Complesso della piruvato deidrogenasi PDF

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Complesso della piruvato deidrogenasi...

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• cosa intendiamo per respirazione cellulare! ! Per respirazione cellulare intendiamo quei processi molecolari attraverso i quali le cellule consumano l’ossigeno per produrre CO2.! La respirazione è molto più complessa della glicolisi, e infatti si è evoluta dopo (a seguito dell’aumento dei livelli di 02 nell’atmosfera terrestre, che ha rappresentato un vero punto di svolta nella storia dell’evoluzione)! ! • Quali e quante sono le fasi principali della respirazione -FORMAZIONE DELL’ACETILCOA: ossidazione delle molecole di glucosio (piruvato), acidi grassi, amminoacidi per produrre dei frammenti a due atomi di carbonio, sotto forma di gruppo acetilico dell’acetilcoa. ! ! -OSSIDAZIONE DELL’ACETILCOA (ciclo di krebs): i gruppi acetilici sono ossidati a CO2 nel ciclo di krebs. Gran parte dell’energia che si libera da queste ossidazioni viene conservata nelle forme ridotte dei trasportatori NADH e FADH2! ! -TRASFERIMENTO DEGLI ELETTRONI E FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA :! I coenzimi che sono stati ridotti sono riossidati, liberando elettroni, che vengono trasportati all’02 dalla catena respiratoria , formando H20. Nel corso del trasferimento degli elettroni una gran parte dell’energia rilasciata dalle reazioni redox viene conservata sotto forma di atp tramite la “fosforilazione ossidativa”:! ! • qual è il meccanismo che porta alla ossidazione del piruvato in aceticoa? Il piruvato viene ossidato nella matrice mitocondriale delle cellule eucariotiche.! Questo avviene mediante il complesso della piruvato deidrogenasi. ! Questo complesso è un complesso multienzimatico, costituito fa 3 enzimi in copie multiple associate, in modo non covalente.! ! La reazione complessiva catalizzata da questo gruppo è una decarbossilazione ossidativa: una reazione in cui ! 1) viene rimosso in modo irreversibile il gruppo carbossilico del piruvato, sotto forma di CO2, e i due atomi di carbonio rimanenti vanno a formare il gruppo acetilco dell’aceticoa.! 2) il nadh formato in questa reazione dona il suo ione idruro alla catena respiratoria, che trasporta i due elettroni all’ossigeno. Il trasferimento dell’ossigeno produce 2,5 atp per coppia di elettroni! ! • Struttura del complesso della piruvato deidrogenasi e funzioni delle varie porzioni La piruvato deidrogenasi è formata da 3 enzimi, e 5 coenzimi ! -E1: piruvato deidrogenasi! -E2: didrolipoil transacetilasi ! -e3: didrolipoil deidrogenasi ! ! -La piruvato deidrogenasi è un tetramero, dato da alf2beta2, con 24 subunità! Il suo coenzima è la tiamina pirofosfato : questa è importantissima come coenzima in tutte le decarbossilazioni: deve infatti essere introdotta con al dieta, altrimenti una carenza porta a beriberi.la beriberi è infatti una malattia neurologica. Le conseguenze sono neurologiche proprio hé il ll i l i t d ll’ i di i h bi d l l i h i di

se l’ossidazione del piruvato non avviene, il sistema non può funzionare in modo corretto. ! ! -didrolipoil transacetilasi: è un trimero di alfa3, con 24 subunità. Queste sono collocate a costituire il “nucleo” della piruvato deidrogenasi. In particolare in ogni subunità ritroviamo! ! 1)un dominio lipoilico amminoterminale, per legare l’acido lipoilico: il legame di questo all’estremità di una catena laterale di lisina produce un braccio lungo e flessibile che può spostarsi dal sito di E1 e E3 (distanza di circa 5 nm)! ! 2)Dominio centrale di legame con E1-E3 ! ! 3)Dominio interno acetiltransferasico, contenente il sito attivo ! ! Queste porzioni risultano separate tra di loro da 20-30 amminoacidi, ricchi di alanina/prolina, intervallate da amminoacidi carichi! ! Questo enzima ha due gruppi tiolici che possono essere ossidati in modo reversibile, e formare dei ponti disolfuro. Data la capacità del l’ipotalamo di andare incontro a reazioni di ossidoriduzione, il lipoato può servire sia come trasportatore di elettroni che come trasportatore di gruppi acilici. ! " -didrolipoil deidrogenasi: ! È un dimero, dato da 12 subunità alfabeta. Ha come coenzima FAD+ coenzima A/nad associati al complesso. ! Ha un gruppo tiolico reattivo essenziale per la sua funzione di trasportatore di gruppi acilici. I gruppi acilici formano legami tioestere quando si legano in modo covalente al gruppo tiolico. Il legame tioestere ha una elevata energia libera di idrolisi : i tioesteri hanno elevato potenziale di trasferimento del gruppo acilico, ovvero donano i loro gruppi acilici ad una grande varietà di moelcole accettrici.! ! • quali sono i coenzimi coinvolti Tiamina pirofosfato, acido lipoilico, fad, (coenzima a e nad)! ! • Tappe della ossidazione del piruvato 1. La prima tappa consiste nella decarbossilazione del piruvato. ! Il carbonio in c1 del piruvato viene rilasciato sotto forma di CO2, e il carbonio in c2 viene legato al TPP come gruppo idrossietilico : in questo modo si forma l’IDROSSIETIL-TPP! ! 2. Il gruppo idrossietilico viene ossidato a gruppo carbossilico (acetato)! ! 3. I due elettroni rimossi nell’ossidazione vanno a ridurre il ponte s- s del gruppo lipoilico che è presente sull’enzima E2, formando così i due gruppi tiolici -SH! ! 4.Il residuo acetilico in questa reazione di ossidoriduzione viene prima esterificato su uno dei due gruppi tiolici -SH del lipoato, e poi transesterificato con il coa, formando cosi l’acetilcoa! ! 5. Avvengono una serie di trasferimenti elettronici per riportare il gruppo lipoilico ad uno stato id t il l d ’ lt id i Gli l tt i d l NAD

passando prima per FAD ! ! • Perché è vantaggioso il complesso multienzimatico Questa sequenza di reazioni è un esempio di “incanalamento dei substrati”. I vantaggi di questo tipo di strutture sono molteplici:! -la distanza percorsa dai substrati è minima! -la possibilità di interazione con altre molecole estranee è ridotta ! -vi è un controllo coordinato delle reazioni catalitiche ! ! • azione di arsenico e mercurio Arsenico e mercurio hanno elevata affinità per i gruppi tiolici adiacenti, come quelli sul lipoato ridotto -SH -SH ! Il legame di arsenico e di mercurio a questi gruppi tiolici mantiene l’acido lipoico in forma ridotta, quindi l’ossidazione del piruvato non va avanti. ! Questo causa patologie del snc : infatti il modo di dire “matto come un cappello” è riferito al fatto che fotografi e cappellai utilizzavano sostanze con arsenico e mercurio, e quindi si ammalavano. ! -La Lewisite era una arma chimica basata sull’arsenico che veniva utilizzata nella prima guerra mondiale. ! -Forse Napoleone è morto per avvelenamento da arsenico: il clima umido dell’isola di sant’Elena potrebbe aver indotto la proliferazione di funghi che sono in grado di trasformare l’arsenico contenuto nella carta da parati in arsenico volante.! -Darwin fu colpito da una serie di problemi di salute per aver utilizzato a lungo, sulla Beagle, la soluzione di fowler (un medicamento contenente arsenico) " ! • LA REGOLAZIONE DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI: quali tipi di tipologie di regolazione esistono? -regolazione allosterica e regolazione covalente ! ! • La regolazione allosterica La piruvato deidrogenasi viene inibita da ! -ATP ! -ACETIL COA! -NADH ! ! L’inibizione è inoltre rafforzata dalla presenza di ACIDI GRASSI A CATENA LUNGA! ! La piruvato deidrogenasi invece viene attivata da! -AMP! -COA! -NAD+! ! Inoltre una richiesta energetica aumentata stimola l’attività enzimatica.! ! • la regolazione covalente Il

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serina su una subunità E1! ! -La piruvato deidrogenasi chinasi, attivata allostericamente da ATP, NADH, ACETILCOA, GTP, fosforila la piruvato deidrogenasi sul residuo di serina, inattivandola.! ! -la piruvato deidrogenasi fosfatasi, attivata allostericamente da bassi livelli di ATP, e alti livelli di AMP, NAD, COA + INSULINA e CALCIO, defosforila la piruvato deidrogenasi, attivandola....