FERMENTAZIONE ALCOLICA: Molti batteri e alcuni eucarioti (lieviti) possono sopravvivere in assenza di O 2 metabolizzando il piruvato ottenuto dalla glicolisi TPP, Mg 2+ DECARBOSSILAZIONE TPP-DIPENDENTE OSSIDAZIONE Reso disponibile per la Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi Effetto netto: mantenere il flusso glicolitico e la produzione di ATP DECARBOSSILAZIONE TPP-DIPENDENTE Effetto netto: mantenere il flusso glicolitico e la produzione di ATP
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FERMENTAZIONE ALCOLICA: Molti batteri e alcuni eucarioti (lieviti) possono sopravvivere in assenza di O2 metabolizzando il piruvato
ottenuto dalla glicolisi
TPP, Mg2+
DECARBOSSILAZIONE TPP-DIPENDENTE
OSSIDAZIONE
Reso disponibile per la Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi
Effetto netto: mantenere il flusso glicolitico e la produzione di ATP
DECARBOSSILAZIONE TPP-DIPENDENTE
Effetto netto: mantenere il flusso glicolitico e la produzione di ATP
2
+ H
TIAMMINA PIROFOSFATO (TPP) Deriva dalla tiammina (vitamina B1)
• Presente in molti alimenti: cereali, nocciole, fagioli, uova, ,verdura. Resistente alle alte temperature. Alcuni alimenti quando trasformati possono impoverirsene.
• La carne dei pesci può impoverirsi di tiammina, i pesci possiedono l’enzima TIAMMINASI che scinde la tiammina
• Assorbita per mezzo di un trasportatore specifico che è regolato dai corticosteroidi, viene attivata con l’aggiunta di un gruppo pirofosfato con consumo di ATP
Carenza rara, soprattutto nei paesi sottosviluppati, causa il BERI BERI
La tiammina pirofosfato è il gruppo prostetico delle decarbossilasi
(decarbossilazione degli α-chetoacidi). È anche il gruppo prostetico delle
transchetolasi (trasferimento di un gruppo a 2 atomi di carbonio contenente unafunzione C=O)
Centro reattivo: C-2 dell’anello tiazolico
Protone dissociabile
2
Il carbonio 2 dell’anello tiazolico è molto acido a causa dell’effetto elettronattrativoesercitato dall’N con carica positiva e dallo zolfo in 1
+
2
+
-
R1
R2
R3
carbanionedipolare
Piruvato(α-chetoacido) H+ rimosso da un
residuo basico dell’enzima Enz-B:
Enz-B―H+
Idrossietil-TPP
Nella PIRUVATO DECARBOSSILASI il
carbanione è stabilizzato da 1 H+ per produrre acetaldeide.
TPP
GLICOLISI AEROBICA
METABOLISMO MITOCONDRIALE DEL PIRUVATO
Piruvato Glicolisi
Acetil-CoA
Metabolismo aerobico: il piruvato entra nel mitocondrio
Ciclo di Krebs
Piruvato Acetil-CoA
Complesso della Piruvato deidrogenasi (PDH)
Piruvato
La reazione produce oltre all’acetil-CoA anche un equivalente riducente di NADH che può essere indirizzato alla catena di trasporto di e- mitocondriale.
Catena di trasporto degli elettroni
Complesso della Piruvato deidrogenasi (PDH)
Complesso multienzimatico contenente copie multiple di 3 distinte attività
enzimatiche (E1 - E2 - E3)
E1 = piruvato deidrogenasi (in E. coli 24 subunità)E2 = diidrolipoammide acetiltransferasi (24 subunità)E3 = diidrolipoammide deidrogenasi (12 subunità)
Decarbossilazione ossidativa del
piruvato.È un processo irreversibile.
17 | 8D. Voet – C. W. Pratt – J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2013
Subunità E1 Contiene come cofattore la TPP. Catalizza la
decarbossilazione del piruvato e la formazione dell’intermedio idrossietil-
TPP
La forma carbanionicadell’Idrossietil-TPP è quella
più reattiva ed entra in gioco nella reazione
successiva
_
Subunità E2 Contiene come cofattore la Lipoammide. La subunità E1 trasferisce il
gruppo idrossietilico dalla TPP sulla lipoammide della subunità E2: nel trasferimento l’idrossietile è OSSIDATO a gruppo Acetilico e il ponte disolfuro della lipoammide
viene ridotto. Si forma un legame tioestere ad alta energia.
La subunità E2 catalizza poi la transacetilazione del gruppo acetilico dalla Lipoammide al Coenzima A
con conseguente formazione di Acetil-CoA. La lipoammide rimane nella forma ridotta.
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10 | 11Mike Williamson, COME FUNZIONANO LE PROTEINE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2013
Dominio della subunitàperiferica
Ciascuno porta un braccio di lipoammideche può caricare un gruppo acetilico
Il movimento del braccio mobile della lipoammide garantisce una
canalizzazione dei prodotti da una reazione all’altra, il processo è più
efficiente e non si verifica perdita di intermedi metabolici.
10 | 12Mike Williamson, COME FUNZIONANO LE PROTEINE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2013
SHS
H+H+
SHS
O =C-CH3
_
ACETIL DIIDROLIPOAMIDE
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Subunità E3Contiene come cofattore il FAD.Catalizza l’ossidazione della lipoillisina (si riforma il ponte disolfuro) con riduzione del FAD a FADH2 il quale trasferirà poi 2 e- sul NAD+ con conseguente produzione finale di NADH.
SHHS
SH
SH
FAD
LIPOAMMIDE OSSIDATA
LIPOAMMIDE RIDOTTA
S
S
FADH2
S
S
FAD
Cys
CysNAD+
S
S
FAD
NADH+
OSSIDORIDUZIONI NELLA SUBUNITA’ E3
Il NADH è un trasportatore mobile di e-, nella forma ridotta lascia il complesso della piruvato
deidrogenasi per dirigersi alla catena respiratoria mitocondriale
Piruvato deidrogenasi
https://www.youtube.com/watch?v=YsvVRYqfQio
alte concentrazioni di Acetil-CoA e NADH informano l’enzima che non è più necessario metabolizzare il
piruvato (le esigenze cellulari sono soddisfatte)
REGOLAZIONE DEL COMPLESSO DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI
DISPONIBILITA’ DEL SUBSTRATOMODULAZIONE ALLOSTERICAMODIFICAZIONI COVALENTI (fosforilazione/defosforilazione)
reazione irreversibile
I prodotti della reazione funzionano damodulatori allosterici negativi:Acetil-CoA (sulla transacetilasi, E2)NADH (sulla diidrolipoil deidrogenasi, E3)
L’attività della PDH è connessa anche al metabolismo dei lipidi: una elevata degradazione dei lipidi che
incrementa il livello di Acetil-CoA e NADH rallenta la PDH e porta al risparmio di glucosio.
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NADH e Acetil-CoA quando presenti ad alte concentrazioni nel mitocondrio attivano la
piruvato deidrogenasi chinasi che fosforilando il complesso lo rende inattivo
In condizioni di elevato apporto glucidico, sotto stimolo dell’Insulina, è attivata una fosfatasi specifica che
defosforila il complesso rendendolo attivo e permettendo quindi l’ingresso di piruvato nel ciclo di Krebs
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COENZIMA A (HS-CoA) Deriva dalla vitamina B5 (ac. pantotenico)
β-mercaptoetilammina ACIDO PANTOTENICO
3’-P-ADP (3’-fosfoadenosina-difosfato)
• La vitamina B5 è diffusa in tutti gli alimenti, in particolare uova, fegato, vegetali freschi
• Resistente al calore e facilmente assimilabile• Deficit raro• L’attivazione dell’acido pantotenico richiede il consumo di 4 ATP e diversi enzimi
17 | 19D. Voet – C. W. Pratt – J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2013
Il CoA è il coenzima fondamentale dei processi catabolici, in cui è utilizzato per il trasferimento di gruppi acilici.
β-mercaptoetilammina
3’-P-ADP (3’-fosfoadenosina-difosfato)
Centro reattivo: gruppo tiolico –SH che forma il legame tioestere con i gruppi acilici che trasferisce.
Oll
H3C―C―S―CoA Acetil-CoA
Legame tioestere ad alta energia di idrolisi: ΔG0’ -31,5 kJ/molQuando si forma un legame tioestere viene conservata energia metabolica che puòessere utilizzata per promuovere altri processi.
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