Nella attivazione del palmitato a palmitoil PDF

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Nella attivazione del palmitato a palmitoil-CoA si utilizza l’energia derivata dall’idrolisi di due legami ad alta energia, quindi il guadagno netto nell’ ossidazione del palmitato è pari a: 108 - 2 = 106 molecole di ATP

Da una molecola di glucosio se ne ottenevano 32, quindi la resa qui è considerevolmente più alta. 32 nelle condizioni migliori ma può anche scendere a 30 quando si fa glicolisi in base al tipo di shuttle utilizzato per portare NADH all’interno del mitocondrio. Gli acidi grassi saturi non sono gli unici che ritroviamo a ossidare a livello dei mitocondri ma si ossidano anche acidi grassi insaturi. Due di questi sono essenziali per cui ci capita di incontrarli spesso.

Acido grasso monoinsaturo

Per esempio l’oleoil coenzima A è molto insaturo, è un acido grasso cis ed ha desaturazione in posizione 9 per cui anche lui entra nella cellula; viene attivato l’acetil CoA, entra nei mitocondri e qui può cominciare la Beta ossidazione i cui primi tre cicli funzionano senza alcun problema e quindi si ottengono 3 acetil CoA. Adesso, l’acido grasso rimasto che è un cis delta-3 decarbonil CoA non può continuare così com’è la Betaossidazione sia perché è cis (non viene riconosciuto dagli enzimi) sia perché noi dobbiamo ossidare la posizione Beta. allora interviene l’enzima isomerasi ed è una delta3-delta2 che trasferisce il doppio legame dalla posizione 3 alla posizione 2 come prima cosa. Poi genera anche un doppio legame che dia conformazione trans per cui otteniamo il trans delta2 dodecarbonil CoA. Questo può essere riconosciuto dall’enolasi, inserire il gruppo ossidrilico e dopodiché si continua tranquillamente la Beta ossidazione. Dal punto di vista energetico qui abbiamo un doppio legame che è già inserito e quindi (inserire un doppio legame significava produrre una molecola di FADH2) quindi tutto sommato l’ossidazione di questo acido grasso risulta meno energetica.

Acido grasso polinsaturo n C pari

Presenta due insaturazioni una in posizione 9 e l’altra in posizione 12. Anche in questo caso abbiamo i tre cicli di Beta ossidazione avvengono senza alcun problema e arriviamo all’acido grasso che è almeno nella prima parte identico al precedente, per cui la sostituzione è sempre la stessa: isomerasi sposta il doppio legame da 3 a4 a 2 e 3 e lo trasforma in trans. Per cui questo può procedere nella Beta ossidazione: riesce a fare prima un giro completo + la prima ossidazione cioè l’inserimento del doppio legame. A questo punto abbiamo questi doppi legami organizzati in un certo modo che l’enzima successivo non riesce a inserire il gruppo ossidrilico su un acido grasso con questi legami. Allora succede che è necessario ridurre il doppio legame

Quello che resta lo sposta. Per cui dai due legami, uno in posizione 2 e l’altro in posizione 4, otteniamo un solo doppio legame in posizione 3-4. Il successivo step è lo spostamento di questo doppio legame in posizione 2-3. Enolasi può continuare ad agire. Si completa il giro di Beta ossidazione che si ripete x4 volte fino a ridurre il tutto ad Acetil CoA.

Ossidazione di un acido grasso n C dispari Altri acidi grassi che ci si ritrova a dover ossidare sono acidi grassi ad avere un numero di C dispari. Lo scopo della Beta ossidazione è di rimuovere 2 C. se abbiamo un acido grasso dispari, se arriviamo a 5 atomi di C ne togliamo 2 e ci rimane un acido grasso a tre atomi di C che è questo: proprionil CoA.

Con una acido grasso come questo la beta ossidazione non può procedere però è ancora una molecola con contenuto energetico abbastanza elevato e deve essere riorganizzata per poter essere utilizzata dalla cellula. Il primo enzima che interviene è una carbossilasi la quale inserisce 1 molecola di CO2 che entra come bicarbonato e la ritroviamo nel composto come gruppo carbossilico. Tutte le carbox richiedono biotina per funzionare. È una reazione che costa perché per inserire questo C, il bicarbonato deve essere attivato quindi costa ATP. Questa carbox inserisce il gruppo carbossilico sul C2 (in alfa) e la molecola che otteniamo è un isomero particolare: D-Metilmalonil CoA. Quest’ultimo deve essere convertito nel suo isomero, ossi L-metilmalonil CoA e siccome tra loro sono epimeri, l’enzima che agisce si chiama epimerasi che sposta il gruppo carbossilico dall’altra parte.

L- metilmalonil CoA è trasformato in Succinil-CoA (utilizzato poi nel ciclo di Krebs, quindi viene ossidato e rientra --> abbiamo poca perdita di energia) attraverso lo scambio tra gruppo tioestere e l’idrogeno attraverso rottura e riformazione di nuovi legami. La caratteristica particolare di questo enzima consiste nell’utilizzo di questo co-enzima B12 perché la reazione ha un meccanismo molto particolare. In questo caso è proprio questo specifico idrogeno che cambia posizione (è lo stesso idrogeno). Se manca mutasi si dovuta a carenza forte di vitamina B12, si genera una malattia detta acidemia metilmalonica che risulta fatale nella prima infanzia. Quindi il Co B12 è importante. È ottenuto trasformando una vitamina “vitamina B12”.

Poi diventa questa molecola a cui rimane solo il cobalto insieme agli anelli e si chiama anello corinnico

COENZIMA B12

Contiene: l’anello di deossiadenina - Dimetilbenzimidazolo ribonucletoide La porzione che è quella funzionalmente attiva è il deossiribosio.

Il meccanismo di catalisi di questo enzima è caratteristico perché diversamente agli altri utilizza un meccanismo di tipo radicalico per cui partiamo con il CoA (è stato tutto ridotto all’essenziale), c’è la deossiadenosina, l’anello con cobalto che serve a coordianre la deossiadenina.

1.Il primo evento che avviene è la formazione di un radicale libero con rottura del legame con il cobalto. Il cobalto passa da un numero di ossidazione +3 a numero di ossidazione +2. È una monolisi, quindi ciascuno si tiene il suo elettrone. 2.entra il substrato che possiede un H e un residuo R. Il substrato reagisce con il radicale, abbiamo un trasferimento di H dal substrato alla deossiadenosina e si forma questo intermedio. Per cui l’H è portato via e diventa CH3. L’e- che è rimasto spaiato passa al substrato che diventa a sua volta un radicale. 3. il radicale subisce un riarrangiamento, cioè si sosta il residuo X sul carbonio radicalico, lasciando il radicale sul carbonio adiacente. Qui abbiamo appunto lo spostamento di X grazie ad un riarrangiamento radicalico.

Adesso il radicale reagisce con la deossiadenosina, si riprende il suo H e riforma il radicale sulla deossiadenosina. Per rigenerare il nostro coenzima funzionale esattamente come prima perché partecipi ad un’altra reazione quello che è necessario che avvenga è la riossidazione del cobalto da 2 a 3 con la riformazione del legame deossiadenoina-cobalto. REGOLAZIONE

Questa molecola nel citoplasma delle cellule quando queste stanno per intraprendere la sintesi degli acidi grassi. Sono segnali portati dall’insulina. Malonil CoA è un inibitore della carnitina acil transferasi 1, quindi la presenza di malonil CoA impedisce l’ingresso degli acidi grassi a lunga catena nel mitocondrio.

Regolazione ormonale della Beta-ossidazione mitocondriale

Il primo tipo di regolazione che dipende proprio da un ormone impedisce l’ingresso del substrato per cui la via metabolica si trova a non avere risultati e non potrà funzionare. Quando c’è glucagone, non c’è più malonil CoA nel citoplasma, questa inibizione viene meno gli acidi grassi entrano nei mitocondri e vengono ossidati. Quindi tutto sommato è una regolazione del tipo “tutto o niente”. Dopodiché si può modulare la velocità della Beta ossidazione con dei meccanismi sempre di tipo allosterico e sono soprattutto da feedback: uno da feedback negativo e l’altro è regolato dal rapporto tra NADH e NAD+. Quando si ha un rapporto NADH/NAD+ elevato (è più abbondante il NADH)avremo tanto NADH che tutto sommato è il prodotto della beta ossidazione quindi la beta-idrossiacil CoA deidrogenasi viene inibita. Inoltre quando la

quantità di Acetil CoA è elevata, questo inibisce la tiolasi (ultimo enzima che dovrebbe rimuovere l’Acetil CoA dall’acido grasso). Dopodiché all’interno di una regolazione a lungo termine in cui ci sono una serie di fattori di trascrizione nucleari-mitocondriali che si chiama PPAR comprende fattori di trascrizione che regolano molti processi metabolici. PPAR alfa agisce nel muscolo, nel tessuto adiposo e nel fegato dove attiva una serie di geni essenziali per la beta ossidazione. La cellula può aumentare le sue necessità ossidative incrementando le quantità di enzimi che ha a disposizione. Nelle cellule la Beta ossidazione può avvenire anche in altri organelli di cui: - Perossisomi (animali) - Glicosisomi (piante)

DIFFERENZA l’energia liberata nei perossisomi e’utilizzata per produrre calore. prima tappa: nei perossisomi la flavoproteina deidrogenasi passa direttamente gli elettroni all’ossigeno generando H2O2 che viene scisso dalla catalasi. specificità per gli acidi grassi: il sistema perossisomiale è maggiormente attivo su acidi grassi a catena molto lunga come l’acido esacosanoico (26:0) e quelli a catena ramificata come gli acidi fitanico e pristanico.

Tutto sommato non ci sono grandi differenze nella betaossidaizone mitocondriale e nei perossisomi. Ma quello che cambia è il destino di questo FADH2 che si genera. -nei mitocondri è associato alla catena di trasporto e quindi gli e- vanno direttamente nella catena di trasporto ma i perossisomi non ce l’hanno. Per cui questo FADH2 viene utilizzato per ridurre l’ossigeno ad acqua ossigenata. Questo non è però “il massimo” per cui questi organelli contengono anche la catalasi che rimuove l’eccesso di acqua ossigenata. Si ha dunque “perdita” di energia che viene dissipata sottoforma di calore mentre il NADH che viene ottenuto viene trasportato per entrare poi nei mitocondri. Nei perossisomi entrano gli acidi grassi a catena intorno ai 26 atomi di C e sono a catena ramificata.

Esiste anche un omega-ossidazione che è un’ossidazione che parte dal fondo. Non è localizzata nei mitocondri ma avviene nel reticolo endoplasmatico in particolare nel fegato e nei reni. Usa acidi grassi tra i 10/12 atomi di C. Per poter ossidare dal fondo partiamo da un CH3. Se vogliamo ossidare, è necessario inserire l’ossigeno. La prima reazione utilizza l’enzima ossidasi a funzione mista che ha bisogno di un coenzima che ceda gli equivalenti riducenti e quindi ci vuole l’ossigeno. Quello che viene ridotto non è il carbonio ma è l’ossigeno. Un’ossidasi definita a funzione mista è così perché inserisce quando parte da una molecola di ossigeno (ci sono 2 atomi di O) vengono inseriti in due substrati diversi. Di questi 2 O solo uno lo ritroviamo nel nostro prodotto. L’altro è finito in acqua. A questo punto da alcol primario si ossida l’aldeide con un alcol-deidrogenasi, gli equivalenti riducenti vengono raccolti da un NADH dopodiché da aldeide si arriva ad acido carbossilico (sempre lo stesso enzima produce una seconda molecole di NADH). A questo punto otteniamo un acido dicarbossilico per cui la Beta ossidazione va avanti da entrambi i lati. E quindi a seconda della molecola da cui si è partiti, si può arrivare a questi due intermedi: -Succinato (va nel ciclo di Krebs e continua il suo percorso) -Adipato utilizzato in altre vie metaboliche.

Ossidazione di fitati: alfa-ossidazione nei perossisomi Acido grasso a catena ramificata è ad esempio l’scido fitanico che presente un gruppo metilico in questo caso in posizione beta e quindi rende impossibile la Beta-ossidazione. Per cui l’unico modo per poter ossidare questi composti è procedere con una alfa-ossidazione. Anche questi devono essere attivati con il Coenzima A con strategia diversa rispetto alla Beta-ossidazione: si inserisce direttamente un gruppo ossidrilico. L’enzima si chiama fitanoil CoA idrossilasi, richiede Ascorbato cioè vitamina C, Alfachetoglutarato, CO2. Si ha la decarbossilazione dell’alfachetoglutarato con una reazione molto costosa e complessa. Poi si ha l’inserimento del gruppo ossidrilico in posizione alfa e a questo punto si può rompere il legame alfa-beta grazie ad una liasi. Per cui esce il formile che poi viene trasformato in acido formico e CO2. Quello che ci rimane è un acido grasso più corto che è un Aldeidese partiamo da acido fitanico otteniamo pristanale.

Da pristanale si ossida ad acido pristanico e a questo punto avendo rimosso il C in alfa e avendo accorciato l’acido grasso di 1 atomo di C, questa prima catena laterale è in posizione alfa, la posizione Beta è libera e si può andare avanti con la Beta ossidazione finché si riesce. Per l’acido fitanico va bene ma poichè è dispari, alla fine si otterrà il propionil CoA.

CORPI CHETONICI Derivano il proprio nome dalla presenza di un chetone all’interno della loro molecola. Sono prodotti principalmente nel fegato ed in misura minore nel rene. La sede di sintesi è la matrice mitocondriale. Sono solo tre questi corpi chetonici:

La via metabolica che ci serve per sintetizzare queste tre molecole è costituita da poche reazioni e parte da Acetil CoA. Tutto sommato queste tre molecole si sintetizzano unendo tre molecole di Acetil CoA che danno origine a due corpi chetonici. Si comincia con l’unire due acetil CoA attraverso una tiolasi che catalizza questa unione. È un isoenzima rispetto alla tiolasi della Beta ossidazione. In questo caso rimuove il CoA da due acetili e li unisce testacoda. Così facendo otteniamo aceto acetil CoA.

A questo punto inserisce la terza molecola di Acetil CoA. L’enzima che la inserisce è l’HMG-CoA sintasi dove HMG è il nome del nostro prodotto: Betaidrossi-Beta-metilglutaril-CoA.

Acetil CoA si lega al CH3 con questo carbonio chetonico formando questo legame e quindi otteniamo la condensazione dei nostri tre Acetil CoA. Adesso un’HMG4- liasi rimuove un acetil CoA (nero). La molecola che rimane è l’aceto acetato. Questo è espresso solo nei mitocondri. Da questo si possono ottenere gli altri due: questo carbonile può essere ridotto ad alcol da una deidrogenasi ottenendo il secondo gruppo chetonico : D-Beta-idrossibutirrato. Di idrossibutirrato se ne possono trovare diversi nella cellula. Qui è come corpo chetonico, come aldeide è un intermedio della betaossidazione.

Questa è una reazione reversibile per cui all’interno del mitocondrio questa reazione è essenzialmente guidata dalla disponibilità di NADH e NAD. Se abbiamo tanto NADH (significa che la fosforilazione ossidativa è rallentata, si genera del NAD per sintetizzare idrossibutirrato. Altrimenti si ritorna ad aceto acetato). In alternativa dall’aceto acetato si può ottenere l’acetone . Questa è una reazione che può venire catalizzata da un enzima che è una carbossilasi ma a 37 gradi questa reazione avviene anche spontaneamente. Per cui l’aceto acetato nelle nostre cellule ma soprattutto nel nostro sangue può dare origine all’acetone. La funzione per l’organismo di produrre questi composti è che : i corpi chetonici essenzialmente aceto acetato e D-beta-idrossibutirrato sono sintetizzati durante il digiuno dal fegato che è un tessuto “generoso” per cui di questi composti che sintetizza in glucosio, li mette in circolo e vengono poi raccolti dai tessuti periferici che li ossidano a scopi energetici. L’acetone è tutto sommato un prodotto secondario e di scarto nel senso che le cellule non lo usano. Quando vengono prodotti molti corpi chetonici che vanno in circolo si può produrre in maniera specifica anche tanto acetone e questo può essere percepito anche dall’alito delle persone(bambini). L’acetone è un composto volatile (viene espirato con la respirazione). Ci sono dei pazienti che hanno un metabolismo alterato (diabetici) che producono molti corpi chetonici. Si percepisce nella respirazione ma per questi pazienti i corpi chetonici come l’acetone vengono poi eliminati con le urine per cui si può misurare le presenze di acetone e corpi chetoni attraverso l’analisi delle urine.

I corpi chetonici sono prodotti dal catabolismo lipidico e amminoacidico. Gli acidi grassi rappresentano una ottima fonte di energia sia per i muscoli sia per il miocardio. PERCHE’ IL FEGATO SINTETIZZA CORPI CHETONICI? Il cervello ha scarsa capacità di ossidare gli acidi grassi. Durante il digiuno i corpi chetonici possono sostituire il glucosio come fonte di energia. Nell’età neonatale i corpi chetonici fungono da precursori per la sintesi di specifici lipidi cerebrali.

Metabolismo dei corpi chetoni nei tessuti periferici Questa è una via in cui partendo da molto Acetil CoA che il fegato ha nel digiuno prodotto dall’ossidazione di varie molecole, quando non riesce ad usarli come il glucosio perde i corpi chetonici e li mando a tessuti che ne hanno più bisogno. Come fanno gli altri tessuti a poterlo usare? I tessuti possono prendere sia Bet-idrossibutirrato sia Acetoacetato.

Queste molecole comunque prima di andare nel torrente circolatorio, entrano nelle cellule e devono rientrare poi nel mitocondrio della cellula destinataria. Quindi: se prendiamo prima D-idrossibutirrato è necessario prima convertirlo in aceto acetato dall’enzima D-Betaidrossibutirratodeidrogenasi (lo stesso che serve per sintetizzarlo). A questo punto l’aceto acetato deve venire attivato  tramite la coniugazione con un CoA che non entra come coenzima libero ma deve venire ceduto. Quindi Acetoacetato reagisce con Succinil CoA e si ottiene Acetoacetil-CoA e Succinato. L’enzima coinvolto è una transferasi che sposta il CoA da una molecola ad un’altra e il donatore di questa molecola di CoA è il Succinil CoA. Questo è un intermedio del ciclo di Krebs che già nei mitocondri quando arrivano i corpi chetonici viene deviato in parte perché poi genera sempre Succinato che rientra nel ciclo di Krebs e questo legame ad alta energia viene trasferito sull’AcetoacetilCoA. A questo punto l’AcetoacetilCoA da una tiolasi tramite aggiunta di un Coenzima libero viene scisso in due molecole di Acetil-CoA. E l’Acetil CoA che si ottiene verrà poi ossidato nel ciclo di Krebs. Questa particolare isoforma di tiolasi che catalizza questa reazione si chiama tioforasi ed è assente nel fegato. Questo ha un grande significato:

per cui il fegato fa corpi chetonici ma non è in grado di utilizzarli, ossia non ha l’enzima per tornare indietro. Il fegato produce corpi chetonici e li mette in circolo. Questi vengono recuperati dai tessuti periferici a scopi energetici (formazione Acetil CoA che verrà poi utilizzato per il ciclo di Krebs). L’utilizzo del Succinil CoA costa ben 1 molecola di ATP per utilizzare i corpi chetonici. Normalmente nel ciclo di Krebs si passa da Succinil CoA a Succinato. il CoA è libero ma l’energia è utilizzata per sintetizzare. Quindi anche per utilizzare i corpi chetonici si perde una piccola quota di energia (non una molecola diretta di energia che però poi viene recuperata). Tutto sommato è vantaggioso. I tessuti che possono usare i corpi chetonici per fare energia: - Cuore - Muscolo scheletrico - Fegato - Cervello (quando il glucosio è agli sgoccioli, si adatta per utilizzare altro)...