Prof. Maria Nicola GADALETA
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Facoltà di Scienze Biotecnologiche
Corso di Laurea in
Biotecnologie Sanitarie e Farmaceutiche
Biochimica e Biotecnologie Biochimiche
FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA 4
Sistemi navetta
Resa energetica di OXPHOS
Carica energetica
Nè NADH nè NADPH prodotti nel citosol
possono
attraversare
direttamente
la
membrana mitocondriale interna per essere
riossidati a livello della catena respiratoria
mitocondriale ; vengono trasportati nei
mitocondri attraverso shuttle o sistemi
navetta.
NADPH
e
NADH
citosolici
possono
trasformarsi l’uno nell’altro grazie all’enzima
piridin nucleotide transidrogenasi
NADPH + NAD+
E
NADP+ + NADH
E= Piridina nucleotide transidrogenasi
Permette l’utilizzazione degli equivalenti riducenti del NADPH nella
fosforilazione ossidativa, poiché la catena respiratoria accetta
equivalenti riducenti solo dal NADH.
Nella direzione opposta la reazione permette la riduzione del NADP+
per scopi biosintetici.
La piridina nucleotide transidrogenasi nei tessuti animali è
localizzata nella membrana mitocondriale interna.
L’equilibrio della reazione si sposta a seconda delle concentrazioni, quindi delle
esigenze metaboliche della cellula.
Sistema di trasporto (“shuttle”, “sistema navetta”) degli
equivalenti riducenti del NADH dal citosol al mitocondrio
da: Nelson & Cox
1)Fegato reni e cuore
2)Muscolo scheletrico e cervello
Con questo sistema navetta il trasferimento del NADH citosolico (glicolitico)
viene pagato con la perdita di 1 ATP
da: Nelson & Cox
REAZIONE DI OSSIDORIDUZIONE :
NADH + H+ + ½O2
Semireazioni
(esoergonica)
∆E0’ = + 1.14 V
H2O + NAD+
a) ½O2 + 2H+ + 2e-
H2O
E0’ = + 0.82 V
b) NAD+ + H+ + 2e-
NADH
E0’ = - 0.32 V
∆E0’
∆G0’ = - nF∆
∆G0’ = - 2 x 96.5 x [0.82 – (- 0.32)] = -220 Kjoule/mole
REAZIONE DI FOSFORILAZIONE:
ADP +Pi
ATP + H2O
(endoergonica)
∆G0’ = + 30.5 KJ/mole
REAZIONE TOTALE
NADH + H+ + 2.5ADP + 2.5Pi + ½ O2 → NAD+ + H2O + 2.5ATP
RESA ENERGETICA DELLA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
(30.5 x 2.5)/220 x 100 ≈ 35%
COMPONENTE ESOERGONICA
Glucosio + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O ∆G0’ = -2840 KJ/mole
COMPONENTE ENDOERGONICA
32 Pi + 32 ADP → 32 ATP + 32 H2O
∆G0’ = +976 KJ/mole
32 x 30.5/2840 = 35% RESA ENERGETICA
Lo stato energetico della cellula regola molte reazioni del metabolismo.
Esso può essere espresso come:
1) RAPPORTO DI
FOSFORILAZIONE:
[ATP]/[ADP] [Pi]
AZIONE
DI
MASSA
o
POTENZIALE
DI
normalmente 200-800 ;è molto elevato
Diminuisce in caso di improvvisa e forte richiesta di ATP. Aumento ADP ⇒
aumento respirazione ⇒ sintesi ATP per riportare al valore max il rapporto di
azione di massa.
2) CARICA ENERGETICA:
½ [ADP] + [ATP] / [AMP] + [ADP] + [ATP]
varia tra 0 (tutti i nucleotidi sono sotto forma di AMP) e 1 (tutti i nucleotidi
sono sotto forma di ATP). ½ [ADP] perché contiene solo 1 legame
anidridico.
Normalmente = 0.9
Misura la saturazione da gruppi fosforici di tutto il sistema adenilico.
Le vie che generano ATP (cataboliche) sono inibite da una carica energetica
elevata,mentre le vie che utilizzano ATP (anaboliche) sono stimolate da una
carica energetica elevata
REGOLAZIONE INCROCIATA DI
GLICOLISI, OSSIDAZIONE DEL
PIRUVATO, CICLO DI KREBS, E
FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
• FINE
La forza motrice protonica permette il trasporto attivo di
substrati e precursori
ATRATTILOSIDE
X
ATP sintasi
3
3
Parte dell’energia
conservata nel
gradiente protonico è
utilizzata per questi
scopi, per cui 2,5
molecole di ATP sono il
limite massimo per ogni
NADH riossidato
M.Roberti
FLUSSO DI Ca2+ NEI MITOCONDRI
M.Roberti
M.Roberti
CONTROLLO DELLA VELOCITA’ RESPIRATORIA DA PARTE
DELL’ACCETTORE (o CONTROLLO RESPIRATORIO)
Mitocondri intatti, in condizioni aerobie, e in presenza di substrato,
mostrano una velocità di respirazione (= consumo di O2) bassa, poichè
questa è controllata dalla disponibilità di ADP (accettore di Pi), e cioè in vivo
dalla utilizzazione di ATP.
⇒ quando non vi è necessità di ATP l’attività respiratoria diminuisce.
In mitocondri isolati l’aggiunta di ADP fa aumentare la velocità della
respirazione fino al valore massimo quando tutto l’ADP è stato fosforilato la
velocità della respirazione crolla.
La RESPIRAZIONE e la FOSFORILAZIONE SONO ACCOPPIATE.
INDICE DI CONTROLLO RESPIRATORIO (ICR) è il rapporto tra la
velocità di respirazione all’aggiunta di ADP (stato 3) e la velocità di
respirazione in assenza di ADP (stato 4). Il rapporto è alto in mitocondri
intatti; in vivo anche maggiore di 10.
ICR = Vstato 3 / V stato 4 ≥ 10
se è più basso, cioè V stato 4 è maggiore, vuol dire che i mitocondri
sono danneggiati