OXPHOS - Sistemi Navetta

I MITOCONDRI, COLORATI IN VERDE,
FORMANO UNA RETE ALL’INTERNO DI
UN FIBROBLASTA
nb. Il potenziale di riduzione standard di un coenzima flavinico,
a diferenza di quello dei coenzimi piridinici,
dipende dalla proteina a cui è associato.
Oltre ai trasportatori di elettroni solubili in acqua
NADH, FMNH2 ed FADH2
nella catena respiratoria mitocondriale
operano altri gruppi di trasportatori di elettroni:
- un benzochinone,
due tipi diversi di proteine contenenti ferro
- i citocromi e
-le proteine ferro-zolfo e
- ioni rame.
Unità isoprenica
Vinile
Catena isoprenoide
nb. 1. I doppi legami coniugati (ombreggiati)
della porfirina
sono responsabili dell’assorbimento della
luce visibile da parte di queste strutture;
(Eme modificato)
2. Il potenziale di riduzione standard
dell’atomo di Fe dipende fortemente dalle
sue i nterazioni con le catene laterali dei
residui della proteina.
I tre tipi di citocromi
sono distinguinbili
in base agli spettri di
assorbimento della luce.
Per distinguere citocromi molto
simili, appartenenti allo stesso
tipo, viene spesso inserito nel
loro nome la lunghezza d’onda a
cui presentano il max di
assorbimento.
Legame dei citocromi di tipo c
Il gruppo eme è legato covalentemente alla proteina
da legami tioeteri formati dalla reazione tra gruppi
sulfidrilici di residui di cisteina e gruppi vinilici
presenti sulla protoperfirina.
Centri ferro-zolfo
Ione Fe legato a 4
residui di Cisteina
2Fe-2S
4Fe-4S
Molte delle proteine Fe-S assorbono la luce visibile nella
regione tra 400 e 460 nm.
Il loro assorbimento si riduce del 50% quando sono
nello stato ridotto.
Il potenziale di riduzione standard del Ferro di questi centri
dipende
- dal tipo di centro e
- dalle specifiche interazioni che il centro ha con la proteina in cui è inserita.
A parte alcune eccezioni, le proteine Fe-S hanno potenziali di riduzione
standard piuttosto bassi, per cui sono dei buoni donatori di elettroni.
FAD + 2H+ + 2e-
FADH2
- 0.06
COMPONENTI PROTEICI
DELLA CATENA RESPIRATORIA MITOCONDRIALE
COMPLESSO I o NADH:UQ ossidoreduttasi o NADH deidrogenasi
è il complesso proteico più grande della C.R.
L’enzima dei mammiferi contiene:
• 42 - 43 differenti subunità in una stechiometria non nota
• 1 FMN
• 7 - 8 differenti centri Fe-S (sia del tipo 2Fe-2S, che 4Fe-4S)
• lipidi legati covalentemente
• minimo 3 molecole di chinolo legate
presenta:
• una struttura ad L con 2 domini maggiori separati da un sottile collare
in
est
Struttura della NADH-Q ossidoreduttasi
determinata mediante microscopia elettronica
ad una risoluzione di 22Å,
Chinone
legato
CII o SUCCINATO:UQ OSSIDOREDUTTASI
o SUCCINATO DH
• E’ UN ENZIMA DEL CICLO CITRICO,
ANCORATO SULLA FACCIA INTERNA DELLA MEMBRANA
MITOCONDRILE INTERNA,
CHE RIFORNISCE DI e- LA CATENA RESPIRATORIA;
•
TRASFERISCE e- DAL SUCCINATO AL POOL DI UBICHINONE
CONTIENE
• 1 FAD
• DIVERSI CENTRI FeS
CIII o UQH2:CITOCROMO c OSSIDOREDUTTASI
o COMPLESSO b-c1
Il complesso dei mammiferi
contiene 11 subunità di cui:
solo 3, che peraltro hanno omologhi nei batteri
e possiedono i centri redox coinvolti nel processo di conservazione di energia,
rappresentano le subunità indispensabili all’attività del CIII:
- cit.b (codificato dal mtDNA, è caratterizzato da
8 eliche transmembrana e 2 emi posti a sandwich tra le eliche B e D)
- 1 Fe-S proteina (ISP) ancorata alla membrana
contenente un centro Fe2S2 di tipo Rieske
- 1 cit.c1 ancorato alla membrana
le altre 8 sono subunità più piccole
di cui non si conosce il ruolo e sono dette subunità sovranumerarie.
Questo enzima è un
omodimero con 11 distinte
catene polipeptidiche.
I gruppi prostetici maggiori,
3 gruppi eme ed un centro 2Fe-2S,
mediano il trasferimento di e- tra i
chinoni nella membrana ed il cit.c
nello spazio intermembrana.
CIV o CITOCROMO c OSSIDASI o COX
L’ENZIMA BOVINO CONTIENE 13 SUBUNITA’
LE 3 SUBUNITA’ MAGGIORI SONO CODIFICATE DAL mtDNA
E FORMANO LA PARTE FUNZIONALE “CORE” DEL COMPLESSO:
- LA I SUBUNITA’ CONTIENE IL cit.a (eme a basso spin) ED IL CENTRO a3/CuB
CHE RAPPRESENTA IL SITO ATTIVO DEL COMPLESSO
- LA II SUBUNITA’ CONTIENE UN CENTRO RAME CuA
DINUCLEARE A VALENZA MISTA, CHE E’ IL I SITO PREPOSTO
A RICEVERE GLI e- DAL cit.c2+
- LA III SUBUNITA’ CONTIENE FOSFOLIPIDI LEGATI.
IL SUO RUOLO NON E’ STATO ANCORA INDIVIDUATO.
LE ALTRE 10 SUBUNITA’, SONO CODIFICATE DAL nDNA,
SONO PIU’ PICCOLE E SEMBRA SIANO DI SOSTEGNO ALLE 3 MAGGIORI.
Contiene fosfolipidi
legati
Gruppo carbonilico
dello scheletro peptidico.
Gruppi prostetici principali della cit.c ossidasi:
CuA/CuA, l’eme a e l’eme a3-CuB.
L’eme a3-CuB. è il sito di riduzione dell’ossigeno ad acqua.
Ponte perossido
La riduzione dell’ossigeno legato all’eme a3 a perossido è
reso possibile dalla vicinanza di CuB.
Ipotesi chemiosmotica
vedere la didascalia!
H+ = pH + 
H+ = 2,303 x RT x pH + 
nF
Poiché il pH all’esterno della membrana mitocondriale interna
dei mitocondri in attiva respirazione è di 1,4 unità più basso di
quello interno ed il potenziale di membrana è di 0,14V
H+ = 0,084V + 0,14V
ovvero
H+ = 0,224V = 224mV
Il disaccoppiamento regolato determina produzione di calore
La membrana mitocondriale interna dei mitocondri
del tessuto adiposo bruno
contiene una grande quantità di
proteina dissaccoppiante (UCP-1) o termogenina,
che genera calore
mettendo in corto circuito la batteria protonica mitocondriale.
Questa via protonica dissipativa
è attivata dagli acidi grassi liberi rilasciati dai triacilgliceroli,
in risposta a segnali ormonali,
quali gli agonisti  adrenergici.
CV o ATPsintasi o F1Fo ATPasi
E’ UN ENZIMA FUNZIONALMENTE REVERSIBILE
(quello bovino sembra essere costituito da 16 differenti subunità)
CARATTERIZZATO MOLECOLARMENTE DA 3 PARTI:
1) UN SETTORE DI MEMBRANA Fo
2) UN SETTORE CATALITICO F1
3) UNO STELO
IL SETTORE DI MEMBRANA Fo
E’ ASSOCIATO ALLA COMPONENTE CATALITICA F1
DALLO “STELO”
L’ATPasi SOLUBILE F1
CONTIENE
5 DIFFERENTI SUBUNITA’
IN UNA BEN DEFINITA STECHIOMETRIA:
a

c
d
e
3 : 3 : 1 : 1: 1
LE SUBUNITA’ a e 
SONO OMOLOGHE ED ENTRAMBE LEGANO NUCLEOTIDI,
LA SUBUNITA’  HA ATTIVITA’ CATALITICA
COMPOSIZIONE DEL SETTORE DI MEMBRANA Fo
L’Fo DELL’ENZIMA BATTERICO
E’ COSTITUITO DA :
• un oligomero formato da 12 COPIE DELLA SUBUNITA’ c
• UNA SUBUNITA’ a
• UN DIMERO DELLA SUBUNITA’ b
MECCANISMO DI SCAMBIO DI LEGAME DI BOYER
IN UN QUALUNQUE MOMENTO,
CIASCUNO DEI 3 SITI CATALITICI,
PRESENTI NELL’INTERFACCIA a-,
SAREBBE IN UNO DEI SEGUENTI
3 DIFFERENTI STATI CONFORMAZIONALI:
“OPEN” “LOOSE” “TIGHT”
corrispondenti rispettivamente ad uno stato conformazionale:
“APERTO”
“LASSO” con ADP e Pi LEGATI
“SERRATO” con ATP LEGATO SALDAMENTE
ATTRAVERSO CUI PASSEREBBE CICLICAMENTE
DURANTE L’ATTIVITA’ CATALITICA
MODELLO
MOTORE MECCANO-CHIMICO
Secondo questo modello
L’OLIGOMERO c12
matrice
ED IL COMPLESSO DELLE SUBUNITA’  ED e
COSTITUIREBBERO UN ROTORE CHE RUOTEREBBE
NELLO STATORE
COSTITUITO DALLA SUBUNITA’ a ,
DAL DIMERO b2 E
DALLA SUBUNITA’ d
QUANDO
I PROTONI SI TRASFERISCONO
DAL CITOPLASMA NELLA MATRICE MITOCONDRIALE
Citoplasma
Rilascio dell’ATP dalla subunità  nella subunità aperta
A differenza della forma serrata e della forma lassa,
la forma aperta della subunità  può cambiare
conformazione tanto quanto basta per rilasciare
i nucleotidi legati.