Domande Esame

Question 1

CICLO DELL’UREA ( qual è l’enzima citosolico -> che ti forma il malato

Answer 1

Fumarasi citosol fumarato reagisce con la fumarasi - a formare il malato- poi ossalacetato ) -> entra nei mitocondri. Ossalacetato va incontro a transaminazione ( alfa chetoacido diventa alfa aminoacido -> aspartato-> hai bisogno del trasportatore aspartato glutammato )

Question 2

CORPI CHETONICI

Answer 2

I corpi chetonici sono molecole generate dal fegato a partire dall’acetil-coenzima A, che si forma in eccesso nel fegato, in seguito all’ossidazione degli acidi grassi¹. Queste molecole sono l’acetone, l’acetoacetato e il D-β-idrossibutirrato¹².

La sintesi dei corpi chetonici, chiamata chetogenesi, avviene in tre tappe principali¹³:

1. Due molecole di acetil-coenzima A reagiscono per formare l’acetoacetil-coenzima A. Questa reazione, reversibile, è catalizzata dalla tiolasi e prevede la perdita di una molecola di coenzima A¹.
2. L’acetoacetil-coenzima A viene convertito in β-idrossi-β-metilglutaril-coenzima A, con l’aggiunta di un’ulteriore molecola di acetil-coenzima A e la perdita di un’altra molecola di coenzima A. Questa reazione è catalizzata dalla β-idrossi-β-metilglutaril-coenzima A sintasi¹.
3. Il β-idrossi-β-metilglutaril-coenzima A perde l’acetil-coenzima A per formare l’acetoacetato, nella reazione catalizzata dall’enzima β-idrossi-β-metilglutaril-coenzima A liasi. L’acetoacetato viene, quindi, convertito negli altri due corpi chetonici¹.

L’acetone, essendo una molecola volatile, viene eliminato semplicemente con la respirazione. Acetoacetato e D-β-idrossibutirrato, invece, vengono trasportati nel sangue e raggiungono i tessuti extraepatici, dove vengono ossidati nel ciclo di Krebs per fornire energia¹. La fonte di energia preferita dalle cellule del cervello è il glucosio, ma in condizioni che ne determinano l’assenza, come in caso di digiuno prolungato, il cervello può utilizzare i corpi chetonici¹..

Question 3

SPLICING DNA

Answer 3

Rimuove introni
4 tipi di splicing
1 e 2 autosplicing
3 e 4
Splicing tipo 1
GMP rompe giunzione UA tra esone e introne
Esone U-OH attacco nucleofilo su U esone2, esce introne che viene degradato
Prodotto RNA maturo esone1-esone2

Splicing tipo 2
AMP attacco nucleofilo OH 2’ adenilato interno introne, forma cappio con distacco esone 1 che attacca U esone 2 con distacco del cappio con introne
Si forma RNA maturo

Splicing tipo 3 e 4 mediato da snurps spliceosomi

Question 4

GLICOGENOLISI (glicogenofosforilasi che tipo di lisi compie ?

Answer 4

FOSFOROLISI-
produci glucosio 1 fosfato

Question 5

SPLICING di TIPO 2

Answer 5

Splicing tipo 2
AMP attacco nucleofilo OH 2’ adenilato interno introne, forma cappio con distacco esone 1 che attacca U esone 2 con distacco del cappio con introne
Si forma RNA maturo

Question 6

cosa sono le ESOCHINASI -> quanti tipi di esochinasi ? In quale organo? che fa di diverso?

Answer 6

Le esochinasi sono un gruppo di enzimi che catalizzano la fosforilazione degli zuccheri esosi, come il glucosio.
Esistono 4 isoforme
Esochinasi 4 è nel FEGATO si chiama GLUCOCHINASI GK (cinetica Sigmoide) si distingue per il valore della km (più alta 10 mM, fosforila sempre glucosio) e per la regolazione.
Produce glucosio-6P in condizioni di iperglicemia.
Rappresenta punto di regolazione della glicolisi: glucochinasi non è inibita dal prodotto (Esochinasi 1,2,3 sì)
Regolazione:
- inibita da fruttosio-6P (2ª reazione glicolisi)—> aumenta affinità della proteina regolatrice della GK per GK che rimane nel nucleo
- attivata da fruttosio-1P (intermedio metabolismo epatico fruttosio)—> diminuisce affinità proteina per GK e compete per il sito allosterico con fruttosio-6P

L’esochinasi è presente in tutte le cellule dell’organismo e in tutte le cellule fosforila il glucosio al fine di abbattere la sua concentrazione intracellulare2. Questo processo regola la glicemia nel sangue dopo aver mangiato2. Se tramite la glicolisi viene prodotto più ATP di quanto ne viene utilizzato, allora si può rallentare la via glicolitica; una delle strategie per far ciò è rallentare l’azione dell’esochinasi2.
L’esochinasi è soggetta ad inibizione da prodotto; questo enzima, oltre al sito catalitico in cui si lega il substrato, presenta tanti altri siti in grado di riconoscere un modulatore2. Se il glucosio 6-fosfato tende ad accumularsi allora quel prodotto può dare inibizione allosterica sull’esochinasi2.
I mammiferi presentano quattro importanti isoforme dell’enzima esochinasi
Le isoforme dell’enzima esochinasi nei mammiferi sono denominate esochinasi I, II, III e IV. Ecco le loro caratteristiche principali:
Esochinasi I: Questa isoforma è ubiquitaria nei mammiferi2. Può essere trovata in tutte le cellule del corpo3.
Esochinasi II: Questa isoforma ha un’alta affinità per il glucosio a causa della sua Km molto bassa. È localizzata principalmente nel tessuto muscolare2.
Esochinasi III: Questa isoforma ha anche un’alta affinità per il glucosio. Tuttavia, è poco conosciuta2.
Esochinasi IV: Questa isoforma è solitamente conosciuta come glucochinasi. Ha una bassa affinità per il glucosio a causa della sua alta Km. È presente principalmente nel fegato dei mammiferi2. Questa isoforma si trova solo nelle cellule epatiche e nelle cellule β-pancreatiche3.
Le prime tre esochinasi, esochinasi I-III, possono essere trovate in tutte le cellule del corpo mentre esochinasi IV o glucochinasi si trovano solo nelle cellule epatiche e nelle cellule β-pancreatiche

Question 7

CATABOLISMO ACIDI GRASSI
Descrivi la degradazione degli acidi grassi
(dall’acido grasso in poi)
Tenuti separati i pool mitocondriali e citosolici del CoA

Answer 7

1. ATTIVAZIONE ACIDI GRASSI:L’attivazione degli acidi grassi avviene principalmente nel citoplasma delle cellule. Questo processo inizia con l’attivazione dell’acido grasso mediante legame tioestere con il CoA, formando l’acil-SCoA e consumando 2 molecole di ATP1. L’acil-SCoA che si è venuto a formare viene poi trasportato all’interno del mitocondrio dalla carnitina aciltransferasi1.
   È importante notare che, sebbene alcune piccole molecole di Acil-SCoA siano in grado di attraversare spontaneamente la membrana interna dei mitocondri, la maggior parte degli Acil-SCoA prodotti non è in grado di attraversare tale membrana. In questi casi, il gruppo acile viene trasferito alla carnitina grazie all’intervento catalitico della carnitina aciltransferasi I1.
2. Shuttle carnitina: Lo shuttle della carnitina, noto anche come sistema navetta, è una serie di tre reazioni enzimatiche che hanno lo scopo di far passare attraverso la membrana mitocondriale gli acidi grassi con 14 o più atomi di carbonio1. Gli acidi grassi con 12 o meno atomi di carbonio possono entrare nei mitocondri senza l’aiuto di trasportatori di membrana1.
   Ecco le tre reazioni principali del sistema navetta della carnitina:
   La prima reazione è catalizzata da una famiglia di isozimi (specifici a seconda della lunghezza della catena dell’acido grasso) presenti sulla membrana mitocondriale esterna noti come Acil-CoA sintetasi. Questa reazione implica la formazione di un intermedio acil-adenilato e avviene in due tappe1.
   La seconda reazione è catalizzata dalla carnitina aciltrasferasi I, presente sulla membrana mitocondriale esterna. In questa reazione l’acil-CoA si lega transitoriamente al gruppo ossidrilico della carnitina formando acil-carnitina1.
   L’estere acil-carnitina attraversa la membrana mitocondriale mediante diffusione facilitata da un trasportatore, così l’enzima carnitina aciltrasferasi II può dare inizio alla terza reazione. In questa tappa finale dello shuttle della carnitina il gruppo acilico viene trasferito dalla carnitina al coenzima A intramitocondriale1.
3. β-OSSIDAZIONE: La β-ossidazione degli acidi grassi è un processo che avviene principalmente nei mitocondri e consiste in una serie di reazioni cicliche che portano alla conversione degli acidi grassi in acetil-CoA⁴. Ecco le quattro fasi principali della β-ossidazione:
4. Deidrogenazione: La prima reazione della β-ossidazione è la deidrogenazione dell’acido grasso ad opera di un enzima chiamato acilCoA deidrogenasi. Questo enzima è un enzima FAD dipendente¹.
5. Idratazione: Il secondo stadio prevede l’addizione di acqua al doppio legame formatosi, analogamente a quanto avviene negli alcheni; poiché il carbonio in α al gruppo carbonilico ha carattere nucleofilo ad esso si addiziona lo ione H+ mentre al carbonio in β si addiziona l’ossigeno dell’acqua².
6. Ossidazione: Nelle reazioni organiche l’ossidazione di un alcol secondario porta a un chetone ed in genere l’agente ossidante è il cromo (IV); in questa reazione biochimica l’agente ossidante è il NAD+ (nicotinammide adenina dinucleotide) che, a seguito della rimozione dell’idrogeno legato all’ossigeno del gruppo –OH si trasforma in NADH².
7. Cleavage: L’ultimo stadio è costituito dalla rottura del legame tra il carbonio in β e il gruppo carbonilico².

Queste reazioni si ripetono ciclicamente fino a quando l’acido grasso non viene completamente convertito in molecole di acetil-CoA³.

Question 8

Es. Acido palmitico (C16, 7cicli produce 8
AcetilCoA, FADH2, NADH)
Quanto ATP puoi produrre alla fine?

Answer 8

La beta ossidazione dell’ acido palmitico produce per ogni ciclo NADH e FADH2 che corrispondono a 2,5+1,5=4 ATP, moltiplicato per 7 cicli= 4 x 7=28 ATP

Question 9

Acetil-CoA a cosa va incontro?

Answer 9

–> ciclo di Krebs

L’acetil-coenzima A (o acetil-CoA) è una molecola fondamentale nel metabolismo di tutti gli organismi viventi1. È coinvolto in numerose reazioni biochimiche e svolge un ruolo fondamentale in diverse vie metaboliche2. Ecco alcune delle principali reazioni in cui l’acetil-CoA è coinvolto:
Ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico): L’acetil-CoA reagisce con l’ossalacetato nella prima reazione del ciclo per formare il citrato, nella reazione catalizzata dalla citrato sintasi2.
Sintesi del colesterolo: Nella prima tappa della sintesi del colesterolo, due molecole di acetil-CoA formano diversi intermedi fino ad arrivare al mevalonato, che, dopo diverse reazioni, viene convertito in colesterolo2.
Sintesi dei corpi chetonici: Due molecole di acetil-CoA possono reagire per formare l’acetoacetil-coenzima A, che è il precursore dei corpi chetonici acetone, acetoacetato e D-β-idrossibutirrato, che si formano nel fegato in condizioni di digiuno prolungato2.
Sintesi del malonil-coenzima A: Un intermedio della biosintesi degli acidi grassi, che hanno la funzione di riserva energetica nell’organismo2.
Inoltre, l’acetil-CoA può essere sintetizzato a partire da zuccheri, grassi e amminoacidi2. Ad esempio, dalla glicolisi si forma il piruvato, e l’acetil-CoA si forma per decarbossilazione ossidativa del piruvato2. Gli acidi grassi subiscono la rimozione di molecole di acetil-CoA nella prima fase dell’ossidazione degli acidi grassi, la β-ossidazione2. Infine, alcuni amminoacidi possono essere convertiti in piruvato ed essere quindi precursori dell’acetil-CoA2

Question 10

Conta produzione ATP

Answer 10

L’ATP nelle diverse fasi
La glicolisi è un processo che avviene nel citoplasma indipendentemente dalla presenza di ossigeno. Per 1 mole di glucosio produce 2 moli di piruvato, e fornisce l’energia sufficiente a produrre 2 moli di ATP e 2 moli di NAD ridotto.
La decarbossilazione ossidativa è un processo che avviene nel mitocondrio in presenza di ossigeno. Per ogni mole di piruvato produce 1 mole di acetil-CoA e fornisce l’energia sufficiente a produrre 1 mole di anidride carbonica e 1 mole di NAD ridotto.
Il ciclo di Krebs è un processo ciclico che avviene nel mitocondrio in presenza di ossigeno. Per 1 mole di acetil-CoA produce 2 moli di anidride carbonica, e fornisce l’energia sufficiente a produrre 1 mole di ATP e 3 moli di NADH e 1 mole di FADH2 ridotti.
N.B. Per decarbossilazione ossidativa e ciclo di Krebs bisognerà moltiplicare per 2 i prodotti in modo da ottenere il risultato derivante da una molecola di glucosio.

Bilancio
In presenza di ossigeno si ottengono, per una mole di glucosio: 4 moli di ATP, 10 moli di NAD ridotto e 2 moli di FAD ridotto. Se nel trasferimento dell’energia dai coenzimi all’ATP si considerano 2,5 ATP per NAD ridotto e 1,5 ATP per FAD ridotto, si ottengono per un processo respiratorio completo 32 ATP: 4 direttamente dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs, 25 dai 10 NAD ridotti e 3 dai 2 FAD ridotti.

Tuttavia, molti organi scientifici tengono in considerazione 3 ATP per NAD ridotto e 2 ATP per FAD ridotto: in questi termini un processo respiratorio completo fornisce 38 ATP: 4 direttamente dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs, 30 dai 10 NAD ridotti e 4 dai 2 FAD ridotti.

Inoltre, le cellule eucariotiche dispongono della catena degli elettroni a livello della membrana mitocondriale interna, pertanto gli equivalenti riducenti prodotti nel citoplasma, ovvero i 2 NAD ridotti ottenuti nella glicolisi, devono essere trasferiti dal citoplasma al mitocondrio. Ciò può avvenire grazie a due sistemi navetta: il sistema del malato-aspartato produce nel mitocondrio 1 mole di NAD ridotto per ogni mole di NAD ridotto citoplasmatico; mentre il sistema del glicerolo fosfato produce nel mitocondrio 1 mole di FAD ridotto per ogni mole di NAD ridotto citoplasmatico. In questo caso i 2 NAD ridotti diventeranno 2 FAD ridotti.

Per questo motivo si possono considerare processi respiratori completi che forniscono 36 ATP: 4 direttamente dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs, 24 dagli 8 NAD ridotti e 8 dai 4 FAD ridotti.

Question 11

Esempi di reazioni di transaminazione
(transaminasi), in che via metabolica si trovano–>
Inserisci in una via metabolica in cui reagisce la transaminasi
Dove agisce

Answer 11

Catabolismo aa
Avviene nel fegato nel citosol
2 transaminasi o amminotranferasi importanti dal punto di vista clinico: GPT (glutammico piruvica) e GOT (glutammico ossalacetica)
Questi enzimi catalizzano il trasferimento di un gruppo amminico (-NH2) da un amminoacido donatore (di solito il glutammato) a un α-chetoacido (α-chetoglutarato) accettore

Il meccanismo di reazione avviene in due step, noto come meccanismo a “ping-pong”, e coinvolge un coenzima chiamato piridossal-5’-fosfato (PLP), un derivato della piridossina (vitamina B6)1:
Primo step: Il gruppo α-amminico di un amminoacido viene trasferito all’enzima, producendo il corrispondente α-chetoacido e la forma amminata del coenzima PLP, denominata PMP (pridossammina-5’-fosfato)1.
Secondo step: Il gruppo amminico è trasferito al chetoacido accettore, generando il nuovo amminoacido e ripristinando il coenzima PLP nella sua forma iniziale1.

L’ossalacetato è un α-chetoacido necessario per la gluconeogenesi e l’α-chetoglutarato incrementa il ciclo di Krebs1.

Question 12

Fai entrare malato in scambio con?
Al netto non si ha una variazione del numero di atomi di carbonio
Si ha trasferimento di elettroni
Da dove vengono elettroni?

Answer 12

Stai nel citosol–> dalla glicolisi
Shuttle importante perché le cellule continuanino a respirare

Il sistema navetta del malato-aspartato è un sistema biologico che ha il fine di trasferire gli elettroni prodotti durante la glicolisi nel citosol alla matrice mitocondriale attraverso la membrana interna1. Questi elettroni, trasportati come ione idruro dal NADH, verranno poi sfruttati nella fosforilazione ossidativa negli eucarioti per generare ATP1.
Il sistema comprende quattro proteine:
La malato deidrogenasi nella matrice mitocondriale e nello spazio intermembrana.
L’aspartato aminotrasferasi nella matrice mitocondriale e nello spazio intermembrana.
Il trasportatore del malato - chetoglutarato nella membrana interna.
Il trasportatore del glutammato - aspartato nella membrana interna1.
L’enzima più importante nel sistema pendolare del malato/aspartato è la malato deidrogenasi. La malato deidrogenasi è presente in due forme nel sistema: la malato deidrogenasi mitocondriale e la malato deidrogenasi citosolica1.
Il primo passaggio avviene nello spazio intermembrana mitocondriale: la malato deidrogenasi reagisce con l’ossalacetato e con il NADH producendo malato e NAD+. In questa reazione l’ossalacetato lega un protone e lo ione idruro liberato dal NADH riducendosi a malato1.
Una volta formatasi la molecola di malato, il trasportatore del malato-chetoglutarato la importa dallo spazio intermembrana alla matrice e contemporaneamente esporta una molecola di chetoglutarato dalla matrice allo spazio intermembrana1.
Una volta nella matrice mitocondriale il malato viene convertito dalla malato deidrogenasi mitocondriale ad ossalacetato; nel processo viene rilasciato un H+ e il NAD+ viene ridotto a NADH1.
L’ossalacetato viene quindi trasformato ad aspartato per essere trasportato nello spazio intermembrana. Il gruppo amminico viene fornito dal glutammato che diventa alfa-chetoglutarato1.
L’enzima necessario alla reazione è l’aspartato aminotrasferasi mitocondriale. In seguito il trasportatore del glutammato-aspartato importa una molecola di glutammato dallo spazio intermembrana alla matrice ed esporta l’aspartato dalla matrice allo spazio intermembrana1.
Qui l’aspartato viene convertito in ossalacetato dall’aspartato aminotrasferasi1

Question 13

Replicazione del DNA
Forcella di replicazione

Answer 13

Replisoma è costituito da: elicasi, topoisomerasi, SSB,primasi, DNA pol 1, DNA ligasi
Sito di inizio
Procarioti OriC
Eucarioti più siti di origine

Inizio
OriC 8DnaA (+ATP) attive si legano a siti R e I e causano l’avvolgimento del DNA fino alla Denaturazione per cui le seq. DUE saranno legate da 2 DnaB (elicasi) guidate da DnaC+ATP, operano la separazione dell’elica con la formazione di 2 forcelle di replicazione (una per filamento) 5’-3’; i singoli filamenti sono stabilizzati dalle SSB;
Si lega la DnaG (primasi) accanto a DnaB formando il primosoma e sintetizzando il primer di Rna necessario per il funzionamento della DNA pol.
Allungamento 5’-3’
Forcella di replicazione struttura asimmetrica: filamento veloce (3’-5’, “guida”) sintesi continua ; filamento lento(5’-3’) sintesi discontinua con la formazione dei frammenti di okazaki
DNA pol III sintesi a partire dal primer aggiunge nucleotidi sull’estremità 3’ OH libera

La DNA polimerasi III è un complesso enzimatico coinvolto nella replicazione del DNA procariotico¹. Questo complesso ha un’alta processività, cioè il numero di nucleotidi aggiunti ad ogni legame, e ha anche la capacità di proofreading (attività esonucleasica 3’-5’) che corregge gli errori di replicazione¹.

La struttura dell’oloenzima DNA polimerasi III, che ha una massa molecolare di circa 900 kD, è costituita dai seguenti componenti¹:
- 2 nuclei di polimerizzazione, o core, ciascuno costituito da:
- la subunità α che svolge l’attività di polimerizzazione;
- la subunità ε che svolge l’attività di proofreading;
- la subunità θ (8,6 kD) che serve per stimolare la esonucleasi.
- due unità τ (71,1 kD) (o un dimero τ) che connettono i 2 core enzimatici.
- un complesso γ (ATPasi DNA dipendente) che funziona come morsa per i frammenti di Okazaki ed aiuta l’anello β a legare il DNA (clamp loader).
- Oltre alle precedenti, vi sono svariati anelli β (o sliding clamp) (40,6 kD) indipendenti che si legano due per volta al complesso nella funzione di morsa per il DNA: fanno sì che la polimerasi sia attaccata al DNA. L’anello β è formato da due subunità omodimeriche β¹.

Filamento lento 5’-3’
DnaB elicasi si lega davanti a DNA pol 3 formando la forcella di replicazione 5’-3’;

La DNA polimerasi III è il principale enzima coinvolto nella replicazione del DNA procariotico¹. Ecco come funziona:

1. Assemblaggio: L’assemblaggio della DNA pol III inizia con l’apertura della forca di replicazione tramite un’elicasi. A questo punto, il clamp loader (complesso γ) lega un anello β e idrolizza una molecola di ATP, caricando l’anello su un complesso DNA stampo-primer. Questo costituirà il filamento leading¹.
2. Legame con il DNA: Legando il DNA, l’anello β modifica la conformazione del clamp loader, che acquisisce un’elevata affinità per il nucleo polimerasico¹.
3. Replicazione del filamento: La DNA polimerasi III attua l’allungamento del filamento sia a carico del filamento lagging che del filamento leading².
4. Proofreading: La DNA polimerasi III ha anche la capacità di proofreading (attività esonucleasica 3’-5’) che corregge errori di replicazione. In caso di inserzione del nucleotide errato, può tornare indietro e rimuoverlo per poi inserire nuovamente quello corretto².

La replicazione del filamento lagging, o filamento ritardato, avviene in modo discontinuo¹. Questo filamento viene sintetizzato nella direzione opposta alla forca di replicazione⁵. Ecco come funziona:

1. Iniziazione: La DNA polimerasi non può iniziare la sintesi del DNA da sola, ha bisogno di un primer, un breve segmento di RNA, per iniziare la sintesi¹.
2. Sintesi dei frammenti di Okazaki: Poiché la direzione di sintesi del filamento lagging è opposta a quella della forca di replicazione, la sintesi del DNA avviene sotto forma di corti frammenti, detti frammenti di Okazaki¹. Ogni frammento di Okazaki inizia in corrispondenza dell’estremità OH-3’ libera di un primer di RNA¹.
3. Rimozione del primer: Dopo la sintesi di ogni frammento di Okazaki, il primer di RNA viene rimosso grazie all’attività esonucleasica della stessa DNA polimerasi I¹.
4. Riempimento dei vuoti: I vuoti formati dalla rimozione dei primer vengono riempiti dalla DNA polimerasi¹.
5. Ligazione: Infine, i vari frammenti di Okazaki vengono uniti dall’enzima ligasi¹.

Questo processo è più lento rispetto alla sintesi del filamento leading, da cui il nome “lagging” (ritardato)⁴.

La DNA ligasi è un enzima che svolge un ruolo fondamentale nella replicazione del DNA, nella riparazione del DNA e nella ricombinazione del DNA1. Questo enzima è in grado di unire due frammenti di DNA a singolo filamento catalizzando la formazione di un legame estere inter-nucleotidico tra fosfato e desossiribosio1.
La DNA ligasi riconnette i filamenti spezzati del DNA ed è usata per unire filamenti diversi di DNA nell’ingegneria genetica2. Ad esempio, è possibile unire, attraverso una ligasi, plasmidi e geni liberi in soluzione (tagliati con lo stesso enzima di restrizione al fine di produrre estremità complementari e coesive)3.
Durante la replicazione del DNA, la DNA ligasi può lavorare solo in direzione 5’-3’ quando copia un filamento di DNA, così solo uno dei due filamenti della doppia elica viene copiato in modo continuo, mentre l’altro viene copiato in una serie di piccoli pezzi (frammenti di Okazaki) che hanno bisogno di essere collegati insieme dalla DNA ligasi per formare un filamento continuo2.
Inoltre, la DNA ligasi è in grado di ricucire i due frammenti di una catena di DNA che è stata spezzata. Per compiere la reazione usa come coenzima ATP, in alcuni casi, o NAD+ in altri, ed inoltre usa un particolare amminoacido di lisina2.

La DNA ligasi è un enzima che catalizza la seguente reazione¹:

ATP + (deossiribonucleotide)n + (deossiribonucleotide)m → AMP + difosfato + (deossiribonucleotide)n+m

Il meccanismo di reazione della DNA ligasi può essere suddiviso in tre step²:

1. Attivazione della DNA Ligasi: Si lega una molecola di AMP ad un residuo di lisina della proteina, un processo noto come AMPilazione o adenilazione².
2. Trasferimento dell’AMP: L’AMP viene trasferito al 5’ fosfato dell’interruzione nel DNA².
3. Attacco nucleofilo: Il 3’-OH attacca il 5’ fosfato con liberazione della molecola di AMP².

L’enzima è quindi in grado di legare due frammenti di DNA che hanno subito una rottura a doppio filamento. Può anche legare una rottura a singolo filamento, come ad esempio accade durante il processo di replicazione del DNA, nel quale la DNA ligasi agisce sul filamento che ha la direzione 3’→5’, sintetizzato a frammenti (detti frammenti di Okazaki). Questo enzima catalizza infatti la formazione di legami covalenti fosfodiesterici tra nucleotidi di DNA adiacenti (lega l’estremità 3’ del nuovo tratto di DNA con l’estremità 5’ del tratto precedentemente sintetizzato)¹.

Terminazione
Nel caso di cromosomi circolari, come quelli presenti nei batteri, complesso seq.Ter-proteine Tus ferma una forcella di replicazione,l’altra si ferma quando incontra quella bloccata, così al termine della replicazione le due molecole figlie di DNA rimangono unite come gli anelli di una catena “catenani”. Queste vengono poi separate grazie all’intervento di una particolare topoisomerasi IV. Il processo di duplicazione del DNA batterico dura all’incirca 40 minuti2.

Per quanto riguarda i cromosomi lineari, come quelli degli eucarioti, il processo di terminazione è più complesso e coinvolge la risoluzione dei problemi legati alle estremità dei cromosomi, chiamate telomeri. Questi problemi sono dovuti al fatto che la DNA polimerasi può sintetizzare il DNA solo in direzione 5’-3’ e necessita di un primer di RNA per iniziare la sintesi. Questo porta alla perdita di sequenze terminali ad ogni ciclo di replicazione, un problema noto come “problema dell’estremità finale”. Negli eucarioti, questo problema è risolto grazie all’azione dell’enzima telomerasi, che aggiunge ripetizioni di sequenze specifiche alle estremità dei cromosomi, permettendo così la completa replicazione dei telomeri.

Question 14

Che sequenza viene riconosciuta per l’apertura?

Answer 14

seq. DUE che viene legata da 2DnaB elicasi e forma 2 forcelle di replicazione

Question 15

Quante forcelle si devono creare?

Answer 15

Si formano 2 forcelle di replicazione una per ciascun filamento stampo (2 elicasi)
Replicazione bidirezionale orientamento 5’-3’

Question 16

Da chi è garantita la polimerizzazione del DNA?

Answer 16

Dalla DNA polimerasi 3 nei procarioti
DNA polimerasi α negli eucarioti, dna polimerasi γ nei mitocondri

Tutte le DNA polimerasi conosciute sintetizzano il nuovo filamento in direzione 5’-3’ aggiungendo deossiribonucleotidi (dNTP) al gruppo 3’-OH del deossiribosio del nucleotide precedente1. Nessuna DNA-polimerasi è in grado di iniziare la sintesi di un filamento “da zero” (ex novo). Per questa ragione le DNA-polimerasi necessitano di un oligonucleotide (in inglese “primers”) complementare al filamento templato

Question 17

Limite della DNA polimerasi ( di tutte le polimerasi)?

Answer 17

sono in grado di aggiungere deossiribonucleotidi solo su catene
preesistenti

Tutte le DNA polimerasi conosciute sintetizzano il nuovo filamento in direzione 5’-3’ aggiungendo deossiribonucleotidi (dNTP) al gruppo 3’-OH del deossiribosio del nucleotide precedente1. Nessuna DNA-polimerasi è in grado di iniziare la sintesi di un filamento “da zero” (ex novo). Per questa ragione le DNA-polimerasi necessitano di un oligonucleotide (in inglese “primers”) complementare al filamento templato

Question 18

Cosa deve esserci prima che intervenga la DNA polimerasi 3?

Answer 18

La dna polimerasi 3 necessità di un primer di rna sintetizzato dalla primasi dnaG (5’-3’)

Question 19

Cosa devo eliminare? Ribonucleotidi da dove
vengono? Cosa è la primasi?

Answer 19

Dopo la sintesi fatta dalla dna pol 3 sui filamenti interviene la dna pol 1 che elimina i primer di rna sintetizzati dalla primasi e li sostituisce con deossiribonucleotidi

Question 20

Perché hai bisogno dei ribonucleotidi come primer?

Answer 20

Perché la dna pol 3 non può polimerizzare nucleotidi ex novo, li aggiunge all’estremità 3’ OH libera del primer

Question 21

In che direzione allunga il filamento la DNApolimerasi? >-

Answer 21

5’-3’

Question 22

Ciclo urea e regolazione

Answer 22

Il ciclo dell’urea, noto anche come ciclo dell’ornitina, è una via metabolica vitale responsabile della conversione dell’ammoniaca in urea¹. Questo ciclo svolge un ruolo fondamentale nel meccanismo del corpo per eliminare l’azoto in eccesso¹. Le reazioni si verificano principalmente nel fegato e sono facilitate sia dal mitocondrio che dagli enzimi citosolici¹.

Ecco una descrizione dettagliata delle reazioni coinvolte nel ciclo dell’urea:

1. Formazione di carbammilfosfato: L’ammoniaca si trasforma in carbammilfosfato grazie all’enzima carbammilfosfato sintetasi⁴. Questa reazione avviene nei mitocondri⁴.
2. Formazione di citrullina: Il carbammilfosfato viene fatto condensare con una molecola di ornitina per dare citrullina; la reazione è catalizzata dalla ornitina transcarbamilasi². La citrullina formata esce dal mitocondrio per andare nel citosol².
3. Formazione di argininosuccinato: La citrullina viene fatta condensare con una molecola di aspartato dalla argininosuccinato sintetasi formando argininosuccinato².
4. Formazione di arginina e fumarato: L’argininosuccinato viene scisso in arginina e fumarato grazie all’enzima argininosuccinato liasi².
5. Formazione di urea e ornitina: L’arginina viene idrolizzata in ornitina e urea grazie all’enzima arginasi².

La reazione netta del ciclo dell’urea è la seguente:

$$\text{NH}_4^+ + \text{HCO}_3^- + \text{Asp} + 3\text{ATP} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Urea} + \text{Acido fumarico} + 2\text{ADP} + \text{AMP} + 2\text{Pi} + \text{PPi}$$

La regolazione del ciclo dell’urea avviene a livello della carbammil fosfato sintetasi I³. L’enzima è attivato allostericamente dall’N-acetilglutammato, a sua volta sintetizzato dall’acetil-CoA e dal glutammato in una reazione catalizzata dall’enzima N-acetilglutammato sintasi³..

Question 23

Ciclo dei pentosi e stress ossidativo

Answer 23

Il ciclo dei pentosi, o via dei pentosi fosfati, svolge un ruolo fondamentale nella prevenzione dello stress ossidativo nelle cellule12. Questo processo metabolico genera NADPH, che è essenziale per la biosintesi degli acidi grassi e per tamponare le specie reattive dell’ossigeno (ROS), che sono molecole altamente reattive e potenzialmente dannose1.
Lo stress ossidativo si verifica quando c’è uno squilibrio tra la produzione di ROS e la capacità della cellula di neutralizzarli o riparare il danno che causano. Le ROS possono danneggiare le proteine, i lipidi e il DNA nelle cellule, portando a una varietà di malattie croniche come il cancro, le malattie cardiovascolari e le malattie neurodegenerative.
Il NADPH prodotto dal ciclo dei pentosi fosfati è un importante agente riducente che aiuta a neutralizzare le ROS convertendole in forme meno reattive. Inoltre, il NADPH è necessario per la rigenerazione del glutatione, uno dei principali antiossidanti cellulari, dalla sua forma ossidata alla sua forma ridotta. Pertanto, il ciclo dei pentosi fosfati svolge un ruolo chiave nel mantenere l’equilibrio redox nelle cellule e nella protezione contro lo stress ossidativo12

Question 24

Nick traslation

Answer 24

Dna pol 1
è dotato dell’attività polimerasica 5’-3’;
un’attività 5’-3’ esonucleasica, che determina l’escissione di nucleotidi a valle dell’enzima. Quest’ultima attività permette alla DNA polimerasi I di dare inizio in vitro alla replicazione partendo da un’incisione a singolo filamento sul DNA (processo di spostamento dell’incisione o nick translation).

Question 25

Modificazioni degli acidi nucleici

Answer 25

Non enzimatiche:
-deamminazione citosina—>uracile
- depurinazione —>siti basici o apurinici
- dimerizzazione timina

Metilazione del DNA: Questa è una delle modificazioni più comuni del DNA. Durante questo processo, un gruppo metile viene aggiunto alla citosina o all’adenina. La metilazione del DNA può influenzare l’espressione genica senza cambiare la sequenza di basi del DNA1

Modificazioni dell’RNA: L’RNA può subire diverse modificazioni dopo la trascrizione. Queste includono la capping 5’, la poliadenilazione 3’ e lo splicing dell’RNA.

Question 26

Beta ossidazione

Answer 26

La beta ossidazione degli acidi grassi è un processo metabolico che avviene principalmente nei mitocondri e coinvolge la degradazione degli acidi grassi per produrre energia12. Questo processo si svolge in diverse fasi:
- Penetrazione nella cellula: Gli acidi grassi entrano principalmente in una cellula attraverso i trasportatori di proteine degli acidi grassi sulla superficie cellulare1.
- Trasporto di acidi grassi nei mitocondri: Una volta all’interno della cellula, un gruppo CoA è aggiunto all’acido grasso dalla acil-CoA acido grasso sintasi, formando acil-CoA a catena lunga1. L’acil-CoA a catena lunga è quindi modificato dalla carnitina palmitoiltransferasi 1 (CPT1) in acilcarnitina1.
- β-ossidazione degli acidi grassi: L’acil-CoA a catena lunga entra nella via della β-ossidazione degli acidi grassi1. Questa via comporta la produzione di un acetil-CoA da ogni ciclo di β-ossidazione degli acidi grassi1. Ogni ciclo della β-ossidazione degli acidi grassi inizia con un acil-CoA e termina con un acetil-CoA, un FADH2, un NADH e acqua, e la catena acil-CoA diventa più corta di due atomi di carbonio1. La resa energetica totale per ciclo è di 17 molecole di ATP1.

La beta-ossidazione si svolge in quattro fasi principali:
1.Ossidazione: L’acil-CoA è ossidato dall’enzima acil CoA deidrogenasi con formazione di un doppio legame. Il prodotto finale di questa reazione è il trans-Δ 2 -enoil-CoA.
2.Idratazione: Il doppio legame del trans-Δ2 -enoil-CoA è idratato, formando l’L-β-idrossiacil -CoA.
3.Ossidazione: L’L-β-idrossiacil -CoA viene ossidato a β-chetoacil-CoA, con la produzione di una molecola di NADH.
4.Tiolisi: Infine, la β-chetoacil-CoA viene scissa da una tiolasi in acetil-CoA e un nuovo acil-CoA, che è più corto di due atomi di carbonio rispetto all’acil-CoA originale.
Queste reazioni si ripetono ciclicamente, accorciando l’acil-CoA di due atomi di carbonio ad ogni ciclo, fino a quando l’acil-CoA non è completamente convertito in molecole di acetil-CoA. Ogni ciclo della β-ossidazione produce un FADH2, un NADH e un acetil-CoA, che può entrare nel ciclo di Krebs per la produzione di ulteriore energia.

Question 27

ATP sintasi, meccanismo d’azione

Answer 27

L’enzima ATP Sintasi è un enzima molto complesso, formato da due dominii (F0 e F1) ognuno dei quali a propria volta costituito da molteplici sub-unità.

Il Dominio F0 è di tipo transmembrana ed è costituito da 1 sub-unità A, 1 sub-unità B e un numero variabile di sub-unità C, compreso tra 10 e 15 a seconda delle specie.

Le sub-unità C sono organizzate a formare un anello libero di ruotare su sé stesso e l’intera struttura svolge il ruolo di canale protonico per il passaggio di ioni positivi secondo gradiente tra l’interno e l’esterno della membrana cellulare.

Il dominio F1 invece è totalmente esterno e nella sua struttura sono presenti i siti catalitici per la sintesi dell’ATP. La composizione di questo dominio è determinata dalla presenza 3 dimeri di sub-unità α e β uniti a formare un cerchio e collegati ad 1 sub-unità γ, 1 sub-unità δ e 1 sub-unità ε.

Le sub-unità β hanno affinità variabile per le molecole di ADP, ATP e per i gruppi fosfati. Tale affinità dipende dalla conformazione in cui si trovano.

I tre siti si trovano sempre in tre stadi conformazionali differenti tali che uno sia libero, uno leghi una molecola di ATP e un altro leghi una molecola di ADP e un gruppo fosfato.

sfrutta il flusso di protoni secondo gradiente che avviene nel dominio F0 per generare l’energia necessaria alla sintesi nel dominio F1: i protoni legano la sub-unità C del dominio F0 più esterna, questo legame determina la rotazione dell’anello e l’esposizione di un nuovo sito C libero all’esterno.

Così un secondo protone si lega all’anello e così via, determinando una rotazione costante dell’anello con la liberazione degli ioni dal lato opposto della membrana.

La rotazione dell’anello di unità C viene trasferita dell’unità gamma alle unità Beta che, cambiando conformazione, reclutano gli ingredienti e sintetizzano nuova ATP.

Il flusso protonico e la rotazione dell’anello delle sub-unità C causano la rotazione sul proprio asse delle sub-unità γ nel dominio F1, che fanno da collegamento tra i due dominii.

La rotazione della sub-unità γ determina a sua volta un cambio di conformazione nelle tre sub-unità β per cui la sub-unità che legava l’ATP si libera, quella che legava l’ADP e il gruppo fosfato induce l’avvicinamento e la formazione del legame con conseguente formazione di ATP e la sub-unità vuota lega una ulteriore coppia di molecole ADP + gruppo fosfato. Ad ogni torsione della sub-unità γ quindi corrisponde la formazione ed il rilascio di una nuova molecola di ATP.
CATALISI ROTAZIONALE

Il funzionamento è il seguente:
La subunità polipeptidica F1 è direttamente responsabile della sintesi di ATP; è costituita da 3 subunità proteiche α e 3 subunità proteiche β, organizzate in dimeri α-β disposte come gli spicchi di un’arancia1.
Al centro vi è la subunità γ che si collega alla struttura della porzione Fo1.
La subunità polipeptidica Fo attraversa la membrana mitocondriale interna, nel caso degli eucarioti, o la membrana cellulare, nel caso dei procarioti1.
Essa costituisce il canale per il passaggio degli ioni H+ (o protoni), i quali forniscono l’energia necessaria alla sintesi di ATP1.
Il passaggio dei protoni attraverso il canale creato dalle subunità c della Fo determina la rotazione della subunità γ che a sua volta provoca il cambiamento conformazionale contemporaneo dei 3 dimeri α-β e la sintesi di ATP1.
Sulla porzione F1 vi sono 3 siti attivi che catalizzano a turno la sintesi di ATP: uno di questi siti si trova in conformazione β-ATP (che lega ATP), un altro in β-ADP e l’ultimo sito in β-vuoto (incapace di legare ATP)1.
La forza motrice protonica provoca la rotazione dell’asse centrale c che entra in contatto con le subunità β1.
Ciò causa una modifica conformazionale cooperativa in cui il sito β-ATP viene convertito in β-vuoto rilasciando ATP; quindi il sito β-vuoto passa in conformazione β-ADP che lega debolmente ADP e gruppo fosfato dal solvente e per ultimo il sito β-ADP viene convertito nella conformazione β-ATP a promuovere la condensazione di ADP e Pi1.
In sintesi, la catalisi rotazionale dell’ATP sintasi sfrutta l’energia liberata nella catena respiratoria dal gradiente protonico transmembrana per indurre la rotazione delle subunità di ATP sintasi. L’energia meccanica così prodotta si traduce in un cambiamento conformazionale delle subunità stesse che determina i cicli di catalisi1.

Question 28

Andamento energetico reazione catalizzata da atp sintasi

Answer 28

La coordinata di reazione è un concetto utilizzato in chimica per descrivere il percorso che una reazione segue dallo stato dei reagenti a quello dei prodotti, passando attraverso lo stato di transizione
Nel caso della sintesi di ATP catalizzata dall’ATP sintasi, la coordinata di reazione può essere rappresentata come un grafico con due picchi. Questi picchi rappresentano le fasi energetiche della reazione:
Nel primo picco, l’ADP e il fosfato (P) si legano al sito catalitico dell’enzima
Successivamente, un cambiamento conformazionale dell’enzima, alimentato dal flusso di protoni attraverso la subunità Fo, provoca la condensazione tra ADP e P, formando ATP3. Questa è la fase endoergonica della reazione e corrisponde al secondo picco nel grafico
Infine, l’ATP neosintetizzato viene rilasciato dal sito catalitico, che è ora pronto per un nuovo ciclo
Durante queste fasi, l’energia del sistema varia, con un livello energetico massimo quando l’ATP è ancora legato all’enzima2. Questo livello energetico è pari all’energia dell’ADP e P liberati, e all’energia dell’enzima legato ad ADP e P2.
In sintesi, la coordinata di reazione dell’ATP sintasi descrive le variazioni energetiche che avvengono durante la sintesi dell’ATP, e come queste variazioni sono collegate ai cambiamenti conformazionali dell’enzima

Question 29

Capping 5’

Answer 29

Modifica post trascrizionale mRNA EUCARIOTI
Protegge dalle ribonucleasi
Serve per il legame sul ribosoma
Durante azione RNA pol 2
Aggiunge al primo nucleotide al 5’ 7- metilguanosina
Complesso del cappuccio viene sostituito con il complesso CBC che lega e protegge Il cappuccio per il trasporto e il legame con il ribosoma
Il primo nucleotide della catena di mRNA subisce l’azione di una fosfoidrolasi che fa uscire il P γ, rimangono P alfa e beta, il P beta attua un attacco nucleofilo sul Palfa di GTP con la fuoriuscita di PPi, la reazione è catalizzata da guanililtransferasi
Così la guanosina è trasferita sul nucleotide
Tramite la SAM la 7-guaninmetiltransferasi porta su N 7 della guanosina il metile, formando il cappuccio con la 7-metilguanosina in 5’
Sono possibili ulteriori metilazioni sugli zuccheri tramite la O- metiltransferasi

Question 30

Ciclo di Krebs

Answer 30

Il ciclo di Krebs è una serie di otto reazioni chimiche che avvengono in modo ciclico. Ecco le reazioni del ciclo di Krebs:
1.Citrato Sintasi: Una molecola di Acetil-CoA reagisce con una molecola di Ossalacetato, legandosi tramite un gruppo acetile. Una volta formato l’intermedio Acetil-CoA-Ossalacetato, una molecola d’acqua attacca il gruppo acetile provocando il rilascio del Coenzima A dal complesso, che è così trasformato in una molecola di Citrato1.

2.Aconitasi: In questa reazione, catalizzata dall’enzima Aconitasi, una molecola d’acqua viene rimossa dal Citrato e rilocata in un’altra posizione. L’effetto di questa reazione è un’isomerizzazione del gruppo ossidrile (OH) dal carbonio in posizione 3 al carbonio in posizione 41.

3.Isocitrato Deidrogenasi: Questa reazione comprende due eventi distinti. Nella prima reazione l’enzima Isocitrato Deidrogenasi catalizza l’ossidazione del gruppo -OH sul carbonio 4 riducendo una prima molecola di NAD+ a NADH. Successivamente, l’intermedio formatosi viene decarbossilato, perdendo il gruppo carbossilico (COO) legato al carbonio 3 sotto forma di una molecola di anidride carbonica (CO2), generando Alfa-Chetoglutarato1.

4.Alfa-Chetoglutarato Deidrogenasi: Questa reazione è simile alla precedente, con la differenza che l’alfa-chetoglutarato viene convertito in succinil-CoA, liberando una molecola di CO2 e riducendo un’altra molecola di NAD+ a NADH1.

5.Succinil-CoA Sintetasi: In questa reazione, il Succinil-CoA viene convertito in Succinato. Durante questa reazione, una molecola di GTP viene prodotta, che viene immediatamente utilizzata per rigenerare una molecola di ATP1.

6.Succinato Deidrogenasi: Il Succinato viene convertito in Fumarato. Durante questa reazione, una molecola di FAD viene ridotta a FADH21.

7.Fumarasi: Il Fumarato viene convertito in Malato1.

8.Malato Deidrogenasi: Il Malato viene convertito in Ossalacetato. Durante questa reazione, una molecola di NAD+ viene ridotta a NADH1.
Queste reazioni permettono di rigenerare l’Ossalacetato, che può quindi reagire con un’altra molecola di Acetil-CoA per iniziare un nuovo ciclo1.

Question 31

Metabolismo del glicogeno

Answer 31

Glicogenolisi

La glicogenolisi è un processo metabolico che degrada le molecole di glicogeno fino a ottenere il monosaccaride glucosio1. Questo processo avviene in risposta alle richieste energetiche del momento2. Il glicogeno viene scisso in glucosio, che successivamente, attraverso vari passaggi, si trasforma in sostanze intermedie per le biosintesi cellulari (glicolisi), infine in prodotti di ossidazione completa, vale a dire biossido di carbonio e acqua2.
La glicogenolisi avviene per mezzo di tre enzimi principali2:

Glicogeno fosforilasi: Questo enzima catalizza una reazione nella quale un legame α- (1-4)-glicosidico tra due residui di glucosio all’estremità non riducente di una ramificazione del glicogeno viene scisso usando il fosfato inorganico, formando glucosio-1-fosfato1.

Enzima deramificante: Questo enzima bifunzionale catalizza due reazioni di trasferimento delle ramificazioni. Nella prima reazione, un blocco di tre residui viene spostato dalla ramificazione a un’estremità non riducente vicina. Nella seconda reazione, il singolo residuo di glucosio rimasto legato alla catena principale mediante un legame glicosidico α- (1-6), viene rilasciato sotto forma di glucosio libero2.

Fosfoglucomutasi: Questo enzima converte il glucosio-1-fosfato in glucosio-6-fosfato2.
Il glucosio-6-fosfato può quindi entrare nel processo della glicolisi o essere liberato nel sangue come glucosio1.

REGOLAZIONE

Regolazione allosterica: Questa regolazione avviene attraverso l’interazione di molecole con l’enzima glicogeno fosforilasi1. Ad esempio, nel muscolo, l’adenosina monofosfato (AMP) può legarsi all’enzima, causando un cambiamento nella sua struttura e permettendogli di degradare il glicogeno4.
Modificazioni covalenti: Queste modificazioni coinvolgono l’aggiunta o la rimozione di gruppi chimici, come i gruppi fosfato, agli enzimi1. Ad esempio, la glicogeno fosforilasi può essere attivata attraverso la fosforilazione, un processo innescato dall’ormone glucagone4.
Controllo ormonale: Gli ormoni come l’insulina, il glucagone e l’adrenalina giocano un ruolo chiave nella regolazione della glicogenolisi23. Ad esempio, l’insulina tende a favorire la sintesi del glicogeno e a inibire la glicogenolisi, mentre il glucagone e l’adrenalina hanno l’effetto opposto4.

La glicogeno fosforilasi è un enzima che svolge un ruolo fondamentale nel processo di demolizione del glicogeno, noto come glicogenolisi12. Questo enzima aggiunge una molecola di fosfato inorganico a un’unità di glucosio all’estremità di una catena di glicogeno, convertendola in glucosio-1-fosfato e liberandola dal glicogeno2. La molecola di glucosio-1-fosfato viene successivamente trasformata in glucosio-6-fosfato da un altro enzima ed entra nel ciclo del glucosio2.
La glicogeno fosforilasi può esistere in due forme: una forma attiva e una forma inattiva1.
Forma attiva (forma a): Questa è la forma fosforilata dell’enzima1. Quando un gruppo fosfato viene aggiunto all’enzima, esso diventa attivo1. Questo processo è innescato dall’ormone glucagone, che viene secreto dal pancreas quando i livelli di zucchero nel sangue sono bassi2.
Forma inattiva (forma b): Questa è la forma defosforilata dell’enzima1. La rimozione dei gruppi fosfato dai residui di serina, ad opera di una proteina fosfatasi, rende l’enzima inattivo1.

Inoltre, la glicogenolisi è influenzata dallo stato nutrizionale dell’organismo e dall’attività fisica3. Durante il digiuno o l’attività fisica intensa, la glicogenolisi è stimolata per fornire glucosio all’organismo4.

Question 32

Fosforilazione ossidativa e ciclo Q (trasferimento elettroni da complesso 3 a ubichinone e da ubichinone a citocromo c) [non in sintesi]

Answer 32

La fosforilazione ossidativa è un processo biochimico cellulare fondamentale e ubiquitario per la produzione di energia tramite la sintesi di ATP1. Si tratta della fase finale della respirazione cellulare, dopo glicolisi, decarbossilazione ossidativa del piruvato e ciclo di Krebs1. Questo processo avviene sempre a cavallo di una membrana: negli eucarioti avviene presso la membrana interna mitocondriale, nei procarioti presso la membrana cellulare1.
La fosforilazione ossidativa si compone di due fasi principali1:
Catena di trasporto degli elettroni: in questo processo gli elettroni trasportati da NADH e FADH2 vengono scambiati dalla catena enzimatica transmembrana generando un gradiente protonico1.
Sintesi di ATP: avviene tramite la fosforilazione di ADP da parte dell’enzima ATP sintasi1.
Durante la catena di trasporto degli elettroni, i coenzimi “caricati” nella matrice mitocondriale durante il ciclo di Krebs e nel citoplasma durante la glicolisi sono utilizzati nella cosiddetta catena di trasporto degli elettroni2. Questa “scarica” i due coenzimi NADH e FADH2 (ossidandoli a NAD+ e FAD), trasferendone gli elettroni ad alcune molecole di trasporto, essenzialmente citocromi2.
Nella seconda fase della fosforilazione ossidativa, il gradiente protonico della prima fase viene sfruttato per azionare l’enzima transmembrana ATP-Sintasi, in grado di sintetizzare molecole di ATP a partire da ADP+P2.

La catena di trasporto degli elettroni è formata da quattro complessi proteici transmembrana e due trasportatori solubili12. Ecco i dettagli:
Complesso I - NADH-Ubichinone-Ossidoreduttasi: Questa proteina di membrana catalizza il trasferimento di 2 elettroni dal coenzima ridotto NADH al trasportatore solubile Ubichinone (o Coenzima Q). Durante il processo vengono trasferiti 4 protoni nello spazio transmembrana1.
Complesso II - Succinato-CoQ-Reduttasi: Questo complesso è una via alternativa del Complesso I e catalizza anch’essa il trasferimento di elettroni al Coenzima Q. Il Complesso II è di fatto l’enzima che catalizza la sesta reazione del Ciclo di Krebs trasformando il Succinato in Fumarato1.
Complesso III - CoQH2-CitocromoC-Ossidoreduttasi: L’ossidazione dell’Ubichinolo da parte del Complesso III avviene in modo ciclico in un processo chiamato Ciclo Q. I due elettroni trasportati dal Coenzima Q vengono strappati uno alla volta, generando un intermedio semichinonico, e trasferiti sui centri ferro-zolfo presenti sul Complesso III1.
Complesso IV - Citocromo c Ossidasi: Questo complesso riceve un elettrone dal citocromo c e lo trasferisce all’ossigeno, riducendolo ad acqua. Durante questo processo, i protoni vengono pompati attraverso la membrana mitocondriale interna2.
I due trasportatori solubili sono l’ubichinone (o coenzima Q) e il citocromo c

Question 33

Sistemi Shuttle (malato aspartato)

Answer 33

Il sistema shuttle del malato-aspartato è un sistema biologico che ha il fine di trasferire gli elettroni prodotti durante la glicolisi nel citosol alla matrice mitocondriale attraverso la membrana interna¹. Questi elettroni, trasportati come ione idruro dal NADH, verranno poi sfruttati nella fosforilazione ossidativa negli eucarioti per generare ATP¹.

Il sistema comprende quattro proteine:
1. La malato deidrogenasi nella matrice mitocondriale e nello spazio intermembrana.
2. L’aspartato aminotrasferasi nella matrice mitocondriale e nello spazio intermembrana.
3. Il trasportatore del malato-chetoglutarato nella membrana interna.
4. Il trasportatore del glutammato-aspartato nella membrana interna¹.

Il meccanismo del sistema shuttle del malato-aspartato è il seguente:
1. La malato deidrogenasi reagisce con l’ossalacetato e con il NADH producendo malato e NAD+ nello spazio intermembrana mitocondriale¹.
2. Il trasportatore del malato-chetoglutarato importa la molecola di malato dallo spazio intermembrana alla matrice e contemporaneamente esporta una molecola di chetoglutarato dalla matrice allo spazio intermembrana¹.
3. Una volta nella matrice mitocondriale il malato viene convertito dalla malato deidrogenasi mitocondriale ad ossalacetato; nel processo viene rilasciato un H+ e il NAD+ viene ridotto a NADH¹.
4. L’ossalacetato viene quindi trasformato ad aspartato per essere trasportato nello spazio intermembrana. Il gruppo amminico viene fornito dal glutammato che diventa alfa-chetoglutarato¹.
5. Il trasportatore del glutammato-aspartato importa una molecola di glutammato dallo spazio intermembrana alla matrice ed esporta l’aspartato dalla matrice allo spazio intermembrana¹.
6. Infine, l’aspartato viene convertito in ossalacetato dall’aspartato aminotrasferasi nello spazio intermembrana¹.

Questo sistema è indispensabile alla cellula in quanto la membrana mitocondriale interna, a differenza di quella esterna, è impermeabile al NADH e alla sua forma ossidata NAD+¹..

Question 34

Trascrizione

Answer 34

La trascrizione è il processo mediante il quale le informazioni contenute nel DNA vengono trascritte enzimaticamente in una molecola complementare di RNA¹. Questo processo avviene attraverso particolari enzimi detti genericamente RNA polimerasi². La trascrizione può essere suddivisa in tre stadi distinti: inizio, allungamento e terminazione².

Nel dettaglio, la RNA polimerasi si lega al DNA solo presso particolari sequenze, dette promotori, che non sono trascritte¹. Dal promotore iniziano a inserirsi i nucleotidi trifosfato per formare una sequenza di nucleotidi che sarà complementare al filamento di DNA in via di trascrizione¹. Dopo l’individuazione del promotore, la RNA polimerasi rende il DNA adatto alla trascrizione¹.

La trascrizione non produce soltanto mRNA; questo stesso processo è responsabile della sintesi del tRNA e dell’RNA ribosomiale (rRNA)². Come i peptidi, anche tutti questi RNA sono codificati da geni specifici².

Rna pol 1 rRna
Rna pol 2 mRNA
Rna pol 3 tRna

Procarioti 1 rna pol
Inizio
Rna pol lega promotore a livello delle seq. Consenso; si lega sub σ (fattore di trascrizione) forma il complesso chiuso, svolge la doppia elica creando la bolla di trascrizione (complesso aperto) in cui entrano i ribonucleotidi;
Allungamento
8 ribonucleotidi sono appaiati al DNA (ibrido), 17 basi sono disavvolte; sub σ si stacca e entra sub NusA che crea il complesso con funzione di trascrizione.
Rna pol segue la direzione di trascrizione del filamento stampo antisenso.

Terminazione
In corispindenza di seq. Terminatori rna pol di stacca e rilascia rna trascritto.
Le seq terminatori sono di 2 tipi:
- rho indipendenti: ricche di A, rna in formazione struttura a forcina con G-C appaiate e U finale impedisce rna pol di continuare
- rho dipendenti: fattire di trascrizione rho è elicasi che lega il sito rut, scorre fino alla rna pol e distacca rna trascritto

Eucarioti
Sito di inizio TATA BOX
Rna pol 2 sintetizza pre-mRNA con esoni e introni, seq non codificanti UTR
Modificazioni post-trascrizionali creano mRNA maturo

Question 35

Via dei pentosi

Answer 35

La via dei pentoso fosfati, anche conosciuta come shunt dell’esoso monofosfato o pentose phosphate pathway (PPP), è un processo metabolico citoplasmatico parallelo alla glicolisi. Questa via è in grado di generare NADPH e convertire zuccheri esosi (a 6 atomi di carbonio) in pentosi (a 5 atomi di carbonio)1.
Esistono due fasi distinte della via metabolica:
Fase ossidativa: Consiste nella generazione di 2 molecole di NADPH e di una molecola di ribulosio-5-P1.
La fase ossidativa della via dei pentosi, o shunt dell’esoso monofosfato, è la prima parte di questo processo metabolico. Durante questa fase, il glucosio-6-fosfato viene convertito in ribulosio-5-fosfato attraverso una serie di reazioni che comportano l’ossidazione del glucosio e la produzione di NADPH.
Ecco un riassunto delle reazioni chiave che avvengono durante la fase ossidativa:
Il glucosio-6-fosfato viene ossidato a 6-fosfogluconolattone da glucosio-6-fosfato deidrogenasi, producendo una molecola di NADPH.
Il 6-fosfogluconolattone viene poi idrolizzato a 6-fosfogluconato da una lactonasi.
Infine, il 6-fosfogluconato viene decarbossilato e ossidato a ribulosio-5-fosfato da 6-fosfogluconato deidrogenasi, producendo un’altra molecola di NADPH.
Queste reazioni forniscono al corpo NADPH, che è essenziale per molte reazioni biochimiche, tra cui la sintesi di acidi grassi e la detossificazione dei radicali liberi.

Fase non ossidativa: Vede la riconversione dei pentosi in esosi tramite due enzimi (transchetolasi e transaldolasi) che fanno rimaneggiamento dei primi1.
La glucosio 6-fosfato deidrogenasi è l’enzima principale della via che è soggetto a regolazione endogena. Essa è inibita da ADP e AMP e attivata da ATP1. Un altro suo regolatore endogeno è il palmitoil-coenzima A1. È anche inibita da eccessive concentrazioni citosoliche di NADPH, suo prodotto di reazione1.

Question 36

Cosa causano i ROS

Answer 36

Le specie reattive dell’ossigeno (ROS) possono avere sia effetti dannosi che benefici sui sistemi biologici⁴.

Gli effetti dannosi delle ROS includono³¹²:
1. Danno al DNA o RNA: Le ROS possono causare mutazioni nel DNA, stimolando la formazione di tumori e attivando vie di segnalazione pro-oncogeniche⁴.
2. Ossidazione degli acidi grassi polinsaturi nei lipidi (perossidazione lipidica)**: Questo può portare a danni cellulari.
3. Ossidazione degli amminoacidi nelle proteine: Questo può alterare la struttura e la funzione delle proteine.
4. Disattivazione ossidativa di enzimi specifici mediante ossidazione di cofattori:Questo può interferire con le funzioni metaboliche normali.

Tuttavia, è importante notare che la presenza di ROS è un fenomeno fisiologico e solo un eccesso di questi radicali liberi può determinare uno stato patologico¹. Gli organismi hanno sviluppato numerose molecole il cui compito è quello di eliminare l’eccesso di ROS¹.

Question 37

Tetraidrofolato

Answer 37

Il tetraidrofolato o acido tetraidrofolico (THFA o FH4) è un derivato dell’acido folico1. Questo composto funge da coenzima per le reazioni metaboliche che coinvolgono sia amminoacidi che acidi nucleici1.
Usato per trasferire unità monocarboniose con stati di ossidazione intermedi
Costituito da strutture unite di pterina sostituita
Poiché il tetraidrofolato è necessario per la sintesi di purine e pirimidine, la sua carenza può portare all’inibizione della sintesi di DNA, RNA e proteine che sono essenziali per la crescita e la sopravvivenza delle cellule1.

Sintesi di SAM

Question 38

Gluconeogenesi e regolazione

Answer 38

La gluconeogenesi è un processo metabolico che permette di produrre glucosio a partire da precursori non saccaridici, quali piruvato, lattato, glicerolo, etanolo, e amminoacidi1. Questo processo avviene principalmente nel fegato e, in misura minore, nei reni2.
Ecco le principali tappe della gluconeogenesi1:
Formazione di Fosfoenolpiruvato: Il piruvato viene convertito in ossalacetato grazie all’enzima piruvato carbossilasi. L’ossalacetato viene poi convertito in fosfoenolpiruvato dalla fosfoenolpiruvato carbossichinasi.
Conversione di Fruttosio-1,6-bisfosfato in Fruttosio-6-fosfato: Questa reazione è catalizzata dalla fruttosio-1,6-bisfosfatasi.
Formazione di Glucosio: La molecola di glucosio viene ottenuta a partire dal glucosio-6-fosfato grazie all’enzima glucosio-6-fosfatasi.
La regolazione della gluconeogenesi avviene principalmente a livello delle tre reazioni irreversibili della glicolisi (tappa 1 dell’esochinasi, tappa 3 della PFK-1 e tappa 10 della piruvato chinasi)3. L’enzima chiave della gluconeogenesi è la fruttosio-1,6-bisfosfatasi (FBPasi 1), un enzima allosterico1. Questo enzima può essere attivato da effettori positivi come il citrato, che intensificano l’azione enzimatica, o inibito da effettori negativi come l’AMP e il fruttosio-2,6-bisfosfato, che bloccano la via della gluconeogenesi1.

Question 39

Catabolismo amminoacidi

Answer 39

La prima tappa del catabolismo degli amminoacidi prevede l’allontanamento del gruppo amminico2. Lo scheletro carbonioso viene così utilizzato nel ciclo di Krebs o nella gluconeogenesi2. Le amminotransferasi o transaminasi rappresentano gli enzimi chiave nella rimozione del gruppo amminico degli amminoacidi2. Le reazioni di transaminazione consistono nel trasferimento di un gruppo amminico da un amminoacido donatore all’alfa-chetoglutarato per formare glutammato2. Durante questa reazioni il gruppo amminico donatore è convertito in α- chetoacido2.
Un importante processo a cui vanno incontro gli amminoacidi è la deamminazione ossidativa2. Essa avviene nei mitocondri ed è catalizzata dalla glutammato deidrogenasi, un enzima che allontana il gruppo amminico dal glutammato e lo sostituisce con l’ossigeno proveniente dall’acqua2. Lo ione ammonio che si viene a formare reagisce col glutammato per formare glutammina, che funge da trasportatore di gruppi amminici al fegato2.

Question 40

Struttura emoglobina

Answer 40

L’emoglobina è una proteina globulare con struttura quaternaria formata da quattro subunità1. Dal punto di vista compositivo, la struttura dell’emoglobina è formata da quattro catene proteiche, due catene alfa e due catene beta, e contiene quattro gruppi eme2. Ciascuna catena amminoacidica racchiude un gruppo prostetico detto eme, formato a sua volta da un anello porfirinico che lega al centro un atomo di ferro2.
Dopo il legame con l’emoglobina, l’ossigeno viene trasportato attraverso il flusso sanguigno ai diversi tessuti ed organi presenti nel corpo2. In particolare, ogni molecola di emoglobina può trasportare 4 atomi di ossigeno2. La capacità dell’emoglobina di legarsi all’ossigeno è dovuta al gruppo eme, a cui si deve anche il colore rosso di questa componente proteica2.
In presenza di una bassa concentrazione di ossigeno, che si evidenzia nei tessuti, l’emoglobina è poco affine per l’ossigeno, mentre una maggiore concentrazione di ossigeno, che si rileva a livello dei polmoni, l’emoglobina ha una maggiore affinità per l’ossigeno2.
L’emoglobina è anche una proteina allosterica, caratterizzata dal legame con l’ossigeno ma anche con gli ioni H+, con l’anidride carbonica e con altri composti organici formati da gruppi fosforici che finiscono per alterare la struttura quaternaria2

Question 41

Mioglobina ed emoglobina differenze

Answer 41

% saturazione pressione O2, curva iperbolica mioglobina Sigmoide emoglobina

L’emoglobina e la mioglobina sono entrambe proteine globulari che legano l’ossigeno, ma ci sono alcune differenze chiave tra loro12:
Struttura: L’emoglobina è composta da quattro subunità proteiche (due subunità alfa e due beta), ognuna delle quali contiene un gruppo eme12. D’altra parte, la mioglobina è formata da una singola unità proteica e contiene un solo gruppo eme12.
Localizzazione: L’emoglobina si trova nel citoplasma dei globuli rossi e lega l’ossigeno nei polmoni per trasportarlo attraverso i vasi sanguigni ai tessuti2. La mioglobina, invece, si trova nelle cellule muscolari (miociti) ed ha funzione di riserva di ossigeno al fine di trasferirlo ai mitocondri in fase di sforzo2.
Affinità per l’ossigeno: Entrambe le proteine hanno la capacità di legare l’ossigeno, ma la mioglobina lo fa in maniera più tenace3. Quindi, mentre l’emoglobina cede facilmente l’ossigeno, la mioglobina lo rilascia con maggiore difficoltà3.
Trasporto dell’ossigeno: Mentre il movimento dell’emoglobina rappresenta un trasporto di massa mantenuto dall’azione pompante del cuore, quello della mioglobina dipende da un processo molecolare, la diffusione4. Inoltre, la mioglobina, a causa della sua alta affinità per l’ossigeno, funziona in una regione di pressioni di ossigeno più bassa di quella dell’emoglobina, iniziando laddove l’emoglobina finisce4.

Question 42

Amminoacidi alfa elica e beta foglietto

Answer 42

La struttura secondaria delle proteine, come l’alfa-elica e il foglietto beta, è determinata dalla sequenza degli amminoacidi e dai legami a idrogeno tra i gruppi ammidici12.
Alfa-elica: Questa struttura è formata da aminoacidi che “ruotano” attorno a un asse immaginario3. In essa, ciascun gruppo ammidico è legato con legami a idrogeno al gruppo ammidico che lo segue al terzo posto in ciascuna direzione lungo la catena1. Le catene laterali degli amminoacidi si estendono all’esterno dell’elica1. Alcuni fattori possono destabilizzare la struttura alfa-elica, come l’ingombro sterico delle catene laterali, la carica delle catene laterali, la presenza di residui di prolina e glicina1.
Foglietto beta: Questa struttura è più complessa e può formare differenti associazioni sia tra foglietti appartenenti alla stessa catena, sia tra catene differenti3. La struttura beta è dovuta alla formazione di legami a idrogeno tra due tratti di catena che si collocano l’uno a fianco dell’altro e che assumono la caratteristica “struttura a pieghe” o “a fisarmonica”2. Le catene laterali degli amminoacidi si estendono al di sopra e al di sotto del piano mediano del “foglietto”2.
È importante notare che non tutti gli amminoacidi hanno la stessa propensione a formare queste strutture. Ad esempio, amminoacidi con catene laterali voluminose o cariche possono impedire la formazione dell’alfa-elica1. Allo stesso modo, la presenza di prolina e glicina può influenzare la formazione dell’alfa-elica1.

Question 43

Glicolisi

Answer 43

Le reazioni della glicolisi sono una serie di 10 reazioni che avvengono nel citosol delle cellule. Queste reazioni possono essere suddivise in due fasi: la fase di investimento e la fase di rendimento1.
Fase di investimento:
La molecola di glucosio viene fosforilata a glucosio-6-fosfato (G6P) ad opera dell’enzima Esochinasi, che utilizza l’ATP come donatore del gruppo fosfato e lo trasferisce sul gruppo ossidrile (OH) legato al carbonio 6 del glucosio1.
Il glucosio-6-fosfato viene convertito a fruttosio-6-fosfato (F6P) ad opera dell’enzima Fosfoglucosio Isomerasi1.
Il fruttosio-6-fosfato subisce un’ulteriore aggiunta di un gruppo fosfato ad opera dell’enzima Fosfofruttochinasi, convertendosi in fruttosio-1,6-bisfosfato1.

Le prime 5 reazioni della glicolisi, note come fase di investimento, sono le seguenti12:
Esochinasi: La molecola di glucosio viene fosforilata a glucosio-6-fosfato (G6P) ad opera dell’enzima Esochinasi, che utilizza l’ATP come donatore del gruppo fosfato e lo trasferisce sul gruppo ossidrile (OH) legato al carbonio 6 del glucosio1.
Fosfoglucosio Isomerasi: Il glucosio-6-fosfato viene convertito a fruttosio-6-fosfato (F6P) ad opera dell’enzima Fosfoglucosio Isomerasi1.
Fosfofruttochinasi: Il fruttosio-6-fosfato subisce un’ulteriore aggiunta di un gruppo fosfato ad opera dell’enzima Fosfofruttochinasi, convertendosi in fruttosio-1,6-bisfosfato1.
Aldolasi: Il fruttosio-1,6-bisfosfato viene scisso in due molecole di trioso fosfato: una di diidrossiacetone fosfato (DHAP) e una di gliceraldeide-3-fosfato (G3P)1.
Trioso fosfato isomerasi: La diidrossiacetone fosfato viene convertita in un’altra molecola di gliceraldeide-3-fosfato1.
Durante queste reazioni, vengono consumate 2 molecole di ATP per trasferire i gruppi fosfato sugli intermedi della Glicolisi1.

Fase di rendimento: Le molecole di gliceraldeide vengono ossidate a piruvato, con una produzione di 4 molecole di ATP (2 per ciascun intermedio a 3 atomi di carbonio prodotto al termine della prima fase)1.

Le ultime 5 reazioni della glicolisi, note come fase di rendimento, sono le seguenti12:
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi: La gliceraldeide-3-fosfato viene ossidata a 1,3-bisfosfoglicerato. Durante questa reazione, una molecola di NAD+ viene ridotta a NADH2.
Fosfoglicerato chinasi: La 1,3-bisfosfoglicerato dona un gruppo fosfato all’ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato2.
Fosfoglicerato mutasi: Il 3-fosfoglicerato viene convertito in 2-fosfoglicerato2.
Enolasi: Il 2-fosfoglicerato viene deidratato a fosfoenolpiruvato2.
Piruvato chinasi: Il fosfoenolpiruvato dona un gruppo fosfato all’ADP, formando ATP e piruvato2.
Durante queste reazioni, vengono prodotte 4 molecole di ATP (2 per ciascun intermedio a 3 atomi di carbonio prodotto al termine della prima fase) e 2 molecole di NADH1. Il guadagno netto della glicolisi è quindi di 2 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio ossidata1

Il controllo della glicolisi avviene tramite la regolazione degli enzimi delle 3 reazioni irreversibili (fortemente esoergoniche), che sono Esochinasi (reazione 1), Fosfofruttochinasi (reazione 3), e Piruvato Chinasi1.

Question 44

Enzimi della glicolisi

Answer 44

Gli enzimi coinvolti nelle reazioni della glicolisi sono i seguenti12:
Fase di investimento:
Esochinasi: Fosforila il glucosio a glucosio-6-fosfato (G6P)1.
Fosfoglucosio Isomerasi: Converte il glucosio-6-fosfato a fruttosio-6-fosfato (F6P)1.
Fosfofruttochinasi: Aggiunge un ulteriore gruppo fosfato al fruttosio-6-fosfato, convertendolo in fruttosio-1,6-bisfosfato1.
Aldolasi: Scinde il fruttosio-1,6-bisfosfato in due molecole di trioso fosfato: una di diidrossiacetone fosfato (DHAP) e una di gliceraldeide-3-fosfato (G3P)1.
Trioso fosfato isomerasi: Converte la diidrossiacetone fosfato in un’altra molecola di gliceraldeide-3-fosfato1.
Fase di rendimento:
6Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi: Ossida la gliceraldeide-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato2.
7Fosfoglicerato chinasi: Converte la 1,3-bisfosfoglicerato in 3-fosfoglicerato, producendo ATP2.
8Fosfoglicerato mutasi: Converte il 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato2.
9Enolasi: Deidrata il 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato2.
10Piruvato chinasi: Converte il fosfoenolpiruvato in piruvato, producendo ATP2.
Il controllo della glicolisi avviene tramite la regolazione degli enzimi delle 3 reazioni irreversibili (fortemente esoergoniche), che sono Esochinasi (reazione 1), Fosfofruttochinasi (reazione 3), e Piruvato Chinasi1.

Question 45

Sintesi degli acidi grassi

Answer 45

La sintesi degli acidi grassi, o lipogenesi, è un processo che avviene principalmente nel citoplasma delle cellule del fegato e del tessuto adiposo1. Questo processo coinvolge una serie di reazioni che portano alla formazione di acido palmitico, un acido grasso saturo a 16 atomi di carbonio, a partire da molecole di acetil-CoA1.
Ecco le fasi principali della sintesi degli acidi grassi:
Reclutamento nel citoplasma di acetil-CoA e NADPH: L’acetil-CoA viene sintetizzato all’interno del mitocondrio e deve essere trasportato all’esterno del mitocondrio per iniziare la sintesi degli acidi grassi1. Questo avviene attraverso il Sistema Navetta Citrato-Malato1.
Produzione del malonil-CoA: L’acetil-CoA viene convertito in malonil-CoA, una molecola ancora più reattiva1. Questa reazione è catalizzata dalla acetil CoA carbossilasi, un enzima biotina dipendente che utilizza CO2 e ATP2.
Elongazione: Inizia il processo di biosintesi vero e proprio, che consta dell’aggiunta progressiva di molecole di malonil-CoA all’estremità carbossilica della catena nascente1. Queste reazioni sono catalizzate dagli enzimi e coinvolgono semplici trasformazioni chimiche3.

Si noti che sono prodotte 6 molecole di H2O, non 7, in quanto una viene utilizzata per idrolizzare il legame tioestere tra il palmitato prodotto dalla reazione e l’enzima1.

Ecco una descrizione dettagliata delle reazioni coinvolte nella biosintesi degli acidi grassi:
Attivazione dell’acido acetico: L’acido acetico viene esterificato con il gruppo solfidrilico di una molecola molto grande chiamata coenzima A (abbreviata come HS-CoA). Il risultante acetil-CoA è molto reattivo e viene facilmente carbonatato con anidride carbonica per dare una molecola ancora più reattiva, il malonil-CoA5.
Trasferimento di acetil-CoA e malonil-CoA: L’acetil-CoA e il malonil-CoA vengono trasferiti selettivamente a due gruppi tiolici differenti ma molto vicini su di uno speciale enzima FAS.
Condensazione: Le due funzioni vicine quindi sottostanno a condensazione (con perdita di anidride carbonica). L’acetoacetil-enzima risultante sottostà successivamente a semplici trasformazioni, come la riduzione di un chetone ad alcol, la disidratazione dell’alcol, e la riduzione di un alchene, portando al butirril-enzima.
Elongazione della catena: Il gruppo butirrico passa successivamente sul gruppo tiolico che era in origine occupato dal gruppo acetilico mentre sul secondo solfidrile si inserisce un altro gruppo malonile, e il processo subisce un secondo ciclo di stadi in cui si ottiene la formazione dell’esanoil-enzima5.
Formazione finale dell’acido grasso: Successivi cicli hanno luogo finché si forma un gruppo acilico C 16 o C 18; è a tale punto che si ha la liberazione dell’acido grasso5.
L’enzima acido grasso sintetasi funziona come una efficiente linea di montaggio industriale, da cui il gruppo acetilico, attaccatosi originariamente, non riesce a staccarsi fino a che non è diventato la parte idrocarbonica terminale di una molecola di acido palmitico o stearico5.

Question 46

Da dove viene l’AcetilCoA

Answer 46

L’acetil-coenzima A, spesso abbreviato in acetil-CoA, è una molecola fondamentale nel metabolismo di tutti gli organismi viventi1. Può essere sintetizzato a partire da diverse fonti:
Zuccheri: Dalla glicolisi si forma il piruvato. L’acetil coenzima A si forma per decarbossilazione ossidativa del piruvato. La reazione, che porta anche alla formazione di anidride carbonica, avviene in cinque tappe ed è catalizzata dal complesso enzimatico piruvato deidrogenasi2.
Grassi: Nella prima fase dell’ossidazione degli acidi grassi, la β-ossidazione, gli acidi grassi subiscono la rimozione di molecole di acetil-coenzima A2.
Amminoacidi: Gli amminoacidi alanina, triptofano, cisteina, serina, glicina e treonina possono essere convertiti in piruvato ed essere quindi precursori dell’acetil-coenzima A2.
Inoltre, l’acetil-CoA svolge un ruolo centrale in alcune vie metaboliche fondamentali. Il suo ruolo principale è permettere l’utilizzo del prodotto della glicolisi (il piruvato) nel ciclo di Krebs. Inoltre, è fondamentale nel metabolismo degli acidi grassi e degli amminoacidi1.

Question 47

Quando è necessario sintetizzare gli acidi grassi

Answer 47

In condizioni ipercaloriche, quando si deve conservare l’eccesso di acetili provenienti da zuccheri e grassi assunti con la dieta

Question 48

Meccanismo biotina

Answer 48

La biotina, nota anche come vitamina B8, è un cofattore essenziale per diverse carbossilasi, che sono enzimi che catalizzano l’aggiunta di un gruppo carbossilico mediante reazione del substrato con anidride carbonica (CO2)1. Questi enzimi sono fondamentali per il metabolismo lipidico, glucidico e amminoacidico

Biotina cofattore piruvato carbossilasi (reazione 1 gluconeogenesi)

La biotina, un cofattore essenziale per la piruvato carbossilasi, svolge un ruolo cruciale nel processo di carbossilazione del piruvato. Ecco come viene utilizzata:
Attivazione della Biotina: Inizialmente, la biotina viene attivata attraverso la reazione con l’ATP, che porta alla formazione di biotina-AMP. Questa reazione è catalizzata dall’enzima biotina protein ligasi.
Carbossilazione della Biotina: Successivamente, la biotina-AMP viene carbossilata per formare carbossibiotina. Questa reazione avviene in presenza di bicarbonato e richiede energia.
Trasferimento del Gruppo Carbossilico: Infine, il gruppo carbossilico viene trasferito dal cofattore biotina al piruvato, formando ossalacetato. Questa reazione è catalizzata dalla piruvato carbossilasi.

Question 49

DNA ligasi

Answer 49

La DNA ligasi è un enzima che svolge un ruolo fondamentale nella replicazione del DNA, nella riparazione del DNA e nella ricombinazione del DNA1. Questo enzima è in grado di unire due frammenti di DNA a singolo filamento catalizzando la formazione di un legame estere inter-nucleotidico tra fosfato e desossiribosio1.
La DNA ligasi riconnette i filamenti spezzati del DNA ed è usata per unire filamenti diversi di DNA nell’ingegneria genetica2. Ad esempio, è possibile unire, attraverso una ligasi, plasmidi e geni liberi in soluzione (tagliati con lo stesso enzima di restrizione al fine di produrre estremità complementari e coesive)3.
Durante la replicazione del DNA, la DNA ligasi può lavorare solo in direzione 5’-3’ quando copia un filamento di DNA, così solo uno dei due filamenti della doppia elica viene copiato in modo continuo, mentre l’altro viene copiato in una serie di piccoli pezzi (frammenti di Okazaki) che hanno bisogno di essere collegati insieme dalla DNA ligasi per formare un filamento continuo2.
Inoltre, la DNA ligasi è in grado di ricucire i due frammenti di una catena di DNA che è stata spezzata. Per compiere la reazione usa come coenzima ATP, in alcuni casi, o NAD+ in altri, ed inoltre usa un particolare amminoacido di lisina2.

La DNA ligasi è un enzima che catalizza la seguente reazione¹:

ATP + (deossiribonucleotide)n + (deossiribonucleotide)m → AMP + difosfato + (deossiribonucleotide)n+m

Il meccanismo di reazione della DNA ligasi può essere suddiviso in tre step²:

1. Attivazione della DNA Ligasi: Si lega una molecola di AMP ad un residuo di lisina della proteina, un processo noto come AMPilazione o adenilazione².
2. Trasferimento dell’AMP: L’AMP viene trasferito al 5’ fosfato dell’interruzione nel DNA².
3. Attacco nucleofilo: Il 3’-OH attacca il 5’ fosfato con liberazione della molecola di AMP².

L’enzima è quindi in grado di legare due frammenti di DNA che hanno subito una rottura a doppio filamento. Può anche legare una rottura a singolo filamento, come ad esempio accade durante il processo di replicazione del DNA, nel quale la DNA ligasi agisce sul filamento che ha la direzione 3’→5’, sintetizzato a frammenti (detti frammenti di Okazaki). Questo enzima catalizza infatti la formazione di legami covalenti fosfodiesterici tra nucleotidi di DNA adiacenti (lega l’estremità 3’ del nuovo tratto di DNA con l’estremità 5’ del tratto precedentemente sintetizzato)¹.

Question 50

Destini degli acidi grassi

Answer 50

Gli acidi grassi possono avere diversi destini nel corpo umano1234:
Ossidazione: Gli acidi grassi possono essere scomposti attraverso la beta-ossidazione per generare ATP, fornendo una fonte di energia altamente efficiente4. Questo processo avviene principalmente nei mitocondri delle cellule1.
Deposito: Gli acidi grassi possono essere immagazzinati come trigliceridi nei tessuti adiposi. Un individuo può conservare fino a 15-20 Kg di triacilgliceroli negli adipociti3.
Sintesi di lipidi: Gli acidi grassi possono essere utilizzati come precursori per la sintesi di fosfolipidi, triacilgliceroli ed altre classi di composti1.
Trasporto: Gli acidi grassi liberi possono essere trasportati nel sangue legati all’albumina plasmatica, la proteina più abbondante nel plasma1.
Conversione in glucosio: Il glicerolo, un componente dei trigliceridi, può essere utilizzato nella gluconeogenesi, un processo che porta alla formazione di glucosio a partire da composti non carboidrati1.
Assorbimento intestinale: Dopo la digestione dei lipidi, gli acidi grassi possono essere assorbiti dalle cellule dell’epitelio intestinale e riconvertiti in trigliceridi. Questi vengono poi liberati nel circolo linfatico, associati a particolari particelle lipoproteiche chiamate chilomicroni2.
Sintesi diretta a livello locale: Le cellule del tessuto adiposo sono metabolicamente attive e, sotto lo stimolo dell’insulina, possono captare glucosio. Negli adipociti, il glucosio può essere convertito in acidi grassi tramite lo stesso meccanismo che si realizza nel fegato2.

Question 51

Glicogeno sintesi

Answer 51

La glicogenosintesi è un processo che avviene nel citoplasma delle cellule del fegato e dei muscoli e consiste nella conversione del glucosio in glicogeno1. Questo processo avviene in condizioni di abbondanza energetica, situazione in cui non è necessario utilizzare l’energia introdotta, che viene quindi conservata per poterla utilizzare successivamente2.
Ecco le tappe principali della glicogenosintesi:
Il glucosio 6-fosfato viene convertito in glucosio 1-fosfato (fosfoglucomutasi)2.
Il glucosio 1-fosfato reagisce con l’UTP formando l’UDP-glucosio (UDP-glucosio pirofosforilasi)2.
La glicogeno sintasi trasferisce il residuo glucosidico dall’UDP-glucosio a un’estremità di una ramificazione del glicogeno2.
L’enzima ramificante prende 6-7 residui di glucosio da una ramificazione lunga almeno 11 residui e li porta su un residuo di glucosio della stessa catena o di un’altra formando una nuova ramificazione2.
La glicogeno sintasi può aggiungere altri residui alla nuova ramificazione2.
La glicogeno sintasi è attivata da insulina, ormone secreto dopo un pasto, che segnala eccesso energetico e promuove lo stoccaggio dell’energia2. Inoltre, la sintesi del glicogeno ha il compito di immagazzinare temporaneamente il glucosio per poi utilizzarlo quando sarà necessario2

Regolazione
Attivatori allosterici: glucosio6P e glucosio

La GS esiste in 2 forme:
- GSa defosforilata attiva: insulina attiva PKB che fosforila e inattiva GSK3 che quindi non fosforila GS che è così attiva; insulina stimola PPI che defosforila GSb e la rende attiva
- GSb fosforilata inattiva
Glucagone e adrenalina stimolano fosforilazione di GS e GF quindi stimolano glicogenolisi
Glucagone agisce su fegato e tessuto adiposo, stimola glicogenolisi e gluconeogenesi—>controllo a lungo termine glicemia
Adrenalina agisce su fegato e muscolo stimola glicogenolisi e glicolisi velocemente

Question 52

Shuttle carnitina

Answer 52

Lo shuttle della carnitina, noto anche come sistema navetta, è una serie di tre reazioni enzimatiche che hanno lo scopo di far passare attraverso la membrana mitocondriale gli acidi grassi con 14 o più atomi di carbonio¹. Gli acidi grassi con 12 o meno atomi di carbonio possono entrare nei mitocondri senza l’aiuto di trasportatori di membrana¹.

Ecco le tre reazioni principali del sistema navetta della carnitina:

1. La prima reazione è catalizzata da una famiglia di isozimi (specifici a seconda della lunghezza della catena dell’acido grasso) presenti sulla membrana mitocondriale esterna noti come Acil-CoA sintetasi. Questa reazione implica la formazione di un intermedio acil-adenilato e avviene in due tappe¹.
2. La seconda reazione è catalizzata dalla carnitina aciltrasferasi I, presente sulla membrana mitocondriale esterna. In questa reazione l’acil-CoA si lega transitoriamente al gruppo ossidrilico della carnitina formando acil-carnitina¹.
3. L’estere acil-carnitina attraversa la membrana mitocondriale mediante diffusione facilitata da un trasportatore, così l’enzima carnitina aciltrasferasi II può dare inizio alla terza reazione. In questa tappa finale dello shuttle della carnitina il gruppo acilico viene trasferito dalla carnitina al coenzima A intramitocondriale¹.

Question 53

Shuttle citrato malato piruvato

Answer 53

La navetta citrato, anche conosciuta come navetta citrato-malato o ciclo citrato-malato-piruvato, è un meccanismo di trasporto per il sale dell’acido citrico attraverso la membrana mitocondriale interna1. Questo sistema biologico ha lo scopo di trasferire gli elettroni prodotti durante la glicolisi nel citosol alla matrice mitocondriale attraverso la membrana interna2.
Nel processo, un residuo di acetile viene trasferito all’ossalacetato1. Questi elettroni, trasportati come ione idruro dal NADH, verranno poi sfruttati nella fosforilazione ossidativa negli eucarioti per generare ATP2.
Il piruvato penetra nel mitocondrio attraverso un sistema di trasporto di membrana che lo scambia con il citrato3. Qui, attraverso una reazione irreversibile di decarbossilazione ossidativa catalizzata dalla piruvato deidrogenasi, viene trasformato in acetil CoA3.
L’acetil CoA che proviene dalla deidrogenazione del piruvato nella via glicolitica e di cui questa reazione necessita, viene prodotto a livello della matrice mitocondriale4. Esso deve pertanto portarsi dalla matrice mitocondriale al citosol cellulare e può farlo seguendo due modalità4:
In piccola parte, l’AcetilCoA viene trasferito a livello citosolico grazie al legame con la carnitina ed all’aiuto di tre enzimi: due aciltrasferasi (uno mitocondriale ed uno citosolico) ed una transferasi4.
Il meccanismo principale di trasporto dell’AcetilCoA dal mitocondrio al citosol è rappresentato dal Sistema Navetta Citrato-Malato4.

Question 54

Cosa fa RNA polimerasi?

Answer 54

Sintetizza in direzione 5’-3’ su uno stampo di DNA antisenso, RNA che può essere:
rRNA RNA pol 1
mRNA RNA pol 2
tRNA RNA pol 3
Non necessita di primer
Ha minore capacità di proof reading

Question 55

Quali reazioni della GLICOLISI sono importanti per la REGOLAZIONE ?

Answer 55

Reazioni 1, 3, 10

Glucochinasi - 1a reazione
• É un enzima a cinetica SIGMOIDE-+in assenza di glucosio la glucochinasi è sequestrata nel nucleo dalla proteina regolatrice della glucochinasi (GKRP). Man mano che aumenta la concentrazione del glucosio aumenta anche la diffusion della GK verso l’ambiente citosolico. L’andamento sigmoide è legato a questo processo di rilascio graduale della glucochinasi.
Km=»10-15 mM. É una concentrazine molto lontana dalla concentrazione del glucosio in condizioni normoglicemiche, infatti la GK utilizza glucosio solo dopo i pasti,
ATTIVATORI
Fruttosio 1P: é un intermedio del metabolismo epatico del fruttosio. Come? Diminuisce l’affinità di GKRP per la glucochinasi, compete con il fruttosio 6₽ per il legame al sito allosterico,
INIBITORI
Fruttosio 6P: si forma nella seconda reazione della glicolisi e quando si accumula inibisce la GK. Come? Aumenta l’affinità di GKRP per la glucochinasi dunque GK rimane sequestrata nel nucleo.
Esochinasi - 1a reazione
INIBITORI
Eccesso di Glucosio 6P: quando si accumula inibisce l’enzima

Fosfofuttochinasi 1 - 3a reazione
ATTIVATORI
Basse [ di ATP-+ aumentano l’attività dell’enzima
Fruttosio 2,6BIP: in assenza di fruttosio 2,6BiP, anche ad alte II di fruttosio 6P (non esistenti in cellula), la reazione non raggiunge una velocità adeguata. In presenza di fruttosio 2,6BiP anche a basse [I di fruttosio 6P (esistenti in cellula) si ha una velocità di reazione adeguata. Dunque il fruttosio 2,6BiP è un EFFETTORE: se non ci fosse la reazione non avverrebbe
INIBITORI
Alte [ di ATP: condizioni di benessere energetico inibiscono la via metabolica
Citrato: è un intermedio del ciclo di Krebs ed è presente in cellula quando questa via metabolica è inibita quindi in condizioni di benessere energetico.

Piruvato chinasi - 10a reazione
ATTIVATORI
Fruttosio 1,6-bisfosfato: intermedio della glicolisi che è il prodotto della fosfofruttochinasi-1. Un aumento della concentrazione di F1,6-BiP perché è attiva la PFK-1 porta ad un’attivazione allosterica della PK per regolare il processo.
INIBITORI
ATP (che inattiva anche la PFK-1)
Acetil-CoA
Acidi grassi a lunga catena
Alanina: è prodotta a partire dal piruvato dunque molta alanina è indice di molto piruvato, la produzione di piruvato viene
inibita,
La presenza a livello cellulare di acidi grassi o alanina (degradazione delle proteine), porta ad un’inibizione della glicolisi perché L’organismo cerca di preservare il glucosio ed eventualmente utilizzarlo per la glicogenosintesi e per la sintesi degli
acidi grassi,
REGOLAZIONE ORMONALE (esclusiva dell’insoforma epatica della PK)
impedire che venga consumato producendo piruvato
Glucagone 10: attiva CAMP che fosforila la PK inattivandola. Perchè? C’è necessità di mobilizzare glucosio e quindi bisogni
Glucagone II): stimola una fosfatasi che defosforia la PK attivandola.

Question 56

Dove avviene la GLICOLISI?

Answer 56

Citosol

Question 57

Deamminazione ossidativa

Answer 57

glutammato + acqua per mezzo della glutammato deidrogenasi (NAD+—>NADH+H+) viene ossidato a α-chetoglutarato e NH4+
Poi l’ammoniaca viene trasportata dal citosol nei mitocondri
Glutammato+NH3 con glutammina sintasi (ATP—>ADP) produce glutammina che tramite glutammina si viene idrolizzata in glutammato +ammoniaca

Question 58

TRADUZIONE

Answer 58

tRNA: I diversi tipi di tRNA (RNA transfer), almeno uno per ogni amminoacido, vengono prodotti grazie all’RNA polimerasi III1. Hanno il compito di legare e poi trasferire nuovi amminoacidi ad una catena polipeptidica nascente1.
La sintesi proteica, o traduzione delle proteine, è un processo complesso in cui i geni vengono convertiti in proteine, macromolecole indispensabili per il funzionamento di ogni cellula1. Questo processo avviene nei ribosomi2 e può essere suddiviso in diverse fasi34:
Attivazione dell’amminoacido: L’amminoacil-tRNA sintetasi catalizza l’attivazione dell’amminoacido che verrà poi inserito nella catena nascente4.
Inizio della catena: Il primo aa-tRNA si lega all’mRNA ad uno specifico sito di inizio4.
Allungamento della catena: Formazione dei legami peptidici tra gli amminoacidi4.
Terminazione della catena: A opera di un segnale di stop sull’mRNA4.