Acidi
grassi
Amminoacidi
Catabolismo delle
sostanze nutrienti
glucosio
Glicolisi
e-
Esso può essere diviso in tre fasi
piruvato
Complesso
della piruvato
deidrogenasi
e-
e-
CO2
Acetil-CoA
e-
Fase 1: Produzione di Acetil-CoA
Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA
Ossalacetato
Citrato
Ciclo
edell’acido
ecitrico
eCO2
Fase 3: Trasferimento degli elettroni e
fosforilazione ossidativa
e-
NADH
FADH2
(trasportatori
Ridotti di e-)
e-
2H+ + 1/2O2
Catena respiratoria
(trasferimento dedgli
Elettroni)
ADP + Pi
CO2
ATP
H2 O
La fosforilazione ossidativa avviene nei mitocondri
Struttura del mitocondrio
Reazioni del ciclo dell’acido
citrico
Acetil-CoA
1
Citrato
2
Ossalacetato
Isocitrato
NADH
3
8
CO2
Malato
NADH
a-chetoglutarato
7
4
CO2
Fumarato
NADH
6
FADH2
5
Succinil-CoA
Succinato
GTP
(ATP)
Anatomia biochimica di un mitocondrio
Membrana esterna
permeabile a piccole molecole e ioni
Membrana interna
impermeabile alla maggior parte delle
piccole molecole e degli ioni, copresi i
protoni.
Contiene:
•la catena respiratoria (complessi I-IV)
•l’ATP-ADP translocasi
•l’ATP sintasi (F0F1)
•altri trasportatori di membrana
Matrice
Contiene:
•Il complesso della piruvato deidrogenasi
•gli enzimi del ciclo dell’acido citrico
•gli enzimi della b ossidazione degli acidi
grassi
•gli enzimi dell’ossidazione degli
amminoacidi
•DNA, ribosomi
•molti altri enzimi
•ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+
Canali di porina
ATP sintasi
(F0F1)
Creste
Ribosomi
Ubichinone
UQ o coenzima Q
Ubichinone (UQ)
(completamente ossidato)
O
H3C O
Trasportatore di una coppia di elettroni e una di protoni
della catena respiratoria
CH3
CH2 CH
CH2 H
10
H3C O
CH3
O
H+ + e-
O
OH
H+ + e-
H3C O
R
H3C O
R
H3C O
CH3
H3C O
CH3
OH
Radicale semichinonico
(UQH*)
OH
Ubichinolo (UQH2)
(completamente ridotto)
I loro gruppi prostetici, porfirina
Citocromi, proteine che
H3C
trasferiscono gli elettroni
localizzati nella membrana
mitocondriale interna
CH CH2
H2C CH
CH3
N
N
Fe N
N
H3C
CH2 CH2
H3C
O
CH2 CH2
O
O
O
Ferro protoporfirina IX
S Cys
H3C
Cys
H3C
S
H3C CH
CH CH2
OH
CH3
CH3
OHC
CH2 CH2
CH2 CH2
O
O
N
H3C
Fe N
N
H3C
Eme A
(nei citocromi tipo a)
CH3
N
N
CH3
CH3
N
N Fe N
CH2 CH
H3C
CH CH3
O
O
H3C
CH2 CH2
CH2 CH2
O
O
Eme C
(nei citocromi tipo c)
O
O
Proteine Ferro-Zolfo,
altre proteine che
trasferiscono gli elettroni
localizzati nella membrana
mitocondriale interna
Cys
S Cys
S
Fe
Cys S
Fe
Cys S
S
S
Cys
S
Fe
S
Cys
Cys
S
Cys
S
Cys
S
Fe
S
Fe
Fe
Cys
S
S
Cys
S
S
S
Fe
S
Cys
Componenti proteici della catena di trasporto
degli elettroni dei mitocondri
Complesso enzimatico
Massa
kDa
I - NADH deidrogenasi
850
Numero di Gruppo
subunità prostetico
>25
FMN,
Fe-S
II - Sucinato deidrogenasi
140
4
FAD,
Fe-S
III - Ubichinone-citocromo c
ossidoriduttasi
250
10
Eme,
Fe-S
Citocromo c
13
1
Eme
IV- Citocromo ossidasi
160
6-13
Eme,
CuA, CuB
Separazione dei complessi enzimatici
MITOCONDRI
PURIFICATI
Trattomento
con digitonina
Rottura osmotica
Frammenti
della membrana
interna
•Viene prima rimossa la membrana
esterna mediante trattamento con
digitonina.
•Si opera quindi una rottura per
osmosi che produce frammenti
della membrana interna.
•I frammenti sono poi solubilizzati
con detergente
Frammenti della
membrana
esterna (scartati)
Solubilizzazione con un detergente,
seguita da cromatografia a scambio ionico
Via seguita dagli elettroni per passare
all’ubichinone (UQ)
Spazio
intermembrana
NADH +H+ + UQ
NAD+ + UQH2
Matrice
Componenti proteici della catena di trasporto
degli elettroni dei mitocondri
Complesso enzimatico
Massa
kDa
I - NADH deidrogenasi
850
Numero di Gruppo
subunità prostetico
>25
FMN,
Fe-S
II - Sucinato deidrogenasi
140
4
FAD,
Fe-S
III - Ubichinone-citocromo c
ossidoriduttasi
250
10
Eme,
Fe-S
Citocromo c
13
1
Eme
IV- Citocromo ossidasi
160
6-13
Eme,
CuA, CuB
Catena respiratoria,
flusso degli elettroni fino all’ossigeno che viene ridotto ad acqua
Componenti proteici della catena di trasporto
degli elettroni dei mitocondri
Complesso enzimatico
Massa
kDa
I - NADH deidrogenasi
850
Numero di Gruppo
subunità prostetico
>25
FMN,
Fe-S
II - Sucinato deidrogenasi
140
4
FAD,
Fe-S
III - Ubichinone-citocromo c
ossidoriduttasi
250
10
Eme,
Fe-S
Citocromo c
13
1
Eme
IV- Citocromo ossidasi
160
6-13
Eme,
CuA, CuB
Aggiunta di
venturicidina
o di oligomicina
Aggiunta di
ADP + Pi
Aggiunta di
succinato
Tempo
Tempo
O H
O
NO2
NO2
+ H+
NO2
NO2
2,4-Dinitrofenolo
(DNP)
Aggiunta di
DNP
Disaccoppiate
ATP prodotto
Aggiunta di
succinato
Aggiunta di
ADP + Pi
O2 consumato
Aggiunta di
CN-
ATP prodotto
O2 consumato
Accoppiamento del trasporto di elettroni
con la produzione di ATP
ATP sintasi,
Rappresentazione schematica dell’organizzazione del complesso Fo-F1
ATP sintasi,
Struttura tridimensionale del complesso Fo-F1
Teoria chemiosmotica,
la forza motrice protonica viene sfruttata per sintetizzare ATP
Energia libera, G
L’interazione tra l’ATP e la ATP sintasi è molto forte
ATP
DGaq
ADP + Pi
(in soluzione acquosa
o legati all’enzima)
(in soluzione
acquosa)
DGB
ATP
(legato all’enzima)
Coordinata di reazione
La forza motrice protonica fa uscire ed entrare
anche l’ATP, l’ADP e il Pi
E il NADH citosolico?
Prende lo Shuttle dell’aspartato-malato
Il NADH citosolico
Prende anche la via del glicerolo-diidrossiacetone
L’energia liberata dalle ossidazioni
viene conservata
Numero di molecole di
ATP o di coenzima
ridotto formate
reazione
Numero di
molecole di ATP
formate
complessivamente
Glucosio glucosio-6-fosfato
- 1 ATP
-1
Fruttosio-6-fosfato fruttosio-1,6-bisfosfato
- 1 ATP
-1
2 Gliceraldeide-3-fosfato 2 1,3-bisfosfoglicerato
2 NADH
5
2 1,3-bisfosfoglicerato 2 3-fosfoglicerato
2 ATP
2
2 Fosfoenolpiruvato 2 piruvato
2 ATP
2
2 Piruvato 2 acetil-CoA
2 NADH
5
2 Isocitrato 2 a-chetoglutarato
2 NADH
5
2 a-chetoglutarato 2 succinil-CoA
2 NADH
5
2 ATP (o 2 GTP)
2
2 succinato 2 fumarato
2 FADH2
3
2 Malato 2 ossalacetato
2 NADH
5
2 succinil-CoA 2 succinato
totale
32
Acidi
grassi
Amminoacidi
Catabolismo delle
sostanze nutrienti
glucosio
Glicolisi
e-
Esso può essere diviso in tre fasi
piruvato
Complesso
della piruvato
deidrogenasi
e-
e-
CO2
Acetil-CoA
e-
Fase 1: Produzione di Acetil-CoA
Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA
Ossalacetato
Citrato
Ciclo
edell’acido
ecitrico
eCO2
Fase 3: Trasferimento degli elettroni e
fosforilazione ossidativa
e-
NADH
FADH2
(trasportatori
Ridotti di e-)
e-
2H+ + 1/2O2
Catena respiratoria
(trasferimento dedgli
Elettroni)
ADP + Pi
CO2
ATP
H2 O
