biochimica metabolica Flashcards
enzimi: definizione
proteine con funzione di catalizzatori biologici/ polimeri biologici con attività metabolica.
enzimi: funzione
sono in grado di abbassare l’energia di attivazione, velocizzano la reazione, senza consumarsi.
ribozimi
catalizzatori biologici costituiti da RNA.
teoria un gene- un enzima
- formulata nel 1940 da Beadle e Tatum (Primio nobel 1958)
- la funzione di un gene è quella di produrre uno specifico enzima.
- alla fine diventa un gene- un polipeptide
come funzionano gli enzimi?
essi agiscono attraverso l’interazione del reagente (= substrato) con il sito attivo (piccola parte dell’enzima in cui avvengono le reazioni, formando il complesso enzima-substrato.
alla fine della reazione il prodotto viene allontanato dall’enzima che rimane inalterato.
da cosa è mediata l’attività degli enzimi?
dalla struttura tridimensionale della proteina (terziaria o quaternaria).
sito allosterico
sito dell’enzima a cui si legano delle molecole regolatrici che definiscono le proprietà enzimatiche della proteina
proprietà allosterica
proprietà degli enzimi che, grazie alle molecole regolatrici, possono cambiare forma.
specificità degli enzimi
gli enzimi sono altamente specifici e sono in grado di catalizzare una reazione poiché il sito attivo interagisce con reagenti in modo stereospecifico.
la specificità deriva dalla precisa forma tridimensionale del suo sito attivo.
a cosa è dovuta la specificità degli enzimi?
-complementarietà strutturale tra sito attivo-substrato (non è preesistente), le cariche elettriche, la natura idrofobia o idrofila
equazione di Michaelis- menten
per un enzima che lega un unico substrato, la velocità iniziale dipende dalla concentrazione di substrato.
V aumenta linearmente con S, fino a raggiungere un valore costante (in tutte le molecole che legano un substrato) che è quello di saturazione.
al di sopra di quale temperatura gli enzimi si denaturano?
40/45°
apoenzima
enzima + coenzima
metodo di attivazione di alcuni enzimi
-proteolisi parziale (enzimi della digestione che sono secreti nella loro forma inattiva) o quelli della coagulazione che sono attivati solo a seguito di ferite o danni.
ossidoreduttasi
catalizzano reazioni di ossidoriduzione
trasferasi
catalizzano il trasferimento di un gruppo funzionale
idrolasi
catalizzano l’idrolisi di vari tipi di legami chimici
liasi
catalizzano la rottura di legami covalenti attraverso metodi alternatici all’idrolisi o all’ossidoriduzione
isomerasi
catalizzano reazioni di isomerizzazione, di inversione e di trasferimento intramolecolare di raggruppamenti chimici
ligasi
catalizzano la formazione di legami covalenti tra molecole e intervengono nelle vie biosintetiche.
via metabolica
costituita da una successione di reazioni nella quale viene prodotta una piccola ma specifica modificazione chimica ai metaboliti, come rimozione, trasferimento o l’aggiunta di un atomo o di un gruppo funzionale.
catabolismo
fase degradativa del metabolismo in cui le molecole organiche dei nutrienti energetici e i costituenti cellulari vengono convertiti in prodotti intermedi e quindi composti finali semplici fornendo energia immagazzinata sotto forma di ATP.
prodotti finali: CO2 e H2O
ATP
- viene prodotta durante reazioni esoergoniche ed utilizzata durante quelle endoergoniche
- molecola ricca di energia perché possiede tre gruppi fosfato legati tra loro mediante legami fosfodiestere ad alta energia.
- hanno elevata concentrazione di carica negativa.
idrolisi enzimatica di ATP
- da parte dell’ATPasi
- produce ADP
- riduce la concentrazione di cariche negative e quindi libera energia (7 kcal/mole) che serve per reazioni endoergoniche dell’anabolismo.
anabolismo
fase sintetica del metabolismo in cui i precursori semplici vengono uniti tra loro per costruire molecole complesse.
glicolisi: caratteristiche generali
- via catabolica dell’ossidazione del D-glucosio
- unico processo presente ad ogni livello di organizzazione della vita
- nel citoplasma
- si producono due molecole di privato e due di ATP + 2 di NADH
- avviene in 10 tappe, ciascuna delle quali è catalizzata da uno specifico enzima
- la prima fase richiede energia e consuma ATP, mentre la seconda produce ATP.
glicolisi: formula
D-glucosio + 2NAD+ + 2ADP + 2fosfato –» 2piruvato + 2NADH + 2ATP + 2H+ + 2H2O
glicolisi anaerobia
sostiene la sintesi di sole due molecole di ATP per ogni molecola di D-glucosio ossidata a 2 molecole di acido lattico.
glicolisi anaerobica lattacida
produzione di elevate concentrazioni di acido lattico e acidazione del muscolo.
fermentazione alcolica
nei lieviti e in altri microrganismi il glucosio viene fermentato ad etanolo e CO2 invece che a lattato mediante decarbossilazione del privato ad acetaldeide, poi ridotta ad etanolo con contemporanea ossidazione di NADH.
glicogeno
forma di deposito del D-glucosio negli animali che consente di poter immagazzinare grandi quantità di esoso mantenendo bassa l’osmolarità del citosol.
particolarmente abbondante in fegato e muscolo.
glicogenosintesi
formazione di glicogeno regolata da insulina
glicogenolisi
demolizione di glicogeno regolata da glucagone
glicogeno nel fegato
viene rapidamente rilasciato nel sangue per essere distribuito ad altri tessuti.
glicogeno nel muscolo
viene demolito per generare ATP necessario alla contrazione muscolare.
caratteristica della membrana interna mitocondriale
è impermeabile alla maggior parte degli ioni e dei metaboliti (H+, ATP, ADP, NADH, FADH2). e possiede numerose proteine di trasporto che ne controllano il passaggio.
questo permette la formazione di gradiente ionici e determina la compartimentazione delle funzioni metaboliche dei mitocondri a quelle del citosol.
interno dei mitocondri
la membrana interna divide:
- lo spazio intermenbrana
- matrice interna (in essa sono contenuti enzimi del ciclo di Krebs e della beta-ossidazione).
ciclo di krebs: caratteristiche generali
- ciclo degli acidi tricarbossilici/ ciclo dell’acido citrico
- punto di convergenza del catabolismo degli zuccheri, acidi grassi e alcuni amminoacidi che sono stati trasformati in acetilCoA
- nella matrice mitocondriale
tappe del ciclo di Krebs
1- il gruppo acetile (2C) e l’ossalacetato (4C) si combinano formando citrato (6C) e l’energia necessaria viene fornita dal distacco del coenzima A)
2- il citrato si riarrangia a formare isocitrato
3- isocitrato viene ossidato ad alfa-chetoglutarato, producendo NADH + H+ e CO2
4- alpha-chetoglutarato viene ossidato a succinij-CoA, con formazione di NADH + H+ e CO2
5- succinil-CoA rilascia il coenzima A divenendo succinato. l’energia liberata converte GDP a GTP che converte ADP in ATP
6- succinato viene ossidato a fumarato con formazione di FADH2
7- fumarato reagisce con l’acqua formando malato
8- malato viene ossidato a ossalacetato con formazione di NADH+ H+; questo può reagire con acetila-CoA e rientrare nel ciclo.
ciclo di Krebs in simboli
privato (3carbonio) + CoA + NAD+ –» acetilCoA + CO2 + NADH + H+
acidi grassi prima del ciclo di Krebs
essi vengono direttamente ossidati ad acetilCoA durante la beta-ossidazione: sono trasportati sotto forma di esteri della carnitina all’interno del mitocondrio dove la beta ossidazione li scinde in acetilCoA poi ossidato nel ciclo di Krebs
transaminazione
processo attraverso il quale gli acidi grassi vengono privati del gruppo amminico per essere utilizzati a scopo energetico
fosforilazione ossidativa: in cosa consiste?
- nella sintesi di ATP sostenuta dalla respirazione cellulare.
- avviene a livello della matrice mitocondriale interna dove le forme ridotte di NADH e FADH2 vengono ossidate dai 4 complessi della catena respiratoria con contemporanea riduzione di O2 ad H2O.
per cosa viene usata l’energia della reazione di ossidoriduzione nella fosforilazione ossidativa?
per pompare protoni attraverso la membrana e creare un gradiente di concentrazione protonica.
tale potenziale viene utilizzato per sostenere la sintesi di ATP da ADP catalizzata da ATP sintasi.
fosforilazione ossidativa in simboli
NADH–» NAD+ +H+ +2e- –» 2e- + 2H+ +0.5 O2 –» H2O
intero processo di ossidazione aerobia di una molecola di D-glucosio in simboli
C2H12O6 +38ADP + 38 fosfato + 6 O2 –» 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP
quanta più ATP produce la glicolisi aerobia rispetto a quella anaerobia?
quella aerobia produce 19 volte più ATP
fotosintesi: definizione
processo mediante il quale viene catturata l’energia della luce e trasformare CO2 e H2O in glucosio e ossigeno in forma gassosa
organismi che catalizzano la fotosintesi
piante, cianobatteri, solfobatteri, rodobatteri (sono fotosintetici/ autotrofi)
dove avviene la fotosintesi?
a livello della membrana plasmatica dei batteri e all’interno dei cloroplasti delle piante (la fase luminosa sulla membrana dei tilacoidi, mentre la fase oscura nello stroma)
cosa sono i cloroplasti?
sono organuli intracellulari del diametro di poco micron, circondati da due membrane.
all’interno contiene tilacoidi organizzati in grani e circondati dallo stroma.
reazione luminosa (fotosintesi): tappe
- la molecola di clorofilla presente nel centro di reazione del fotosistema II, che ha un massimo assorbimento a 680nm, passa allo stato eccitato
- l’H+ proveniente dall’H2O e il flusso degli elettroni attraverso il sistema di trasporto catturano l’energia per la sintesi chemiosmotica dell’ATP
- la molecola di clorofilla presente nel centro di reazione del fotosistema I, che ha un massimo assorbimento a 700 nm, passa allo stato eccitato.
- alla fine del processo avviene la riduzione del NADP+ a NADPH + H+
clorofilla
- pigmento nel tilacoide, costituito da strutture policicliche planari simili all’emoglobina.
- coordinano al centro uno ione Mg2+ed una coda idrofoba e sono in grado di assorbire luce nella regione del rosso (maggiore lunghezza d’onda) e del blu dando luogo alla fotoosidazione
- sono di vario tipo in modo da ampliare la regione di assorbimento dei fotoni.
- clorofilla a e b sono identiche eccetto per la sostituzione di un gruppo metile (-CH3) con un gruppo aldeidi (-CHO)
centri fotochimici di reazione
- fotosistema I o II
- nelle membrane tilacoidali in cui accettori e donatori sono strettamente associati a molecole di clorofilla
reazione di fotoossidazione della fotosintesi
2 H2O + 2 NADP+ + 8fotoni –» O2 + 2 NADPH + 2 H+
ciclo di Calvin-Benson
- reazioni indipendenti dalla luce
- hanno luogo nello stroma
- utilizzano NADPH, ATP e CO2 prodotte nelle reazioni luminose per produrre gliceraldeide 3-fosfato
- viene utilizzato l’enzima ribulosio bifosfato carbossilasi (o rubisco) che permette l’attacco di CO2 al ribulosio 1,5-bifosfato
- vengono consumate tre molecole di ATP (si trasformano in ADP) e 2 di NADPH (che diventano NADP+).
reazione per ottenere una mole di glucosio
6 CO2 + 6 H2O + energia (686 kcal/ mole) –» C6H12O6 + 6 O2
*serve l’idrolisi di 18 moli di ATP e l’ossidazione di 12 moli di NADPH
AMP
adenosinmonofosfato
-un solo gruppo fosfato
ADP
adenosindifosfato
-due gruppi fosfato
idrolisi di ATP
- ATP può fosforilare = donare un gruppo fosfato
- libera 7 kcal/mol
- forma ADP + ione fosfato
nome degli enzimi
- ossidoreduttasi
- transferasi (trasferimento di gruppi tra due substrati)
- idrolasi
- liasi (addizione doppi legami)
- isomerasi (reazioni di isomerizzazione)
- ligasi (reazioni di sintesi)
enzimi allosterici
possono legarsi specificatamente all’enzima (in diversa posizione rispetto al sito attivo), inducendo un cambiamento conformazione dell’enzima e una conseguente variazione dell’attività dell’enzima positiva (attivazione) o negativa (inibizione).
coenzimi
- composti organici
- dimensioni relativamente piccole
- formano con l’enzima un legame transitorio (uno stesso coenzima può essere usato da enzimi diversi)
cofattori
ioni inorganici come zinco o ferro, che partecipano con l’enzima alla reazione
gruppi prostetici
gruppi molecolari legati covalentemente all’enzima
coenzima NAD
- deriva da vitamina B2
- nicotinammide adenin dinucleotide
- uno dei principali trasportatori di energia nelle reazioni redox, grazie alla sua capacità di trasportare elettroni
- intermediario universale degli scambi energetici cellulari
- si presenta nella forma ossidata NAD+ oppure nella forma ridotta NADH
fattori che influenzano gli enzimi
pH e temperatura (se questa è troppo alta, spezza i legami deboli e altera la struttura terziaria, denaturando l’enzima).
Taq Polimerasi
enzima di un batterio estrimofilo che agisce anche ad alte temperature.
diffusione semplice
La diffusione semplice è il passaggio di piccole molecole attraverso il doppio strato fosfolipido della membrana e avviene secondo gradiente di concentrazione, cioè dalla zona più concentrata a quella meno concentrata, senza consumo di energia.
-gas, acqua, sostanze lipidiche e polari.
gradiente di concentrazione
le molecole d’acqua diffondono attraverso la membrana verso la soluzione dove la concentrazione di soluto è più alta
soluzione ipertonica
- maggiore concentrazione di soluti rispetto alla cellula
- fuoriuscita d’acqua dalla cellula
- cellule animali si raggrinziscono
- cellule vegetali: la membrana plasmatica si stacca dalla parete (= plasmolisi)
soluzione isotonica
- concentrazione uguale a quella della cellula
- le cellule animali e vegetali conservano la forma caratteristica e stabile
soluzione ipotonica
- minore concentrazione di soluti rispetto alla cellula
- acqua penetra nella cellula
- le cellule animali si gonfiano e scoppiano
- cellule vegetali diventano turgide ma mantengono la loro forma grazie alla parete
diffusione facilitata
- tipica delle sostanze polari (zuccheri e amminoacidi o cariche come gli ioni)
- ioni possono attraversare la membrana attraverso canali formati da proteine intrinseche di membrana
- molecole polari si legano a una proteina di trasporto che ne accelera la diffusione
- trasporto passivo (senza consumo di energia e secondo gradiente).
trasporto attivo
- contro gradiente di concentrazione
- comporta consumo di energia
- le proteine pompano un soluto specifico attraverso una membrana nella direzione contraria a quella di diffusione, consumando ATP.
uniporto
tramite questo tipo di trasporto attivo viene spostata una sola sostanza in una sola direzione (ex: pompa del calcio nel reticolo endoplasmatico)
simporto
trasporto attivo attraverso cui vengono spostate due sostanze diverse nella stessa direzione (ex: assorbimento degli amminoacidi e ioni Na+)
antiporto
trasporto attivo attraverso cui vengono spostate due sostanze diverse in due direzioni opposte (ex: pompa sodio-potassio)
trasporto attivo primario
la pompa sodio-potassio sposta Na+, utilizzando l’energia derivata dall’idrolisi di ATP per stabilire un gradiente di concentrazione
trasporto attivo secondario
gli ioni sodio, muovendosi secondo gradiente di concentrazione instauratosi grazie alla pompa sodio-potassio, determinano il trasporto del glucosio contro il suo stesso gradiente di concentrazione.
endocitosi
- metodo con cui macromolecole penetrano nella cellula
- fagocitosi: cellula ingloba grosse particelle solide
- pinocitosi: importa nella cellula sostanze liquide
- endocitosi mediata da recettori: per processi altamente selettivi in cui si forma un legame tra molecole da importare e proteine che agiscono come recettori nelle fossette rivestite (costituite dalla proteina clatrina) della membrana
esocitosi
la vescicola confluisce nella membrana plasmatica ed il contenuto viene riversato all’esterno.
dove avvengono le vie metaboliche del glucosio nei procarioti?
- nel citoplasma: glicolisi, fermentazione e ciclo dell’acido citrico
- sulla membrana plasmatica: ossidazione del piruvato e catena di trasporto degli elettroni.
dove avvengono le vie metaboliche del glucosio negli eucarioti?
- citoplasma: glicolisi e fermentazione
- sulla membrana interna del mitocondrio: catena di trasporto degli elettroni
- nella matrice: ciclo dell’acido citrico e ossidazione del privato.
ossidazione del piruvato: cosa succede in sintesi
-avviene nella matrice mitocondriale
il piruvato viene ossidato ad acetato con formazione di NADH + H+ e rilascio di CO2.
l’acetato si combina con il coenzima A, formando acetila-CoA (combustibile del ciclo di Krebs).
fosforilazione ossidative: tappe
1- gli elettroni provenienti dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs alimentano i trasportatori di elettroni della membrana mitocondriale interna, che pompano protoni verso lo spazio intermembrana.
2- il pompaggio crea un gradiente di ioni H+ e quindi una differenza di carica tra lo spazio intermembrana e la matrice
3- a causa della forza promotrice, i protoni tornano nella matrice solo passando attraverso il canale protonico della ATP sintesi, in quanto la membrana interna è impermeabile agli ioni H+.
questo movimento di protoni è accoppiato alla formazione di ATP.
fotosistemi
- organizzazione della clorofilla sulla membrana dei tilacoidi
- il sistema antenna assorbe l’energia luminosa e la trasmette al suo centro di reazione dove viene convertita in energia chimica
- I centri di reazione del fotosistema I (P700) e del fotosistema II (P680) sono molecole di clorofilla a con differenti picchi di assorbimento. Il fotosistema I ha più energia del fotosistema II.
ciclo di calvin-benson: tappe
1- il CO2 si combina con il suo accettore ribulosio 1,5-difosfato formando acido 3-fosfoglicerico (3PG)
2- 3PG viene ridotto a G3P in una reazione a due tappe che richiede ATP e NADPH + H+
3- circa 1/6 della G3P viene usato per produrre molecole di zucchero
4- i rimanenti 5/6 vengono consumati dalle reazioni che producono ribulosio monofosfato
5- RuMP viene convertito in RuBP in una reazione che richiede ATP; il RuBP è pronto ad accettare un’altra molecola di CO2.
metabolismo CAM
nelle piante crassulacee la CO2 è fissata di notte ed il ciclo di Calvin avviene di giorno
fotorespirazione
avviene quando la concentrazione di O2 nella foglia aumenta.
ha come risultato una minore fissazione del carbonio rispetto al ciclo di Calvin.
piante C3
la fotorespirazione avviene in seguito alla chiusura degli stomi per evitare l’evaporazione dell’acqua dalla foglia nelle giornate particolarmente calde. La CO2 viene consumata per l’eccesso di O2 e la rubisco funziona da ossigenasi.
piante C4
a CO2 viene fissata in un composto a 4 atomi di carbonio da un enzima che non reagisce con l’O2 (PEP carbossilasi) nelle cellule del mesofillo. Il ciclo di Calvin avviene invece nella parte più interna della foglia, nelle cellule della guaina del fascio (mais)
