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Lo scopo ultimo dei processi metabolici ossidativi è quello di canalizzare l’energia contenuta nello scheletro carbonioso di zuccheri, ac. grassi e amminoacidi nella sintesi di molecole di ATP.
IN CHE MODO?
processi ossidativi catabolici producono NADH e FADH2 (EQUIVALENTI RIDUCENTI)
dalla loro riossidazione si può ottenere l’energia necessaria alla sintesi di ATP.
avviene a carico della catena di trasporto degli elettroni mitocondriale localizzata nella Membrana mitocondriale interna (eucarioti)
o nella Membrana plasmatica (procarioti)
Complesso INADH-deidrogenasi
Complesso IVCitocromo C-ossidasi
Complesso IIICitocromo C-Ubichinolo
-ossidoreduttasi
Complesso IISuccinato-deidrogenasi
NADH e FADH2 si riossidano trasferendo gli e- a centri redox organizzati in complessi
Il flusso degli elettroni lungo la
catena di trasporto è spontaneo, ogni
reazione redoxrisulta esoergonica
La sequenza dei trasportatori lungo la membrana interna mitocondriale non è casuale: sono disposti secondo un ordine di potenziale di riduzione (E0’) crescente, che garantisce un processo redox globalmente esoergonico
Nella porzione del complesso integrata nella membrana mit. interna è localizzata una pompa protonica (antiporto H+/Na+).
Attivata da cambiamenti conformazionali associati al flusso di e-
all’interno del complesso proteico.
4H+ vengono traslocati nello spazio intermembranaper ogni NADH che è ossidato
Il complesso I può accettare e- anche dal NADPH (con bassa efficienza). Il NADPH è preferibilmente riossidato in altre vie (biosintesi) o se necessario attraverso una transidrogenasiNADPH + NAD+ NADP+ + NADH Rifornisce la catena di
COMPLESSO II (4 subunità proteiche e 5 gruppi prostetici)(Succinato deidrogenasi o Succinato:Ubichinone ossidoreduttasi)
Enzima coinvolto nel ciclo di Krebs, catalizza l’ossidazione del succinato a fumarato a carico del FAD.
Succinato + FAD Fumarato + FADH22H+ 2e-
QH2 Verso il complesso III
Il FADH2 trasferisce i 2 e- 1 alla volta ai centri 2Fe-2S che cedono poi gli e- all’ubichinone (Q) che si riduce a Ubichinolo (QH2) accettando anche 2 H+
dalla matrice.Nel complesso II è presente anche un gruppo eme b che protegge dalla formazione di specie reattive dell’O2 (ROS): “acchiappa e- in fuga”
Il complesso II non è associato ad una pompa protonica, d’altra parte la redox che avviene non libererebbe energia sufficiente ad attivare la traslocazione di H+
La formazione di radicali liberi dell’O2 è frequente durante il trasporto di e-. Sono però vari i meccanismi di difesa dalle specie reattive dell’O2 (ROS).
Altri agenti antiossidanti oltre al glutatione sono l’ac. Ascorbico, le vitamine E, A che agiscono come trappole di radicali liberi.
COMPLESSO IV (13 subunità) – proteina transmembrana- (citocromo c ossidasi)
Catalizza l’ossidazione del citocromo c e la riduzione dell’O2 ad H2O
Subunità I = 3 centri redox: eme a (Fe3+)eme a3 (Fe3+)CuB
Riduce l’O2
Tutti i centri redox del complesso IV trasferiscono 1 e- per volta. Per ridurre
completamente l’O2 ad H2O occorrono 4 e-
(quindi devono giungere al complesso IV 4 citc ridotti) e 4H+ (sottratti dalla matrice).
Centro binucleare
2H+
2H+ 1 H2O2H+
2CytC2 e-
½ O2Il passaggio di e- attraverso i centri redox libera energia sufficiente da attivare una canale protonico: 2H+ traslocati fuori per ogni ½ O2
che viene ridotto ad 1 H2O
Subunità II = 1 centro redox: CuA (centro binucleare a 2 atomi di rame) riceve e- dal CytCrid
Per ogni NADH riossidato i complessi della catena di trasporto degli e- traslocano 10 H+ nello spazio intermembrana, per ogni FADH2 riossidato sono traslocati 6 H+.
I complessi I, III e IV generano un gradiente protonico che è sia un gradiente diconcentrazione [H+] sia un gradiente elettrico. L’energia libera rilasciata dallereazioni redox lungo la catena di trasporto degli e- viene immagazzinata comeFORZA MOTRICE PROTONICA (teoria chemiosmotica di Mitchell)
Spazio intermembrana
Matrice
+ -A cavallo della membrana mitocondriale interna si
stabilisce una differenza di potenziale elettrochimico (differenza di carica e di pH)