodopsina (7-S)
1: porzione non raft della membrana2: lipid raft (ricco di colesterolo e sfingolipidi)3: proteina transmembrana associata a lipid raft 4: proteina nella porzione non raft della membrana5: proteina glicosilata6: proteina ancorata al GPI (glicosil-fosfatidilinositolo)7: colesterolo8: glicolipidi
spazio intracellulare
spazio extracellulare
Zattere o “lipid rafts”
Raft
![Page 121: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/121.jpg)
15
Lipidi biologicamente attivi
� Ormoni steroidei
� Fosfatidilinositolo e suoi derivati fosforilati:
– segnalazione
� Cerammide e suoi derivati
– Segnalazione
� Eicosanoidi (derivati dell’acido arachidonico)
– Prostaglandine
– Trombossani
– Leucotrieni
Eicosanoidi
FANS
Tratto da: A.L. Lehninger “Introduzione alla Biochimica”, ed. Zanichelli
Derivano principalmente dall’acido arachidonico
![Page 122: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/122.jpg)
16
EicosanoidiEsplicano il loro ruolo a livello locale: vita breve
� Prostaglandine
– Numerosi tipi
– Stimolano la contrazione uterina, regolano il flusso sanguigno, sono legate all’infiammazione
� Trombossani
– Prodotti nelle piastrine, coinvolti nella coagulazione
� Leucotrieni
– segnali biologici: ad esempio, inducono la contrazione della muscolatura liscia nei polmoni
La cicloossigenasi (COX) che partecipa alla sintesi di prostaglandine e trombossani è inibita da FANS
![Page 123: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/123.jpg)
1
Sistemi di trasporto di membrana
� Diffusione semplice (processo spontaneo non mediato)
� Trasportatori
– Diffusione facilitata o trasporto passivo
– Trasporto attivo
� primario
� secondario
�Canali e pori
Diffusione semplice
Processo spontaneo non
mediato.
La velocità dipende dal
gradiente ∆[C], dalla
superficie di contatto e
da un coefficiente di
diffusione (legge di Fick)
![Page 124: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/124.jpg)
2
Il flusso segue il gradiente di concentrazione…
… oppure un gradiente elettrico (o entrambi)
![Page 125: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/125.jpg)
3
Diffusione semplice
� Non sono richieste proteine particolari
� Le specie si muovono seguendo il gradiente di
concentrazione; da [C] più alta a [C] minore
� Spesso, bassi coefficienti di permeabilità: velocità
bassa
� Poche specie diffondono efficacemente per questa via
(gas come l’ossigeno, molecole non polari come gli
steroidi...)
Trasportatori di membrana
Soggetti a modificazioni
conformazionali
I trasportatori (come gli
enzimi) diminuiscono
l’energia di attivazione
del processo di trasporto
![Page 126: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/126.jpg)
4
Trasporto passivo (diffusione facilitata)
� Come per le reazioni che richiedono enzimi, la diffusione può essere possibile dal punto di vista termodinamico, poco probabile dal punto di vista cinetico.
� I soluti si muovono secondo gradiente (direzione favorita termodinamicamente)
� Proteine aumentano la velocità di trasporto(confronta con gli enzimi)
� Il trasporto mostra cinetiche di saturazione
Trasporti mediati e non mediati:differenze
� Velocità
� Specificità
� Saturazione
� Competizione
� Inibizione/inatti-
vazione
![Page 127: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/127.jpg)
5
Il trasporto passivo del glucosio (Glut1; glucosio permeasi)
� Dodici eliche trans-membrana
� Due siti di legame (interno ed esterno)
� Cambiamento conformazio-nale in seguito al legame con il glucosio
� Glucosio nel plasma: ~ 5 mM
� Famiglia di trasportatori Glut: Glut4 è sotto il controllo dell’insulina
Ad es., Glut
pompa del
sodio
![Page 128: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/128.jpg)
6
Trasporto attivo� I soluti si muovono contro gradiente (chimico,
elettrico o entrambi)
� Il processo sarebbe sfavorito termodinamicamente
– Trasporti attivi primari: l’energia deriva direttamente
da ATP
– Trasporti attivi secondari: l’energia deriva da un altro
processo accoppiato e favorevole (ad esempio,
gradienti ionici)
Un trasportatore attivo primario:la Na+-K+ ATPasi
� Escono 3 Na+
� Entrano 2 K+
� contro gradiente
chimico ed elettrico
![Page 129: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/129.jpg)
7
Un trasportatore attivo primario:la Na+-K+ ATPasi
Dapprima ATP fosforila il
trasportatore e ne cambia la
specificità
Il cambiamento conforma-
zionale è dovuto alla
fosforilazione di un Asp
(ATPasi di tipo P)
La proteina fosforilata lega K+
Il fosfato si libera e K+ viene
rilasciato
La pompa del sodio è inibita dalla ouabaina e da glicosidi
cardioattivi come la digitossina
![Page 130: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/130.jpg)
8
La concentrazione di calcio intracellulare è controllata
� [Ca2+] in è circa 0.1 µM, circa 4 ordini di grandezza più bassa che all’esterno
� Esistono almeno due Ca-ATPasi di tipo P, una di membrana citoplasmatica che espelle il calcio e una del reticolo endoplasmico/sarcoplasmico(SERCA) che lo sequestra
� Nella contrazione muscolare, il calcio èrilasciato dal reticolo
� Esiste anche uno scambiatore Na+/Ca2+
Un trasportatore attivo secondario:il trasportatore intestinale di glucosio
� Il trasportatore porta all’interno (sinporto)
– il glucosio contro gradiente (∆G positivo)
– il sodio secondo gradiente (∆G negativo)
� L’energia (sotto forma di ATP) è consumata
per espellere di nuovo il sodio (pompa del
sodio)
![Page 131: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/131.jpg)
9
Trasportatori attivi primari e secondari
La resistenza ai farmaci anti-tumorali (MDR)
Dipende da una
pompa proteica che
espelle sostanze
estranee (in genere
idrofobiche) come
alcuni farmaci
Glicoproteina P
![Page 132: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/132.jpg)
10
Sistemi di trasporto in cellule di mammifero
� Glucosio
� Amminoacidi
� H+ (ATPasi di tipo F)
� Na+, K+
� Ca++ (SR)
� Ca++, Na+
� Lattosio, H+ (E. coli)
� Passivo
� Co-trasporto attivo con Na+
� Co-trasporto attivo con Na+
� Attivo (mitocondri)
� Attivo primario (antiporto)
� Attivo primario
� Scambio attivo (secondario)
� Attivo secondario (sinporto)
Canali
� “Buco acquoso” nella membrana
� Velocità molto elevate (anche 1000 volte superiori ai trasportatori
� “Gating” (possono essere aperti o chiusi)
� Non saturabili
� Seguono il gradiente
![Page 133: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/133.jpg)
11
La famiglia delle acquaporine� Nei mammiferi esistono almeno 11 proteine-
canale integrali per l’acqua
� Diversa localizzazione e ruolo
� Flusso molto veloce
� Peter Agre, Premio Nobel per la Chimica, 2003
Il canale per il sodio dipendente dal voltaggio è
bloccato dalla tetrodotossina
![Page 134: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/134.jpg)
12
Il recettore dell’acetilcolina
Il canale del recettore dell’acetilcolina
Residui idrofobici ingombranti Leu tengono chiuso il canale
Il legame di due acetilcoline provoca una rotazione
Con i recettori occupati, le eliche espongono residui polari verso il canale
![Page 135: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/135.jpg)
13
Ionofori mobili e che formano canali� Molecole organiche (spesso di origine
batterica) che aumentano la permeabilità di
membrana
– formanti canali
– trasportatori mobili
Valinomicina
Ionoforo specifico per K+
Struttura ciclica; contiene D- ed L-amminoacidi
Affinità per il potassio 1000 volte superiore rispetto al sodio
![Page 136: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/136.jpg)
14
Gramicidina
![Page 137: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/137.jpg)
1
Il metabolismo;sistemi enzimatici coordinati per:
�ottenere energia dall’ambiente (luce solare o sostanze
nutrienti)
�convertire molecole nutrienti nelle molecole caratteristiche
della cellula
�polimerizzare precursori (per produrre proteine,
polisaccaridi, acidi nucleici…)
�sintetizzare/degradare molecole specializzate
In E. coli, più di 1000 reazioni chimiche
Alto livello di coordinazione
Relazioni metaboliche
Da: Lehninger
OSSIDAZIONI
RIDUZIONI
![Page 138: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/138.jpg)
2
Le vie metaboliche� Sono spesso “irreversibili” (∆G << 0)
� Molte tappe sono prossime all’equilibrio (∆G°’ ≅ 0) e dipendono dalle concentrazioni di reagenti
� Una (o più di una) tappa iniziale è di controllo(irreversibile); qui spesso il reagente si accumula (“diga”)
� Vie cataboliche e anaboliche sono spesso diverse
� Le vie cataboliche sono convergenti; quelle anabolichedivergenti
� Negli eucarioti esiste compartimentazione: questo consente di separare alcune vie e di mantenere concentrazioni diverse di metaboliti ed enzimi
I flussi sono controllati dalle reazioni “irreversibili”
Reazione limitata
dall’enzima (lontano
dall’equilibrio)
Reazioni limitate
dal substrato
(prossime
all’equilibrio)
![Page 139: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/139.jpg)
3
Controllo del metabolismo
• Attività enzimatica (regolazione allosterica e covalente)
• Quantità di enzimi (induzione e repressione)
• Disponibilità di substrati
• Stato energetico
AMPADPATP
ADPATP
++
+ 2/1Carica energetica =
Le vie cataboliche sono convergenti
Da: Champe
![Page 140: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/140.jpg)
4
Esempi di reazioni biochimiche
• Trasferimenti di gruppo (sostituzione nucleofila)
• Ossido-riduzioni
• Eliminazioni, isomerizzazioni, riarrangiamenti
• Reazioni che formano/rompono legami C-C
Composti “ad alta energia”• La completa ossidazione di “combustibili”
libererebbe notevoli quantità di energia:
– Glucosio: 2850 kJ/mole
– Palmitato 9780 kJ/mole
• Il metabolismo procede a tappe: l’energia è
immagazzinata a “pacchetti” in intermedi
“ad alta energia”
![Page 141: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/141.jpg)
5
ATP, un composto con elevata energia di idrolisi
Adenina
ATP, un composto con elevata energia di idrolisi
![Page 142: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/142.jpg)
6
Sub-
Trasferimento di
un gruppo fosfato
Trasferimento di un
gruppo adenilico
Sub-
ATP
Importanza di intermedi fosforilati
Composti in genere stabili cineticamente
![Page 143: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/143.jpg)
7
L’ATP è usato per alimentare numerosi processi
The ATP cycle
Luce (fotosintesi) o composti ad alta energia potenziale (respirazione)
Sintesi di macro-molecole (proteine, DNA…)
Sintesi di altri componenti cellulari
Movimenti cellulari e lavoro meccanico
Trasporti di molecole/ ioni contro gradiente
Generazione di potenziali elettrici
Calore
Nell’uomo ci sono circa 100 g di ATP: a riposo si “consumano”
circa 40 kg ATP/giorno
Reazioni accoppiate
![Page 144: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/144.jpg)
8
Coenzimi ossido-riduttivi
NAD+ e FAD
• Piridinici (NAD e NADP)
– Derivano dalla niacina (Vitamina PP o B3)
– Cosubstrati di più di 200 enzimi
– Ruoli metabolici specializzati
– Accettano due elettroni (ione idruro H:-)
– NADPH è coinvolto nelle biosintesi riduttive
• Flavinici (FMN e FAD)
– Derivano dalla riboflavina (vitamina B2)
– Possono trasferire un elettrone alla volta
– In genere, legati saldamente agli enzimi (flavoproteine)
Coenzimi ossido-riduttivi
![Page 145: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/145.jpg)
9
Un coenzima che partecipa ad ossidoriduzioni: il NAD(P)
Nicotinammide Adenina Dinucleotide
Ossidoriduzioni ed energia
• L’ossidazione di coenzimi ridotti è un processo
esoergonico
• L’energia liberata può essere utilizzata per la
sintesi di ATP (fosforilazione ossidativa)
• ATP può essere generato anche dall’accoppia-
mento con processi più esoergonici
(fosforilazione a livello del substrato)
![Page 146: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/146.jpg)
10
- CH2- CH2- - CH ==== CH -
FAD FADH2
Il substrato si è ossidato (ha perso elettroni), il FAD si è ridotto a FADH2 (ha acquistato elettroni)
- CH - CH2-
OH
- C - CH2-
ONAD+ NADH
Il substrato si è ossidato (ha perso elettroni), il NAD+
si è ridotto a NADH (ha acquistato elettroni)
I coenzimi flavinici e piridinici sono accettori di elettroni che provengono dalle
ossidazioni
Gli elettroni possono trasferirsi da prodotti ridotti a reagenti
ossidati di una reazione sovrastante
OSSIDANTI
RIDUCENTI
Da: Lehninger
![Page 147: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/147.jpg)
1
Il glucosio svolge un ruolo centrale
Glicogeno, amido,
saccarosio...
deposito
glicolisi (10 reazioni)
Acidi grassi
![Page 148: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/148.jpg)
2
Alcuni aspetti della glicolisi• Via “antica” e conservata
• Formazione di ATP nella glicolisi
• Destino del piruvato
• Energia rimasta nel piruvato
• Ruolo degli intermedi fosforilati
• Altri zuccheri come fruttosio e galattosio sono trasformati in intermedi della glicolisi
• Il NAD+ come reattivo limitante
• Fermentazioni: reazioni anaerobiche che rigenerano NAD+
Glicolisi: fase preparatoria
Fosforilazione del glucosio e
formazione della
gliceraldeide-3-P
![Page 149: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/149.jpg)
3
Glicolisi: fase di recupero
conversione della gliceraldeide-3-P
Formazione di ATP
Glucosio + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi→ 2 piruvato + 2 NADH +
2 ATP + 2 H2O + 4 H+
Il glucosio è
trasportato
all’interno
della cellula
![Page 150: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/150.jpg)
4
1. Attivazione del glucosio:
la prima tappa è “irreversibile” e regolata
∆G = - 33.9 kJ/mol
Reazioni accoppiate
![Page 151: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/151.jpg)
5
Isoenzimi della esochinasi:ruolo metabolico
Vmax/2
epatica (non è inibita da G-6-P)
inibita da G-6-P
Il glucosio è trattenuto nella cellula dalla fosforilazione a G6P
La fosforilazione
sposta l’equilibrio a
destra
![Page 152: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/152.jpg)
6
2. Isomerizzazione a fruttosio
È più facile fosforilare un -OH primario
3. La seconda fosforilazione è catalizzata dalla fosfofruttochinasi (PFK-1)
![Page 153: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/153.jpg)
7
La fosfofruttochinasi è un enzima regolato
4. L’aldolasi catalizza una condensazione aldolica
∆∆∆∆G = - 0.23 kJ/mol
![Page 154: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/154.jpg)
8
5. I prodotti dell’aldolasi possono
interconvertire per isomerizzazione
La glicolisi prosegue dalla GA3P
TPI è un enzima “perfetto”
6. L’ossidazione dell’aldeide “guida” la
formazione dell’acilfosfato, composto
ad alta energia
![Page 155: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/155.jpg)
9
Meccanismo d’azione della
gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi
tioemiacetale tioestere
7. La fosfoglicerato chinasi forma ATP
(fosforilazione a livello del substrato)
Le reazioni 6) e 7) sono energeticamente accoppiate:
∆∆∆∆G°’ = 6.3 – 18.5 = - 12.2 kJ/mol
![Page 156: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/156.jpg)
10
Importanza di intermedi fosforilati
6, 7 - riassumendo:
• Un’aldeide (gliceraldeide-3-P) è ossidata a
1,3 bis-fosfoglicerato (che poi si trasforma
in 3-P-glicerato)
• Il NAD+ si riduce a NADH
• Si forma ATP, a spese dell’energia di
ossidazione del carbonio
• La reazione 7) “spinge” in avanti la
reazione 6) con cui è accoppiata
![Page 157: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/157.jpg)
11
Una deviazione nella glicolisi
• Nei globuli rossi, da 1,3 BPG per azione di
una mutasi si forma 2,3 BPG, effettore
negativo dell’emoglobina
8. La fosfoglicerato mutasi riposiziona il
fosfato per la reazione successiva
![Page 158: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/158.jpg)
12
9. La deidratazione catalizzata da enolasi
forma un composto ad alta energia
10. L’energia del PEP è usata per formare un
secondo ATP (piruvato chinasi)
Reazione fortemente esoergonica
![Page 159: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/159.jpg)
13
Bilancio energetico
della glicolisi
Le reazioni della
glicolisi sono
utilizzate in parte
nella via sintetica
(gluconeogenesi)
![Page 160: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/160.jpg)
14
Destino del piruvato e del NADH
• In condizione aerobiche,
– il piruvato è ossidato completamente a CO2 e
acqua (ciclo dell’acido citrico)
– Il NADH partecipa al trasferimento di elettroni
fino all’accettore finale ossigeno: in questo
processo si rigenera NAD+
• In condizioni anaerobiche,
– Il piruvato è trasformato per rigenerare NAD+
(fermentazioni)
Fermentazione lattica• Serve per rigenerare NAD +
• Il lattato è trasportato dal
sangue al fegato dove si può
riformare glucosio (ciclo di
Cori)
![Page 161: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/161.jpg)
15
Fermentazione alcolica (lieviti)
È necessario un cofattore, la
tiamina pirofosfato
La tiamina pirofosfato
• Deriva dalla tiamina, vitamina B1, anti beri-beri
• Partecipa a reazioni di decarbossilazione,
trasportando un’”aldeide attiva”
• Forma un carbanione sull’anello tiazolico (che
contiene un H acido)
![Page 162: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/162.jpg)
16
Vitamina B1
Si forma un carbanioneH acido
Meccanismo
d’azione della
TPP
Da: Lehninger
![Page 163: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/163.jpg)
1
La gluconeogenesi• Alcuni tessuti (globuli rossi, cervello..)
dipendono dal glucosio
• Sintesi di glucosio da precursori non glucidici:
– Lattato, piruvato, ossalacetato, glicerolo…
– Amminoacidi (scheletro carbonioso)
• Usa le reazioni glicolitiche in direzione inversa tranne quelle esoergoniche:
– piruvato chinasi
– fosfofruttochinasi
– esochinasi
• Principalmente nel fegato
• Glicolisi e gluconeogenesi strettamente coordinate
La piruvato carbossilasi produce ossalacetato
• La reazione richiede ATP, HCO3- e biotina (un coenzima
che trasporta CO2 )
• La biotina è legata covalentemente a una lisina dell’enzima
• Regolazione: quando ATP o acetil-CoA sono alti, il
piruvato entra nella gluconeogenesi
• Esiste un "problema di conversione " nei mitocondri
(passaggio di metaboliti tra citosol e mitocondri)
![Page 164: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/164.jpg)
2
La biotina
• Vitamina (H) sintetizzata da batteri intestinali
• Trasporta CO2
• Legata covalentemente a enzimi (braccio mobile)
• La carbossilazione richiede ATP
Biotina Carbossi-biotinil-
enzima
*
L’ossalacetato è
un intermedio del
ciclo di Krebs
(mitocondri)
![Page 165: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/165.jpg)
3
La piruvato carbossilasi
è attivata da acetil-CoA
Acidi grassi
Prima
deviazionepiruvato
chinasi
![Page 166: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/166.jpg)
4
Il trasporto del malato produce NADH citosolici
PEPCK
citosolica
MDH
citosolica
La piruvato carbossilasi è nel mitocondrio
![Page 167: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/167.jpg)
5
Meccanismo di azione della piruvato carbossilasi
La fosfoenolpiruvato
carbossichinasi
• L’ossalacetato è un
piruvato “attivato”
• Occorre molta energia
proveniente:
– dalla decarbossilazione
– dal GTP
![Page 168: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/168.jpg)
6
Le altre due deviazioni
Seconda
deviazione
Terza
deviazione
Nella sintesi di un glucosio si
“consumano” 6 ATP
Dato che nella glicolisi si
formano 2 ATP, un ciclo
futile “costerebbe” 4 ATP
Glicolisi e gluconeogenesi� La glicolisi e la gluconeogenesi sono vie metaboliche
spontanee (esoergoniche)
� Se fossero attive simultaneamente si avrebbe un “ciclo
futile” con consumo di energia: è necessaria una regolazione
reciproca
� Glicolisi: � glucosio + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi � 2 piruvato + 2 NADH
+ 2 ATP
� Gluconeogenesi: � 2 piruvato + 2 NADH + 4 ATP + 2 GTP � glucosio + 2 NAD+
+ 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi
� Glicolisi + gluconeogenesi:
� 2 ATP + 2 GTP ���� 2 ADP + 2 GDP + 4 Pi
![Page 169: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/169.jpg)
7
Il fruttosio 2,6-bisfosfato è un potente
modulatore
La glicolisi è attivata La gluconeogenesi è rallentata
Enzima tandem
• Il fruttosio 2,6-bisfosfato è sintetizzato e scisso
da due attività sullo stesso enzima (PFK-2 e
Fruttosio BisFosfatasi -2, (FBP-2))
• L’enzima è sotto controllo allosterico, covalente,
ormonale
![Page 170: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/170.jpg)
8
Ruolo del fruttosio 2,6-bisfosfato
PFK-2
Via del pentosio fosfato
(“shunt” dell’esosio monofosfato)
� Alternativa ossidativa alla glicolisi
�Tessuto adiposo
�fegato (30% del glucosio ossidato)
� Ha origine dal glucosio 6-fosfato
�Esochinasi, Glicogeno
� Serve a produrre (fase ossidativa)
�Pentosio fosfato (ribosio)
�NADPH
![Page 171: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/171.jpg)
9
NADPH
• NADPH: “potere riducente” per
le biosintesi (come quella degli
acidi grassi)
– Distinto da NADH
– [NAD+]/[NADH] ≅ 1000
– [NADP+]/[NADPH] ≅ 0.01
1. Glucosio 6-fosfato deidrogenasi
Si forma un δ-lattone (estere
ciclico intramolecolare)
2. La lattonasi (esterasi)
accelera l’apertura dell’anello
![Page 172: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/172.jpg)
10
3. Fosfogluconato deidrogenasi
• La fosfogluconato deidrogenasi catalizza la de-
carbossilazione ossidativa del 6-fosfogluconato:
il NADP+ serve da ossidante
Un chetosio:
ribulosio-5-P
4. Formazione del ribosio 5-fosfato
� Si forma il chetone ribulosio-5-
fosfato che una isomerasi
converte in ribosio-5-fosfato
� Nella fase ossidativa si formano
un Ribosio-1-P e due NADPH
� NADPH serve per le vie
sintetiche e previene danni
ossidativi
![Page 173: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/173.jpg)
11
Isomerizzazione del ribulosio 5-P
5
6
Via del pentosio fosfato:fase non ossidativa
• Ricicla pentosi in composti a diverso numero di
carbonii
• Da tre pentosi (C5) si può arrivare a due molecole di
fruttosio-6-P (C6) e una gliceraldeide-3-P (C3)
• Può essere percorsa in entrambe le direzioni
(reazioni facilmente reversibili)
• Consente di arrivare a pentosi senza la fase
ossidativa
• Transchetolasi: trasferisce un frammento a due C da
un chetosio donatore a un aldosio accettore
• Transaldolasi: trasferisce un frammento a tre C
![Page 174: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/174.jpg)
12
La fase non ossidativa ricicla i pentosi a glucosio-6-fosfato
Da: Voet et al. Fondamenti di Biochimica - Zanichelli
FASE
OSSIDATIVA
FASE NON
OSSIDATIVA
C5
C5
C7C3
C4
C6
![Page 175: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/175.jpg)
13
Reazioni
reversibili:
la fase non
ossidativa
può essere
percorsa al
contrario
Versatilità della via dei pentosi
1. Richiesta di “potere riducente” e ribosio
(ad esempio, duplicazione cellulare)
– Fase ossidativa
2. Elevata richiesta di NADPH
– La via prosegue con le reazioni transchetolasiche
e transaldolasiche
3. Bassa richiesta di NADPH
– La fase non ossidativa è percorsa a ritroso
partendo da fruttosio-6-fosfato
![Page 176: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/176.jpg)
14
Carenza di G6PDH e favismo
� NADPH contribuisce a mantenere l’ambiente
riducente nei globuli rossi
� La carenza dell’enzima porta a crisi emolitiche
� Numerosi farmaci e sostanze ossidanti possono
scatenare crisi emolitiche
� Distribuzione geografica simile a quella della
malaria
![Page 177: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/177.jpg)
1
Glicogeno• Il glicogeno (come l’amido) è un polimero del D-glucosio
• I monomeri sono legati con legami glicosidici αααα 1→→→→4
nelle catene principali e αααα 1 →→→→ 6 nelle ramificazioni.
• È un sistema di accumulo del glucosio sotto forma di
granuli (soprattutto nel fegato): struttura molto ramificata
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
OOH
O
CH2OH
OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
OH
n
n
4
6
1α
1α
1mm
Demolizione del glicogeno (glicogenolisi)
• Alimenta il glucosio del sangue (~ 5mM) dal
fegato e la glicolisi nel muscolo
• Riserva di breve durata
• Richiede tre enzimi
![Page 178: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/178.jpg)
2
La glicogeno fosforilasi• Stacca un glucosio -1-fosfato (G1P) da una estremità
non riducente (C-4 libero) (reazione di fosforolisi)
Glicogeno• La struttura dei granuli di glicogeno permette una
rapida mobilizzazione (scissione) del glucosio 1-P
poiché vi sono molte estremità diverse attaccabili
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
OOH
O
CH2OH
OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
OH
n
n
4
6
1α
1α
![Page 179: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/179.jpg)
3
2, 3 Glicogenolisi
• Date le dimensioni del sito, la fosforilasi riesce a tagliare il legame α 1→ 4 fino a quattro residui dalla ramificazione
• 2. Un enzima deramificante“sposta” tre unità di glucosio (transferasi) e “taglia” l’ultimo glucosio (attività glucosidasi) formando glucosio libero
• 3. La fosfoglucomutasi (una isomerasi) converte G1P in G6P
• Nel fegato, il G6P produce glucosio (G6P fosfatasi)
Nel fegato è
presente la G6P
fosfatasi
![Page 180: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/180.jpg)
4
La glicogeno fosforilasi è un enzima
polimerico controllato
• Regolazione covalente: esiste una forma fosfo-
rilata in Serina (fosforilasi a) più attiva e una
defosforilata (fosforilasi b) meno attiva
• Regolazione allosterica: conformazione attiva R
e meno attiva T. Un effettore positivo come
AMP sposta l’equilibrio verso R.
Sintesi del glicogeno
• Sintesi e demolizione devono seguire vie diverse
• Occorrono tre enzimi
• La sintesi è coordinata con la demolizione
• La sintesi ha inizio con una reazione esoergonica
(di attivazione)
• Si utilizza UTP come trasportatore di glucidi
![Page 181: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/181.jpg)
5
1. La UDP-glucosio pirofosforilasi
• G1P è trasferito su UTP
• L’idrolisi del pirofosfato PPi
rende la reazione esoergonica
(strategia comune)
2. La glicogeno sintasi
• Il glucosio è trasferito dall’UDPG sul C-4 di un
estremità non riducente di glicogeno (αααα 1→→→→4 )
![Page 182: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/182.jpg)
6
La glicogeno sintasi è un enzima
controllato
• La glicogeno sintasi è un tetramero in cui la forma
fosforilata (su Ser) è meno attiva (al contrario della
fosforilasi)
• La forma fosforilata è regolata allostericamente
• Il controllo glicogeno fosforilasi/sintasi è ormonale
3. L’enzima ramificante
• La sintasi allunga catene con legami αααα 1→→→→ 4 (come
nell’amilosio)
• Le ramificazioni sono dovute ad un enzima che
trasferisce segmenti di residui di glucosio su di un C6
• Dato che la sintasi può solo allungare segmenti pre-
esistenti, la sintesi comincia da una proteina
glicogenina su cui si forma un “innesco” (su di un
residuo di Tyr)
![Page 183: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/183.jpg)
1
Fasi della demolizione aerobica del glucosio
� Produzione di acetil-CoA (complesso della
piruvato deidrogenasi)
� Ossidazione dell’acetil-CoA (ciclo di Krebs)
� Trasferimento di elettroni e fosforilazione
ossidativa
Gli acetil-CoA possono provenire anche dalla
demolizione (ossidazione) degli acidi grassi
Il Ciclo dell’acido citrico (di Krebs; 1937)
“cristae”
(acetilCoA)
![Page 184: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/184.jpg)
2
Il Ciclo dell’acido citrico: una panoramica
� Via circolare (ciclo) con otto reazioni
� Le reazioni avvengono nella matrice
mitocondriale (un enzima è nella membrana
mitocondriale interna)
� Nei mitocondri vi sono anche gli enzimi per
l’ossidazione degli acidi grassi e la fosforilazione
ossidativa
Il Ciclo dell’acido citrico: una panoramica
� Reazione netta totale:
� Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi →
CoA + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 CO2
� L’energia di ossidazione è conservata nei
coenzimi ridotti e nel GTP
� Il ciclo agisce come un catalizzatore che ossida
gruppi acetilici
� Gli intermedi della via possono essere precursori
di altri composti (funzione anfibolica)
![Page 185: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/185.jpg)
3
Una tappa di collegamento:la piruvato deidrogenasi
� Trasforma il piruvato in acetil-CoA
� È un complesso (in E. coli, 60 subunità!) formato da tre enzimi:– piruvato deidrogenasi
– diidrolipoiltransacetilasi
– diidrolipoildeidrogenasi
� Utilizza cinque coenzimi:– CoA-SH
– tiamina pirofosfato (TPP)
– Lipoato
– NAD+
– FAD
Il complesso piruvato deidrogenasi
consente l’ingresso del piruvato nel
ciclo di Krebs
![Page 186: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/186.jpg)
4
Il coenzima A (CoA-SH)
ββββ-mercaptoetilammina Acido pantotenico
I tioesteri sono composti “ad alta energia”
L’acido pantotenico è una vitamina del
gruppo B
La tiamina pirofosfato
(TPP)
La Tiamina è una vitamina (B1) – anti beri-beri
![Page 187: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/187.jpg)
5
Coenzimi ossido-riduttivi
NAD+
FAD
FMN
Il lipoato (fattore vitaminico)
è un braccio mobile legato
covalentemente all’enzima E2
Catena polipeptidica di E2
(diidrolipoiltransacetilasi)
![Page 188: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/188.jpg)
6
Decarbossilazione
ossidativa del
piruvato
�Piridinici (NAD e NADP)
– Derivano dalla niacina (Vitamina PP o B3)
– Cosubstrati di più di 200 enzimi
– Ruoli metabolici specializzati
– Accettano due elettroni (ione idruro H:-)
– NADPH è coinvolto nelle biosintesi riduttive
�Flavinici (FMN e FAD)
– Derivano dalla riboflavina (vitamina B2)
– Possono trasferire un elettrone alla volta
– In genere, legati saldamente agli enzimi (flavoproteine)
Coenzimi ossido-riduttivi
![Page 189: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/189.jpg)
7
Controllo della piruvato deidrogenasi� Inibizione retroattiva da prodotto
– NADH
– Acetil CoA
� Regolazione covalente
– la fosforilazione tramite una chinasi rende il
complesso meno attivo
– L’insulina attiva la piruvato deidrogenasi tramite una
fosfatasi
� Regolazione allosterica
– ATP inibisce
– AMP attiva
1. La citrato sintasi: l’acetil-CoA condensa con l’ossalacetato
legame tioestere
![Page 190: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/190.jpg)
8
2. L’aconitasi: il citrato isomerizza
La reazione sarebbe spostata a sx, ma si consuma isocitrato
L’isocitrato si ossida più facilmente
3. Prima decarbossilazione ossidativa: l’isocitrato deidrogenasi
Si forma il primo NADH
![Page 191: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/191.jpg)
9
4. Seconda decarbossilazione ossidativa:
l’α-chetoglutarato deidrogenasi
Il meccanismo è analogo alla piruvato deidrogenasi:
il prodotto è un tioestere ad alta energia
5. Parte dell’energia è recuperata in
una fosforilazione a livello del substrato
![Page 192: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/192.jpg)
10
6. Ossidazione del succinato
SDH: nella membrana interna
7. Idratazione del fumarato
![Page 193: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/193.jpg)
11
8. L’ossalacetato viene recuperato: la malato deidrogenasi
La reazione sarebbe endoergonica, ma la
citrato sintasi rimuove l’ossalacetato
I prodotti del ciclo di Krebs
![Page 194: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/194.jpg)
12
Bilancio del ciclo� Nella glicolisi dal glucosio si formano 2 ATP e due
NADH
� Nel ciclo di Krebs da due molecole di piruvato si ottengono:
– 8 NADH (di cui due 2 dalla piruvato deidrogenasi)
– 2 FADH2
– 2 GTP
� Dalla ossidazione dei coenzimi nella fosforilazione ossidativa si ottengono:
– Dal NADH: 2.5 - 3 ATP
– Dal FADH2: 1.5 - 2 ATP
� Dalla ossidazione completa del glucosio si ottengono 32-38 ATP, con una resa attorno al 65%
Controllo del ciclo di Krebs
� Tre fattori:
– Disponibilità di substato
– Inibizione da prodotto
– Inibizione allosterica retroattiva
(da ATP)
� Il ciclo è regolato a livello
delle tre tappe esoergoniche:
– Citrato sintasi
– Isocitrato deidrogenasi
– α-chetoglutarato deidrogenasi
Acidi grassi
![Page 195: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/195.jpg)
13
Reazioni cataplerotiche/anaplerotiche
� Ossalacetato per la gluconeogenesi
� Acetil-CoA per la sintesi degli acidi grassi (via citrato)
� Ossalacetato/chetoglutarato verso il metabolismo degli amminoacidi
� Ossalacetato dalla piruvato carbossilasi (gluconeogenesi); un aumento di acetil-CoA attiva l’enzima
� Ossalacetato/ chetoglutarato dal metabolismo degli amminoacidi
![Page 196: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/196.jpg)
1
Trasporto di elettroni e fosforilazione ossidativa
• Le ossidazioni di nutrienti producono coenzimi ridotti
(NADH, FADH2)
• Nel processo di riossidazione dei coenzimi ridotti è
coinvolto un flusso di elettroni attraverso intermedi redox
• L’energia resa disponibile dal flusso esoergonico di
elettroni è accoppiata al trasporto endoergonico di protoni
attraverso la membrana mitocondriale
• il flusso di protoni in senso inverso (gradiente protonico)
fornisce l’energia libera per la sintesi di ATP
Trasporto di elettroni e
fosforilazione ossidativa: schema
![Page 197: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/197.jpg)
2
Creste
Membrana interna
Membrana esterna
Spazio intermembrana
Matrice
STRUTTURA DEL MITOCONDRIO
Probabilmente “antichi” batteri aerobici; possiedono un loro DNA
Sistemi navetta: i coenzimi ridotti devono
essere trasportati nei mitocondri
La navetta
malato-aspartato
Da: J. Berg, J.L.Tymoczko, L. Stryer “Biochimica”, Zanichelli
![Page 198: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/198.jpg)
3
La navetta del
glicerofosfato
I valori positivi indicano una maggiore tendenza ad acquistare elettroni
(ridursi).
Il flusso di elettroni va da specie con potenziale più negativo a specie con
potenziale più positivo
Potenziali redox nella catena respiratoria
![Page 199: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/199.jpg)
4
I potenziali redox consentono di valutare la variazione di energia libera
E = E°’ +RT/nℑ . ln [accettore e-]/ [donatore di e-]
∆E = Eaccettore - E donatore
∆G°’ = - nℑ ∆E°’
Ad esempio,
NAD+ + H+ + 2e- ⇔ NADH E°’ = - 0.315 V
1/2 O2 + 2H+ + 2e- ⇔ H2O E°’ = 0.815 V
L’ossigeno ha maggior tendenza a ridursi:
1/2 O2 + NADH + H+ ⇔ H2O + NAD+
∆E°’ = 1.130 V ∆G°’ = - 218 kJ/mole
Alla catena respiratoria partecipano:
• Coenzimi (NADH, FADH2, FMN)
• Proteine integrali di membrana come
– citocromi (contenenti gruppi eme)
– proteine ferro-zolfo
• Ubichinone o Coenzima Q, molecola idrofobica
diffusibile nel doppio strato
• Citocromo c, una piccola proteina periferica
(solubile )
![Page 200: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/200.jpg)
5
Schema del trasferimento elettronico
matrice
Spazio intermembrana
Complesso INADH DEIDROGENASI trasferisce elettroni dal NADH al Q
Complesso IISUCCINATO DEIDROGENASI trasferisce elettroni dal FADH2 al Q
Complesso IIIUBICHINONE-CITOCROMO C REDUTTASI trasferisce elettroni dal Q al citocromo c
Complesso IVCITOCROMO OSSIDASI trasferisce elettroni dal citocromo c all’O2
All’interno di ogni complesso, gli elettroni passano sequenzialmente
attraverso una serie di trasportatori di elettroni.
Complesso I : NADH DEIDROGENASI (NADH-ubichinone ossidoreduttasi)
• Trasferimento di elettroni da NADH al Coenzima Q (CoQ ) NADH + H+ + CoQ → NAD+ + CoQH2
• Quattro H+ transportati fuori per 2 e-
Forma a L
![Page 201: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/201.jpg)
6
Complesso I : NADH DEIDROGENASI (NADH-ubichinone ossidoreduttasi)
• Complesso di grandi dimensioni: più di 40
subunità proteiche tra cui
– Una FMN-flavoproteina
– Almeno sei centri FeS
• L’ubichinolo (Coenzima Q ridotto - QH2)
diffonde nella membrana verso il Complesso III
• Inibito da amital (un barbiturico) e rotenone
Coenzimi ossido-riduttivi
NAD+
FAD
FMN
![Page 202: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/202.jpg)
7
Per il loro “trasporto interno” di elettroni le proteine che
fanno parte del I e II complesso utilizzano:
� molecole di FMN e FAD
� centri Fe-S, nei quali il Fe passa dallo stato di
ossidazione +2 a +3 e viceversa, trasportando elettroni
Tratto da: A.L. Lehninger “Introduzione alla Biochimica”, ed. Zanichelli
COMPLESSI I E II
L’ubichinone o
coenzima Q è
liberamente diffusibile
nella membrana
Ubichinone (Q)
ossidato
Radicale
semichinone (QH ••••)
Ubichinolo (QH2)
ridotto
Benzochinone, con una catena
laterale isoprenoide
(comunemente 10 unità: Q10)
![Page 203: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/203.jpg)
8
Complesso II SUCCINATO DEIDROGENASI
(succinato-CoQ reduttasi)
• E’ lo stesso enzima che partecipa al ciclo di Krebs
• Trasferisce elettronidirettamente al CoQ
• NON trasporta H+ nello spazio intermembrana
• Altri substrati trasferiscono elettroni dal FADH2 direttamente al CoQ
da: Lehninger
Complesso III (complesso bc1)UBICHINONE-CITOCROMO C REDUTTASI
• CoQ passa elettroni al citocromo c (e pompa 4 H+)
• Le principali proteine trans-membrana nel complesso III
sono citocromi b e c1
• I citocromi sono agenti che trasferiscono un elettrone
• UQH2 è un trasportatore di elettroni liposolubile
• Il citocromo c è un trasportatore di elettroni idrosolubile
(è una piccola proteina periferica di membrana)
![Page 204: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/204.jpg)
9
I citocromi contengono gruppi prostetici a Ferro
Per il loro “trasporto interno” di elettroni, i complessi III e IV
utilizzano proteine dette citocromi, contenenti gruppi porfirinici
(eme) a cui è legato il Fe, che può passare dallo stato + 2 a quello + 3
e viceversa
I citocromi hanno spettri UV-vis
caratteristici
![Page 205: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/205.jpg)
10
Complesso IVCITOCROMO OSSIDASI
� Grandi dimensioni: 13 subunità
� Trasferisce elettroni dal citocromo c all’O2; si ha una riduzione a 4 elettroni dell’O2 per produrre 2 H2O
� L’ossigeno è dunque l’accettore terminale di elettroni nella catena di trasporto
� La citocromo c ossidasi utilizza 2 gruppi eme di tipo a e 2 siti a rame
� Il complesso IV trasporta anche 2 H+ nello spazio intermembrana
Potenziali
nel trasporto
di elettroni
![Page 206: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/206.jpg)
11
Fosforilazione ossidativa e teoria chemiosmotica
• La sintesi dell’ATP è catalizzata dalla ATP sintasi
• l’energia liberata dal trasporto di elettroni serve per
pompare H+ nello spazio intermembrana creando un
gradiente elettrochimico (pH e carica) (forza motrice
protonica);
• Il potenziale del gradiente è sfruttato per la sintesi di
ATP, grazie al rientro “guidato” di protoni nella matrice
La sintesi di ATP è “guidata” dal gradiente protonico
![Page 207: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/207.jpg)
12
Il gradiente di H+ contribuisce al trasporto di
ATP e Pi
Inibitori della fosforilazione ossidativa
• Il rotenone inibisce il complesso I
• Il cianuro e CO inibiscono il complesso IV, legandosi al ferro dell’eme
• L’oligomicina inibisce l’ATP sintasi
![Page 208: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/208.jpg)
13
Inibitori selettivi
Da: Garrett & Grisham - Biochemistry
Disaccoppianti• L’accoppiamento dipende dall’integrità della
membrana: composti che dissipano il gradiente
protonico (disaccoppianti) impediscono la sintesi
di ATP (ma non la “respirazione”)
• Il grasso bruno contiene un disaccoppiante
proteico naturale (termogenina o UCP-1):
l’energia del gradiente è dissipata come calore
![Page 209: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/209.jpg)
14
Studi su mitocondri:inibitori e disaccoppianti
da: Lehninger
succinato
ADP + Pi
La struttura dell’ATP sintasi
• Composta da due dominii funzionali: Fo e F1
– Fo: (oligomicina-sensibile) proteina integrale di membrana; crea un canale per gli H+;
– F1 : proteina periferica che protrude nella matrice ed è il sito di sintesi dell’ATP; 9 subunità (α3β 3 γδε)
• Il meccanismo di funzionamento dell’ATP sintasi sfrutta il gradiente protonico per sintetizzare ATP; la catalisi è assicurata a turno dalle subunità β, grazie ad una rotazione accompagnata da modificazioni conformazionali.
• La proteina può funzionare come pompa per gli H+, consumando ATP
![Page 210: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/210.jpg)
15
La struttura dell’ATP sintasi
Fo
F1
Spazio intermembrana
matrice
Le specie reattive dell’ossigeno (ROS)
• Durante il trasferimento elettronico, si
possono formare radicali liberi molto reattivi:
O2 + e- O2-. ione superossido
ANIONE SUPEROSSIDO
PEROSSIDO DI IDROGENO
RADICALE IDROSSILE
![Page 211: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/211.jpg)
16
Le specie reattive dell’ossigeno (ROS)
• Vita breve
• Alcune sono radicaliche (elettroni spaiati);
H2O2 è reattiva, ma non è un radicale
• A basse concentrazioni: segnalazione
• A concentrazioni medio-alte: danni
• a proteine, lipidi, acidi nucleici
• L’invecchiamento e numerose patologie
degenerative sono correlati alle ROS
Meccanismi antiossidanti• Composti a basso peso molecolare
– Acido ascorbico (vitamina C), tocoferolo
(vitamina E), glutatione…
• Enzimi
– Superossido dismutasi
– Catalasi, glutatione perossidasi (rimuovono
l’acqua ossigenata)
Stress ossidativo
![Page 212: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/212.jpg)
1
Demolizione dei triacilgliceroli
� Dalla dieta: lipasi digestive (la principale è
pancreatica)
� Dalle riserve: lipasi sotto controllo ormonale
Si formano mono- e diacilgliceroli, acidi grassi e
glicerolo
� I lipidi sono trasportati da lipoproteine (i
trigliceridi principalmente da chilomicroni)
Gli acidi biliari emulsionano i lipidi
![Page 213: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/213.jpg)
2
Mobilizzazione dei lipidi di deposito
� I triacilgliceroli sono idrolizzati
da lipasi sotto controllo
ormonale
� Gli acidi grassi sono trasportati
legati all’albumina
Da: Lehninger - Zanichelli
Lipoproteine plasmatiche: densità e composizione
4629208Fosfolipidi
71172Colesterolo
4050183Esteri col.
6105585Trigliceridi
44809199Lipidi %
1.063-
1.210
1.006-
1.063
0.94-
1.006
< 0.94Densità
(g/ml)
HDLLDLVLDLchilomicroni
![Page 214: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/214.jpg)
3
Catabolismo dei lipidi: utilizzazione
del glicerolo
verso la glicolisi
Attivazione degli acidi grassi
acil CoA
sintetasi
acil CoA
sintetasi
acil CoA
acil-adenilato
legato all’enzima
![Page 215: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/215.jpg)
4
Gli acili sono trasferiti nel mitocondrio dalla carnitina
L’esperimento di Knoop
(1904)
Acidi grassi con numero di
carbonii pari…
e dispari
Dimostra che la degradazione procede
staccando unità bicarboniose
![Page 216: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/216.jpg)
5
La chimica del catabolismo degli acidi grassi
La β-ossidazione degli acidi grassi
� Il legame Cα-C
βsi rompe con difficoltà
� Il carbonio β è ossidato (tre reazioni analoghe a
quelle da succinato ad ossalacetato nel ciclo di
Krebs)
� il β-chetoacil-CoA è scisso da una tiolasi
(reazione inversa rispetto ad una condensazione)
� L’acil-CoA accorciato di due atomi di carbonio
ripete il ciclo
![Page 217: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/217.jpg)
6
Quattro reazioni ripetute
1. Acil CoA deidrogenasi (flavoproteine)
Analogo alla succinato deidrogenasi
![Page 218: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/218.jpg)
7
L’acil CoA deidrogenasi è un enzima
della membrana mitocondriale:
gli elettroni del FADH2 sono trasferiti
all’ubichinone
2. Enoil-CoA idratasi (crotonasi)
� Addiziona acqua al doppio legame: analogo alla fumarasi
� La reazione trasforma il trans enoil- CoA in L-β-idrossiacil-CoA
3. Idrossiacil-CoA deidrogenasi� Ossida il gruppo alcolico secondario in β
� È assolutamente specifico per gli isomeri L
![Page 219: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/219.jpg)
8
4. β-chetotiolasi
Un gruppo Cys-SH
dell’enzima attacca il
ββββ-carbonile
Il gruppo -SH di un nuovo CoA
attacca l’acile accorciato, formando
un nuovo acil-CoA∆∆∆∆G°’ < 0
Il ciclo si ripete
� Per l’acido palmitico (C16),
il ciclo si ripete sette volte,
formando
– 8 acetil-CoA
– 7 NADH e FADH2
![Page 220: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/220.jpg)
9
Destino dei prodotti della β-ossidazione
� Acetil-CoA: ciclo di
Krebs
� Coenzimi ridotti: catena
respiratoria
Acidi grassi dispari
� La β-ossidazione porta a propionil-CoA
� Tre ulteriori reazioni lo convertono in succinil-CoA
� Gli acidi grassi dispari sono precursori per la
gluconeogenesi
Acidi grassi insaturi� Opportuni enzimi (isomerasi) convertono doppi legami da
∆3-cis a ∆2-trans
� Nei poliinsaturi, tali legami vanno “spostati” in modo da
trovarsi in posizione trans ∆2: intervengono una isomerasi
e una reduttasi
![Page 221: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/221.jpg)
10
Demolizione dell’acido oleico (monoinsaturo)
Corpi chetonici� L’acetoacetato si forma per
condensazione di acetil-CoA
� Acetoacetato e idrossibutirrato inter-convertono grazie ad una deidrogenasi
� L’acetone è prodotto per decarbossi-lazione
� I CORPI CHETONICI sono normali composti usati da tessuti extra-epatici
� L’acetoacetato è convertito ad aceto-acetil-CoA grazie al succinil-CoA
� Un eccesso di corpi chetonici (chetosi) si osserva nel digiuno prolungato e nel diabete; può portare ad acidosi
![Page 222: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/222.jpg)
11
Formazione dei corpi chetonici
![Page 223: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/223.jpg)
1
Biosintesi degli acidi grassi• Sintesi e catabolismo usano vie differenti
– la biosintesi avviene nel citosol
– Nella sintesi gli intermedi sono legati a -SH di una
proteina trasportatrice di acili (ACP) invece che a CoA-
SH
– Nella sintesi c’è un solo complesso enzimatico
– La biosintesi utilizza come coenzima NADPH (che
proviene principalmente dalla via dei pentosi)
• L’acetil-CoA è “esportato” dai mitocondri sotto
forma di citrato (sistema citrato-malato-piruvato)
• Oltre a equivalenti riducenti, è richiesto ATP
Le fonti di Acetil-CoA
citosolmatrice mitocondriale
membrana mitocondriale
Acidi
grassi
Acidi
grassi
![Page 224: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/224.jpg)
2
Le fonti di Acetil-CoA
• In condizioni di ATP elevato, il citrato si accumula
ed è trasportato fuori dal mitocondrio
• La reazione catalizzata da citrato liasi è formalmente
l’inverso della sintesi: la formazione dell’intermedio
citril-CoA richiede energia:
• citrato + ATP + CoA ⇔ ossalacetato + acetil-CoA + ADP
+ Pi
• L’ossalacetato si trasforma in malato (MDH)
• Il malato può:
– rientrare nel mitocondrio (grazie ad un trasportatore)
– formare piruvato e NADPH (enzima malico)
Le sorgenti di NADPH:
L’enzima malico
La via del pentosio-fosfato
![Page 225: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/225.jpg)
3
In abbondanza di
ATP, il citrato può
uscire dal
mitocondrio
Ciclo di Krebs
Biosintesi degli acidi grassi
• La sintesi impiega unità bicarboniose: acetil-CoA
• La condensazione di due acetil-CoA sarebbe
endoergonica (la reazione catalizzata dalla tiolasi è
esoergonica)
• Un acetil-CoA viene “allungato” a malonil-CoA
per carbossilazione
![Page 226: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/226.jpg)
4
La proteina
trasportatrice di acili
(ACP)serina
gruppi malonile
sono esterificati
al -SH
L’acetil CoA carbossilasi• La carbossilazione dell’acetil-CoA per formare
malonil-CoA è una tappa irreversibile e regolata
• ACC usa bicarbonato, ATP e biotina
![Page 227: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/227.jpg)
5
NAD e NADP non sono
intercambiabili
NAD+/NADH ≅ 1000
NADP+/NADPH ≅ 0.01
L’acido grasso sintasi• In E. Coli è un complesso multienzimatico
costituito da ACP e sei enzimi
• Negli animali, è costituita da due subunità
ciascuna multifunzione
![Page 228: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/228.jpg)
6
1,2 e 3. I gruppi acetile e malonile,
trasferiti sul complesso, condensano
β-chetoacil-ACP
sintasi (KS)
ACP
Acido grasso
sintasi
condensazione di
Claisen La decarbossilazione
rende il processo
esoergonico
4. Riduzione del β-
carbonile
β-chetoacil-ACP
reduttasi (KR)
si forma un D- β-
idrossiacil-ACP
![Page 229: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/229.jpg)
7
5. Deidratazione
β-idrossiacil-
ACP deidratasi
(HD)
si forma un trans-
∆2-butenoil (enoil)-
ACP
6. Riduzione del doppio legame
enoil-ACP
reduttasi (ER)
si forma il butirril-ACP o un acido
grasso saturo allungato di 2 carbonii
![Page 230: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/230.jpg)
8
Sintesi degli acidi grassi: il seguito• Il butirrile è trasferito sull’-SH del primo enzima
• L’ACP resta libero per “accogliere” un malonile
• Si ha una condensazione e le reazioni su ripetono
allungando di due carbonii l’acido grasso
• Di solito, si arriva al massimo a palmitato C16 ; una
attività idrolitica del complesso lo libera dall’ACP
7 acetil CoA + 7 CO2 + 7 ATP ⇔ 7 malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi
acetil CoA + 7 malonil CoA + 14 NADPH + 14 H+ ⇔ palmitato +
14 NADP + + 8 CoA + 7 CO2 + 6 H2O
8 acetil CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H+ ⇔ palmitato + 7 ADP
+ 7 Pi + 14 NADP +
Regolazione della biosintesi degli
acidi grassi
• L’acetil-CoA carbossilasi (ACC) è
– attivata allostericamente dal citrato
– inibita retroattivamente dal palmitato
– inibita covalentemente per fosforilazione
(controllata da glucagone/adrenalina)
• La citrato liasi è sotto il controllo dell’insulina
![Page 231: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/231.jpg)
9
defosfo-ACC attiva
a basso [citrato]
fosfo-ACC attiva solo ad alto [citrato]
Regolazione ormonale
Modificazioni degli acidi grassi
• Allungamento da palmitato (reazioni non
citosoliche: reticolo endoplasmico, mitocondri)
• Introduzione di doppi legami (desaturazione)
• Nei mammiferi alcuni poli-insaturi devono
essere assunti con la dieta (essenziali)
![Page 232: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/232.jpg)
10
Destino degli acidi grassi
• In gran parte sono incorporati
– nei triacilgliceroli (di deposito)
– nei glicerofosfolipidi (delle membrane)
• Intermedio della sintesi è il glicerolo-3-fosfato
Il fosfatidato, un
intermedio comune
Al glicerolo-3-fosfato
si esterificano due acili
![Page 233: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/233.jpg)
11
TRIACIL-
GLICEROLI
FOSFOLIPIDI
![Page 234: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/234.jpg)
1
DEGRADAZIONE DEGLI
AMMINOACIDI� Gli amminoacidi derivano:
– dalla demolizione enzimatica delle proteine della dieta (digestione)
– dal turn-over fisiologico delle proteine cellulari (attraverso sistemi complessi - proteasoma)
– In caso di digiuno, proteine cellulari sono usate come “combustibile”
� non vengono immagazzinati
� nella degradazione:
– lo scheletro carbonioso viene recuperato
– il gruppo amminico
� può essere recuperato per altre sintesi
� viene eliminato
glucosio
proteine intracellulari
proteine della dieta
urea (prodotto di
eliminazione dell’azoto)
![Page 235: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/235.jpg)
2
Destino dell’ammoniaca nei vertebrati
Animali ammoniotelici:
vertebrati acquaticiAnimali ureotelici:
molti vertebrati
terrestri; squali
Animali uricotelici:
rettili, uccelli.
L’acido urico è il
catabolita delle purineNegli animali terrestri, forma non tossica e che
limiti il dispendio di acqua
proteine della dieta
![Page 236: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/236.jpg)
3
Reazioni di transaminazione
Il gruppo amminico viene trasferito da un amminoacido ad un chetoacido (di solito l’α-chetoglutarato)
Ad esempio,
chetoglutarato + alanina ⇔ glutammato + piruvato
Il meccanismo di reazione a ping-pong coinvolge come coenzima il piridossal-fosfato
Vitamina B6 (piridossina) e
piridossal-fosfato (aldeide)
� Partecipa a numerosi tipi di reazioni
� Di solito, legato covalentemente a un gruppo ε-NH2 di una lisina dell’enzima tramite una base di Schiff
� Va incontro a trasformazioni reversibili
L’anello del PLP, una
“trappola per elettroni”
![Page 237: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/237.jpg)
4
PLP è normalmente
legato all’enzima
tramite ε-NH2 di una
lisina
Il meccanismo della transamminazione
![Page 238: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/238.jpg)
5
La glutammato deidrogenasirilascia ammoniaca nel fegato
Enzima mitocondriale
Basso livello energetico (ADP): vengono
demoliti amminoacidi
L’ammoniaca è trasportata nel sangue come glutammina...
glutammato + NH3 + ATP glutammina + ADP + Pi
La reazione è catalizzata da una glutammina sintetasi
(richiede ATP) mentre la reazione inversa, che “restituisce”
la ammoniaca, è catalizzata dalla glutamminasi
La glutammina è utilizzata per la sintesi di composti azotati
quali i nucleotidi purinici
La glutammina è presente nel sangue a concentrazioni elevate
(rispetto ad altri amminoacidi)
![Page 239: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/239.jpg)
6
Ciclo dell’alanina
� Nel muscolo, gruppi amminici sono trasferiti
prima al glutammato e poi per
transamminazione al piruvato (dalla glicolisi)
che si trasforma in alanina
� l’alanina è trasportata al fegato
� per transamminazione si riforma piruvato
(che nella gluconeogenesi ritorna a glucosio)
e glutammato
Il destino dell’ammoniaca
![Page 240: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/240.jpg)
7
Il ciclo dell’urea� Avviene nel fegato
� Cinque reazione enzimatiche (1 + 4 nel ciclo)– le prime due nei mitocondri, le altre nel citosol
� Si “consuma” ATP
� Un gruppo amminico deriva dal glutammato
mediante GDH
� Il secondo gruppo amminico deriva da un aspartato
� Stretto collegamento tra i cicli dell’urea e di Krebs
� Il ciclo è regolato
0. “Attivazione”dell’ammoniaca
(reazione preliminare)
carbamil-fosfato
sintetasi I
Esiste una carbamil-fosfato
sintetasi II citosolica coinvolta
nella sintesi dei nucleotidi
pirimidinici
carbossi-fosfato
![Page 241: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/241.jpg)
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Il ciclo dell’urea (Krebs, 1932)
1. Ornitina transcarbamilasi(mitocondriale)
L’ornitina funge da accettore di un gruppo carbammilico
La citrullina formata nei mitocondri passa nel citosol
![Page 242: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/242.jpg)
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2. Argininosuccinato sintetasiIl secondo gruppo amminico è portato dall’aspartato, il cui
gruppo amminico condensa con il carbonile della citrullina
citrullil-AMP
3. Argininasuccinato liasi
La via può essere utilizzata per la sintesi di arginina
![Page 243: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/243.jpg)
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4. Arginasi
L’ultima reazione rigenera l’ornitina.
L’arginina tramite la NO sintasi è il precursore dell’ossido nitrico
NO, un importante mediatore che agisce sul messaggero GMP ciclico
Collegamenti tra ciclo dell’urea e ciclo di
Krebs
![Page 244: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/244.jpg)
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La sintesi dell’urea è
regolata dall’ N-
acetil-glutammato
A lungo termine, viene
regolata anche la sintesi
degli enzimi coinvolti
La sintesi dell’urea
aumenta in caso di dieta
iper-proteica o di
digiuno prolungato
Gli amminoacidi sono
degradati, attraverso reazioni
“dedicate”, a intermedi meta-
bolici comuni
![Page 245: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/245.jpg)
1
Biosegnalazione• Nei sistemi multicellulari, segnali chimici inducono/
coordinano risposte fisiologiche interagendo con
recettori
– Specificità: complementarietà tra segnale e recettore
– Affinità
– Sensibilità
– Integrazione: più segnali coordinati
– Amplificazione in cascataSEGNALE
Segnalazione e recettori di membrana
• Rilascio del segnale (primo messaggero: ad
esempio, un ormone)
• Interazione con il recettore specifico
• Trasferimento del messaggio (trasduzione)
tramite secondo messaggero
• Attivazione di effettori come risposta (spesso
enzimi intracellulari)
• Spegnimento/desensibilizzazione
![Page 246: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/246.jpg)
2
Desensibilizzazione
L’attivazione del recettore può
scatenare un meccanismo
retroattivo che “spegne” il
recettore o lo rimuove dalla
superficie cellulare
SEGNALE
RISPOSTA
L’adrenalina (epinefrina)
Deriva dalla tirosina
Sintetizzata nelle ghiandole surrenali
![Page 247: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/247.jpg)
3
Recettori a proteina G e Adrenalina
Da: Stryer
Recettori a proteina G (GPCR)
� Recettore con 7 eliche trans-membrana
� L’interazione recettore attivato-proteina G (trimero
αβγ) provoca il legame del GTP
� La subunità α si stacca da βγ e stimola la
produzione di AMP 3’-5’ciclico da parte della
adenilato ciclasi rivolta verso l’interno;
� Lo stimolo è limitato nel tempo: GSαidrolizza GTP
(attività GTPasica) e si riassocia con βγ
� AMPc ha vita breve (è idrolizzato da fosfodiesterasi
dei nucleotidi ciclici)
![Page 248: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/248.jpg)
4
Adrenalina e recettori a proteina G1. Adrenalina si
lega al suo
recettore
2. Il recettore occupato
provoca lo scambio tra
GTP e GDP, attivando Gs
3. Gs αααα si sposta verso
l’adenilato ciclasi
attivandola
4. Adenilato ciclasi
catalizza la formazione di
AMPc
5. PKA è
attivata da
AMPc
6. La fosforilazione
di proteine cellulari
da parte di PKA
causa la risposta
7. AMPc è degradato,
invertendo l’attivazione
di PKA
L’adenilato ciclasi
![Page 249: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/249.jpg)
5
AMP ciclico attiva la proteina chinasi A (PKA)
• PKA regola numerosi enzimi a valle
(sequenze consenso)
• I numerosi passaggi amplificano il
segnale
• L’effetto è contrastato da fosfoproteine
fosfatasi
• Molte molecole regolatrici variano i
livelli di AMPc
• In alcuni casi l’azione di PKA arriva al
nucleo (effetti sulla trascrizione)
PKA inattiva:
Le subunitàregolatrici hanno i siti per AMPc vuoti
Le subunità catalitichehanno i siti di legame bloccati dalle subunitàregolatrici
Le subunitàregolatricilegano AMPc
PKA attiva:
Le subunitàcatalitiche hanno i siti di legame liberi
La via del fosfatidilinositolo
![Page 250: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/250.jpg)
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Recettori accoppiati alla fosfolipasi C:
la via del fosfatidilinositolo
La via del fosfatidilinositolo
• La fosfolipasi C è attivata dal complesso ormone-recettore tramite una proteina G;
• Agisce sul fosfatidilinositolo 4,5 bis-fosfato (PIP2) liberando due secondi messaggeri:
– diacilglicerolo (DAG) (in membrana)
– Inositolo 1,4,5 trisfosfato (IP3) (nel citosol)
• IP3 favorisce il rilascio di calcio da depositi intra-cellulari
• Il diacilglicerolo attiva proteine chinasi (PKC)
• Anche il calcio funziona da secondo messaggero
![Page 251: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/251.jpg)
7
Recettori con attività tirosina chinasica
(RTK): il recettore dell’insulina
• Recettore (INS-R)
– Due subunità α recettoriali,
verso l’esterno
– Due subunità β transmembrana
con attività Tyr proteina
chinasica
• In seguito al segnale le
subunità β si autofosforilano e
si attivano, fosforilando altre
proteine bersaglio e attivando
una cascata.
Ormoni e regolazione metabolica
• Derivati da un amminoacido
• Peptidici
• Steroidi (recettori nucleari)
![Page 252: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/252.jpg)
8
Regolazione ormonale del
metabolismo energetico
• Controllo della glicemia: azione coordinata di
insulina, glucagone, adrenalina…
– Adrenalina: derivata da un amminoacido
– Glucagone: piccolo peptide
– Insulina: piccolo peptide
• Controllo della lipolisi
“Fight or run”
Glicogenolisi: cascata di segnali
forma “a” attiva
ed indipendente da
effettori allosterici
forma “b” meno
attiva e dipendente
da fattori allosterici
![Page 253: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/253.jpg)
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Insulina
• Ormone peptidico (PM = 5800 Da, due catene) rilasciato
dal pancreas
• Aumenta la velocità di trasporto del glucosio
• Abbassa [AMPc]
• Attiva fosfoproteina fosfatasi-1 (defosforilazioni)
– si attiva la glicogeno sintasi
– si inattiva la glicogeno fosforilasi
• Attiva la fosfofruttochinasi-1 (PFK-1) (glicolisi)
• Attiva la sintesi di acidi grassi (favorisce la
defosforilazione di ACC)
• Favorisce la sintesi dei triacilgliceroli
Iperglicemia: secrezione di insulinaIngresso di glucosio nelle cellule per
aumentato numero di trasportatori sulla membrana
Attivazione della GLICOGENO SINTASI
DIMINUZIONE DELLA GLICEMIA
Aumento della sintesi degli acidi grassi e dei trigliceridi
![Page 254: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/254.jpg)
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Bassa [glucosio] nel sangue
Glucagone
[AMPc]
Proteina chinasi A, fosforilazioni di enzimi
Attivazione di FBPasi-2, disattivazione di PFK-2
[F2,6P]
Attivazione di FBPasi, disattivazione di PFK-1
Aumento della gluconeogenesi
Regolazione della
glicemia: glucagone
Aumento glicogenolisi
Il fruttosio 2,6-bisfosfato è un potente
modulatore
La glicolisi è attivata La gluconeogenesi è rallentata
![Page 255: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/255.jpg)
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Ruolo del fruttosio 2,6-bisfosfato
PFK-2
Enzima tandem e regolazione
• Il fruttosio 2,6-bisfosfato è sintetizzato e scisso da
due attività sullo stesso enzima: PFK-2 e Fruttosio
BisFosfatasi-2, (FBP-2)
• L’enzima è sotto controllo covalente e ormonale:
la fosforilazione PKA-dipendente inattiva PFK-2 e
attiva la fosfatasi FBPasi-2
![Page 256: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/256.jpg)
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Regolazione
ormonale della
lipolisi
adrenalina
Glucagone/adrenalina
stimolano la lipolisi
attraverso la
fosforilazione AMPc-
dipendente della lipasi.
L’insulina si oppone
alla attività
dell’adrenalina,
inattivando la lipasi.
defosfo-ACC attiva
a basso [citrato]
fosfo-ACC inattiva (attiva solo ad alto [citrato])
Regolazione
ormonale
della sintesi di
acidi grassi
![Page 257: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/257.jpg)
Come si ricava l’equazione di Michaelis-Menten
E + S ↔ ES → E + P
Essendo in condizioni di v0 , la reazione inversa da P verso ES si può trascurare.
Lo stadio lento è la dissociazione del complesso (reazione di I ordine):
V0 = k3 [ES]
Assunzione dello stato stazionario:
d [ES]/dt = 0
In questo caso, le velocità di formazione e dissociazione del complesso sono uguali:
k1 [E][S] = (k2 + k3) [ES]
Esprimiamo [E] (enzima libero) rispetto all’enzima totale [Et] (libero e complessato):
[E] = [Et] - [ES]
Sostituendo:
k1 {[Et] – [ES] }[S] = (k2 +k3) [ES]
Sviluppando:
[Et] [S] – [ES] [S] = (k2 + k3) [ES]
k1
Definiamo:
Km = (k2 + k3)
k1
[Et] [S] – [ES] [S] = Km [ES]
Raccogliamo e ricaviamo [ES]:
[ES] {Km + [S] } = [Et] [S]
[ES] = [Et] [S]
Km + [S]
k1
k2
k3
![Page 258: hakim biochimica.pdf](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052219/5695d3ee1a28ab9b029faad6/html5/thumbnails/258.jpg)
Dato che abbiamo definito la velocità iniziale:
V0 = k3 [ES]
Sostituendo il valore ricavato per [ES]:
V0 = k3 [Et] [S]
Km + [S]
Dal grafico si osserva che la velocità massima si ottiene quando l’enzima è saturo,
cioè tutto in forma di complesso: [ES] = [Et]:
per [S] grande,
VM = k3 [Et]
Da cui, sostituendo:
V0 = VM [S]
Km + [S]
Si può definire Km come la [S] alla quale la velocità è pari a metà di quella massima:
V0 = VM/2 (confronta con la p50 per la mioglobina)