PIRUVATO DEIDROGENASI IL PIRUVATO CHE DERIVA DALLA OSSIDAZIONE DEI CARBOIDRATI E’ UNA DELLE FONTI DI ACETIL-CoA, MOLECOLA CHE ENTRA NEL CICLO TCA PER ESSERE COMPLETAMENTE OSSIDATA LA CONVERSIONE DEL PIRUVATO IN ACETIL-CoA E’ UNA DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA OPERATA DA UN COMPLESSO NOTO COME PIRUVATO DEIDROGENASI

LA REAZIONE E’ MOLTO COMPLESSA E PREVEDE NON SOLO LA DECARBOSSILAZIONE DEL PIRUVATO E L’ATTIVAZIONE METABOLICA DEI DUE ATOMI DI CARBONIO RESTANTI, MA ANCHE LA PRODUZIONE DI EQUIVALENTI RIDUCENTI SOTTO FORMA DI NADH LA REAZIONE E’ FORTEMENTE ESOERGONICA E PRATICAMENTE IRREVERSIBILE. IL COMPLESSO DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI E’ COSTITUITO DA TRE ENZIMI: PIRUVATO DECARBOSSILASI (E1) DIIDROLIPOAMMIDE TRANSACETILASI (E2) LIPOAMMIDE DEIDROGENASI (E3)

PER LA SUA ATTIVITA’ CATALITICA QUESTO COMPLESSO ENZIMATICO NECESSITA DI 5 COENZIMI: TIAMINA PIROFOSFATO (TPP LIPOAMMIDE COENZIMI FLAVINICI COENZIMA A NAD

TIAMINA PIROFOSFATO (TPP) La tiamina è la Vitamina B1 che diviene TPP dopo una pirofosforilazione ATP-dipendente Si tratta di un coenzima che partecipa a tutte le decarbossilazioni di -chetoacidi. La parte attiva del coenzima è rappresentata dall’anello tiazolo in cui il carbonio a carattere acido (tra l’N e lo S) forma un carbanione che può legare il carbonio carbonilico producendo un composto di addizione

Questo composto va incontro ad una decarbossilazione non ossidativa in cui l’anello tiazolico funge da trappola di elettroni dando luogo alla formazione di un’ene-amina stabilizzata per risonanza La protonazione produce una ACETALDEIDE ATTIVA o più precisamente l’IDROSSIETIL-TPP

ACIDO LIPOICO (LIPOAMMIDE) E’ tipicamente un trasportatore di elettroni e di gruppi acile L’IDROSSIETIL-TPP formatosi in precedenza si lega allo zolfo della lipoammide con contemporanea ossidazione dell’aldeide attivata e riduzione del disolfuro. Si genera così un gruppo acilico che verrà successivamente trasferito al Coenzima A

COENZIMI FLAVINICI Il FLAVIN ADENIN DINUCLEOTIDE (FAD) deriva dalla Vitamina B2 (riboflavina). L’altro è il FLAVIN MONONUCLEOTIDE (FMN). Per entrambi i coenzimi la parte funzionale è l’ANELLO ISOALLOSSAZINICO che funge da accettore di elettroni Sono tipicamente coenzimi che partecipano a ossidazioni bielettroniche che possono procedere in due passaggi monoelettronici

COENZIMA A Partecipa all’attivazione dei gruppi acile tra cui l’acetile che deriva dal piruvato. Deriva dalla vitamina ACIDO PANTOTENICO La parte funzionale è il tiolo libero all’estremità

NAD Funge da accettore finale di elettroni

MECCANISMO DI AZIONE DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI L’OSSIDAZIONE DEL PIRUVATO AD ACETIL-COA COINVOLGE I COENZIMI APPENA ILLUSTRATI CHE AGISCONO DI CONCERTO CON I TRE ENZIMI

MECCANISMO DI AZIONE DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI

MECCANISMO DI AZIONE DELLA DIIDROLIPOAMMIDE TRANSACETILASI

MECCANISMO DI AZIONE DELLA LIPOAMMIDE DEIDROGENASI

La caratteristica fondamentale dell’azione catalitica è l’interazione successiva di due unità lipoammidiche legate ad E2 prima con l’idrossietil-TPP legato a E1, poi con il CoA-SH a livello di E2 con produzione di acetil-CoA ed infine con il FAD legato ad E3 con la rigenerazione della specie sulfidrica della lipoammide Il trasferimento e la successiva ossidazione del gruppo idrossietile avviene in questo modo:

La lipoammide è legata all’E2 ma interagisce con tutti e tre gli enzimi attraverso un braccio flessibile oscillante Infatti la sua catena copre una lunghezza di circa 1.4 nm, ma studi strutturali hanno evidenziato che la distanza tra la TPP legata ad E1 ed il FAD legato ad E3 è di circa 4.5-6 nm Ne scaturisce che esistono almeno due bracci oscillanti che coprono questa distanza

REGOLAZIONE DELL’ATTIVITA’ DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI L’attività di questo enzima è regolato mediante inibizione allosterica. enzima E2 è inibita dall’ACETIL-COA ed è attivata dal CoA-SH E3 è inibita dal NADH ed è attivata dal NAD+ l’ATP è un inibitore del complesso mentre l’ADP è un attivatore una delle regolazioni più complesse è quella a carico dell’enzima E1 dell’intero complesso. Infatti si ha una regolazione attraverso modificazione covalente dell’enzima. La presenza di NADH e acetil-CoA attivano una componente del complesso, la PIRUVATO DEIDROGENASI CHINASI, che fosforila tre specifici residui di serina di E1 con conseguente perdita di attività della piruvato deidrogenasi

Una PIRUVATO DEIDROGENASI FOSFATASI specifica rimuove idroliticamente il fosfato legato e riattiva in questo modo il complesso La fosfatasi è a sua volta attivata dalla concentrazione di ioni Ca e Mg Poiché ATP ed ADP differiscono per l’affinità con l’Mg, la concentrazione di Mg rispecchia il rapporto ATP/ADP nel mitocondrio. La piruvato deidrogenasi quindi rispecchia il livello di ATP presente venendo inattivata quando l’ATP è abbondante

CICLO DEL TCA L’ACETIL-CoA ATTRAVERSO L’ENZIMA CITRATO SINTASI VIENE CONDENSATO ALL’OSSALACETATO E VIENE SINTETIZZATO ACIDO CITRICO Si tratta di una condensazione aldolica. Il gruppo metilico dell’acetile attivato dal CoA perde un protone a cui segue l’attacco nucleofilo del carbanione sul carbonio carbonilico dell’ossalacetato. La reazione forma un prodotto instabile, il CITRIL-CoA che idrolizza spontaneamente nei prodotti ACIDO CITRICO e CoA La reazione è esoergonica ed è un sito regolatore dell’intera via metabolica

2) IL CITRATO ATTRAVERSO L’AZIONE DELL’ACONITASI VIENE ISOMERIZZATO A cis-ACONITATO E QUINDI AD ISOCITRATO Questa reazione rende possibile la futura decarbossilazione del citrato Infatti i substrati della decarbossilazione sono generalmente - o -chetoacidi, per cui per poter essere ossidato a gruppo carbonilico, il gruppo ossidrilico terziario del citrato deve subire un trasferimento interno alla molecola

L’enzima coinvolto è l’ACONITASI, che produce l’ISOCITRATO, un alcol secondario che può essere ossidato La reazione consiste di una disidratazione seguita da una idratazione con il cis-ACONITATO come intermedio

3) L’ISOCITRATO ATTRAVERSO LA ISOCITRATO DEIDROGENASI VIENE DECARBOSSILATO ED OSSIDATO (CON CONTEMPORANEA RIDUZIONE DEL NAD) AD -CHETOGLUTARATO Rappresenta la prima delle due reazioni di decarbossilazione ossidativa Anche in questo caso si forma un intermedio, l’OSSALSUCCINATO, instabile e legato all’enzima che subisce la decarbossilazione prima del rilascio. Questo enzima è NAD-dipendente anche se esiste una forma NADP-dipendente nel citosol ed anche nel mitocondrio    

4) L’-CHETOGLUTARATO SUBISCE UNA DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA (SI RIDUCE IL NAD) CON LA CONTEMPORANEA FORMAZIONE DI UN SUCCINIL-CoA. LA REAZIONE E’ CATALIZZATA DALL’ENZIMA -CHETOGLUTARATO DEIDROGENASI Si tratta di una ulteriore decarbossilazione ossidativa di un -chetoacido con contemporanea formazione di un acil-CoA L’-chetoglutarato deidrogenasi è un complesso multienzimatico dotato di attività enzimatiche simili alla piruvato deidrogenasi e che necessita degli stessi coenzimi (TPP, NAD, FAD, acido lipoico e CoA-SH)

A questo punto del ciclo due atomi di carbonio sono stati introdotti come acetil-CoA e due sono stati rimossi come CO2 Nelle successive reazioni del ciclo, il succinil-CoA che si è formato, viene convertito nel substrato che prende parte alla prima reazione del ciclo TCA, l’ossalacetato

5) IL SUCCINIL-CoA E’ UN COMPOSTO AD ALTO CONTENUTO ENERGETICO CHE IN UNA REAZIONE CATALIZZATA DALLA SUCCINIL-CoA SINTETASI PRODUCE ATP CON UNA FOSFORILAZIONE AL LIVELLO DEL SUBSTRATO E SUCCINATO Il succinil-CoA è un composto ad alto livello energetico la cui energia potenziale viene utilizzata per promuovere la formazione di un composto ad alta energia Avviene il processo noto come la fosforilazione al livello del substrato Negli animali non viene prodotto ATP, ma guanosina-trifosfato (GTP) che può essere facilmente trasformata in ATP, mediante scambio di un gruppo fosforico

6) IL SUCCINATO ATTRAVERSO UNA DEIDROGENAZIONE OPERATA DALLA SUCCINATO DEIDROGENASI FAD-DIPENDENTE VIENE OSSIDATO A FUMARATO CON PRODUZIONE DI FAD. IN REALTA’ IL VERO ACCETTORE DI ELETTRONI E’ RAPPRESENTATO DALL’UBICHINONE Si tratta di una reazione di deidrogenazione FAD-dipendente di due atomi di carbonio con formazione di un doppio legame.

La presenza del FAD è legata al fatto che esso è un agente ossidante più potente del NAD in quanto il legame da ossidare è quello C-C L’enzima succinato deidrogenasi è saldamente legato alla membrana mitocondriale interna Questa localizzazione è importante in quanto il FAD ridotto deve essere riossidato perché l’enzima possa agire di nuovo. La riossidazione avviene grazie all’interazione con il sistema di trasporto elettronico mitocondriale, anch’esso legato alla membrana

La reazione consiste di una idratazione catalizzata dalla fumarasi 7) ATTRAVERSO UNA IDRATAZIONE IL FUMARATO DA’ IL MALATO AD OPERA DELL’ENZIMA FUMARASI La reazione consiste di una idratazione catalizzata dalla fumarasi

8) IL MALATO VIENE QUINDI OSSIDATO A OSSALACETATO IN UNA REAZIONE CHE COINVOLGE L’ENZIMA MALATO DEIDROGENASI CON RIDUZIONE DEL NAD Il ciclo viene completato dalla deidrogenazione NAD-dipendente del malato ad ossalacetato. La reazione è fortemente endoergonica, ma procede verso destra per l’azione della citrato sintasi che mantiene i livelli di OAA estremamente bassi  

STECHIOMETRIA ED ENERGETICA DEL CICLO TCA Il ciclo inizia con l’addizione di un frammento a due atomi di C (ACETIL-CoA) ed un accettore a 4 atomi di C (OAA). Durante il ciclo i due atomi di C vengono rimossi sotto forma di CO2 ed il citrato viene ulteriormente metabolizzato. La reazione chimica bilanciata è la seguente: Acetil-CoA + 3 H2O + 3 NAD + + FAD + ADP + Pi  2 CO2 + 3 NADH + 3 FADH2 + CoA-SH + ATP QUINDI DA UNA MOLE DI GLUCOSIO CHE PRODUCE DUE MOLI DI ACETIL-CoA SI HANNO: 4 molecole di CO2, 6 molecole di NADH + H+ e 2 molecole di FADH2 e 2 moli di ATP 

Regolazione del ciclo TCA   Ci sono una serie di siti che controllano il ciclo TCA L’andamento regolare del ciclo presuppone un input continuo di carbonio, acetil-CoA derivato solitamente dal piruvato o dagli acidi grassi, anche se possono essere utilizzati gli amminoacidi e acidi organici Il controllo può essere esercitato quindi sia dall’approvvigionamento che dalla velocità di ingresso di questi substrati nei mitocondri Inoltre molti enzimi coinvolti nel ciclo TCA sono regolati da vari metaboliti

Le reazioni catalizzate dal complesso della -chetoglutarato deidrogenasi e dalla citrato sintasi sono irreversibili.   L’attività di entrambi questi enzimi nei mitocondri è regolata dalla quantità della guanosina nucleotide. La -chetoglutarato deidrogenasi è inibita anche dal succinil-CoA, un intermedio del ciclo.

L’inibizione della citrato sintasi dovuta all’ATP è stata spiegata come effetto secondario dell’aumento di ATP che causa un’inibizione di tipo feed-back della succinil-CoA sintetasi, che provoca un aumento nella concentrazione di succinil-CoA (che inibisce la -chetoglutarato deidrogenasi) La succinil-CoA sintasi catalizza la fosforilazione reversibile, a livello di substrato, dell’ADP usando l’elevata energia libera di idrolisi del legame tioestere nel succinil-CoA

La formazione del succinato è dunque strettamente associata alle concentrazioni relative di ATP e ADP  Alte concentrazioni di ADP stimolano la formazione del succinato mentre alte concentrazioni dell’ATP lo inibiscono  Quindi la concentrazione degli adenosina e guanosina nucleotidi influisce enormemente sull’attività di piruvato deidrogenasi, citrato sintasi, -chetoglutarato deidrogenasi e succinil-CoA sintetasi e dunque è particolarmente importante per controllare il flusso del carbonio del ciclo Anche la succinato deidrogenasi esiste in forma attiva ed inattiva; la forma attiva è ottenuta grazie all’interazione con vari metaboliti quali lo stesso succinil-CoA, l’ubichinone ridotto, l’ATP, il succinato, alcuni anioni ed un basso pH

Comunque, nonostante l’attività enzimatica sia certamente influenzata da questi prodotti, il loro significato fisiologico riguardo alla regolazione del ciclo nei mitocondri non è ancora ben chiarito   Alcuni enzimi del ciclo tra cui la piruvato deidrogenasi e la isocitrato deidrogenasi sono soggetti ad inibizioni allosteriche dovute all’aumento del NADH La malato deidrogenasi che catalizza la reazione di conversione dal malato ad ossalacetato è inibita sia dal NADH che dall’ossalacetato Anche se l’attività di molti enzimi del ciclo TCA può essere alterata in vitro cambiando la concentrazione dei metaboliti, il significato di tale attività in vivo è dubbio

REAZIONI (O VIE METABOLICHE) IN CUI SI UTILIZZANO GLI INTERMEDI DEL CICLO DI TCA Gli intermedi del ciclo TCA sono implicati in numerosi altri pathway metabolici ACETIL-CoA - beta-ossidazione (ossidazione dei grassiI - biosintesi dei grassi - degradazione della lisina, valina, leucina ed isoleucina - metabolismo fenilanina

-CHETO GLUTARATO - biosintesi della lisina - metabolismo acido ascorbico - metabolismo glutammato SUCCINIL-CoA - metabolismo propionato - metabolismo fenilalanina - degradazione valina, leucina ed isoleucina SUCCINATO - biosintesi del butanoato - metabolismo tirosina FUMARATO - ciclo dell’urea - metabolismo arginina e prolina OSSALACETATO - metabolismo gliossilato - metabolismo glutammato ed aspartato - gluconeogenesis

SEQUENZE ANAPLEROTICHE Il ciclo TCA funge anche come importante fonte di intermedi biosintetici. Queste vie tendono a sottrarre carbonio dal ciclo utilizzando gli intermedi Ad esempio, l’OAA e l’-CHETOGLUTARATO sono chetoacidi che portano alla sintesi di amminoacidi (aspartato e glutammato) La sottrazione di intermedi dal ciclo determinerebbe il venir meno del procedere del ciclo stesso se non esistessero processi in grado di ripristinare le riserve di intermedi del ciclo stesso. Queste vie sono più propriamente definite ANAPLEROTICHE (= riempimento)

a) Ripristino dell’OAA In piante e batteri l’OAA viene direttamente prodotto dal PEP in una reazione catalizzata dalla FOSFOENOLPIRUVATO CARBOSSILASI:

b) Enzima malico Questo enzima è noto anche con il nome di MALATO DEIDROGENASI NADP-DIPENDENTE

La catena respiratoria   Durante la glicolisi e il ciclo TCA si formano NADH e FADH2 In condizioni aerobiche è necessaria la loro riossidazione affinché le due vie metaboliche non si blocchino La riossidazione avviene nella membrana interna del mitocondrio, attraverso una serie di carriers che costituiscono una catena di trasporto elettronico nota con il nome di CATENA RESPIRATORIA

L’ossidazione del piruvato, l’ossidazione dei grassi, l’ossidazione degli amminoacidi ed il ciclo dell’acido citrico avvengono tipicamente nella matrice mitocondriale Sappiamo che il mitocondrio è costituito da una membrana esterna, da una membrana interna, dallo spazio intermembrana e dalla matrice. La membrana interna è ripiegata a formare delle creste

Ma indipendentemente da dove avvengono, tutte le ossidazioni portano alla produzione di trasportatori di elettroni ridotti, soprattutto NADH La maggior parte di questo NADH viene ri-ossidato, con concomitante produzione di ATP, attraverso la catena degli enzimi facenti parte della catena respiratoria, saldamente ancorata alla membrana interna E’ proprio sulla membrana interna che sono dislocati i diversi complessi responsabili della ri-ossidazione del NADH e della contemporanea produzione di ATP

NADH + H+ + ½O2 → H2O + NAD+ FADH2 + ½O2 → H2O + NAD+ L’effetto principale della catena è il trasporto di elettroni dal NADH e dal FADH2 sino all’O2, che costituisce l’accettore finale, per formare H2O   NADH + H+ + ½O2 → H2O + NAD+ FADH2 + ½O2 → H2O + NAD+

ΔG0’ = - n FΔE0 = -2(96,5)[0,82-(-0,32)] = -220 kJ mol-1 A causa della grande differenza tra i potenziali di ossidoriduzione del donatore (NADH + H+ o ubichinone ridotto; ΔE0 =- 0.32 V) e l’accettore (O2 ΔE0 =+ 0.82 V) queste reazioni redox sono fortemente esoergoniche   ΔG0’ = - n FΔE0 = -2(96,5)[0,82-(-0,32)] = -220 kJ mol-1 Gran parte dell’energia disponibile viene utilizzata per la formazione di un gradiente protonico che viene a sua volta usato dall’ATP sintasi per produrre ATP PER OGNI NADH OSSIDATO SI FORMANO 3 ATP MENTRE PER OGNI FADH2 OSSIDATO SI OTTENGONO 2 ATP

Componenti della catena di trasporto elettronico mitocondriale   La catena di trasporto degli elettroni avviene attraverso 4 complessi (complessi I, II, III e IV) che si trovano sulla membrana interna e molecole di trasferimento mobili quali l’ubichinone (coenzima Q) e il citocromo c Il complesso II è in realtà la succinato deidrogenasi, che in realtà appartiene al ciclo del citrato L’ATP sintasi viene denominata complesso V, anche se non partecipa al trasporto degli elettroni

Tutti i complessi della catena respiratoria sono formati da numerose subunità polipeptidiche e contengono una serie di coenzimi redox legati alle proteine. Tra questi abbiamo:   1) FLAVOPROTEINE Le deidrogenasi che determinano il movimento degli elettroni nella catena respiratoria sono FLAVOPROTEINE. La NADH DEIDROGENASI che catalizza l’ossidazione del NADH è un enzima legato alla membrana che contiene flavinmononucleotide (FMN) come gruppo prostetico 2) PROTEINE FERRO-ZOLFO Differiscono dai citocromi in quanto non contengono il gruppo eme, anche se contengono ferro, il quale è localizzato tra lo zolfo della cisteina e lo zolfo inorganico a formare un complesso 3)  UBICHINONI Carrier mobile di elettroni solubile ai lipidi

Complesso I: NADH deidrogenasi E’ costituito da 26 polipeptidi e 7 centri ferro-zolfo. Catalizza il trasporto di elettroni dal NADH al gruppo prostetico FMN della NADH deidrogenasi e quindi all’ubichinone. Gli elettroni possono essere introdotti nella catena respiratoria in punti diversi

Succinato deidrogenasi Complesso II: Succinato deidrogenasi Anche gli elettroni che derivano dall’ossidazione del succinato, dall’acetil-CoA e da altri substrati vengono trasferiti all’ubichinone rigenerando il FAD legato ad un enzima; il processo è mediato dal complesso II o da altre deidrogenasi mitocondriali Il complesso II è noto come succinato-ubichinone ossidoriduttasi ed è legato alla succinato deidrogenasi che partecipa al ciclo TCA. Il complesso contiene proteine Fe-S che accettano elettroni dal FADH2, nella succinato deidrogenasi. Gli elettroni vengono quindi nuovamente trasferiti all’ubichinone. Il trasferimento di elettroni è accompagnato dall’assorbimento di 2H+ della matrice

Complesso III: citocromo B, c1 Questo complesso è noto come ubichinone citocromo C ossidoriduttasi L’ubichinone ridotto trasferisce i suoi elettroni al complesso III che, a sua volta, attraverso i due gruppi eme di tipo b, un centro Fe/S e un gruppo eme di tipo c (citocromo c1), tutti legati al complesso, riduce la piccola emoproteina citocromo c

Complesso IV: citocromo ossidasi La citocromo c ossidasi contiene due ioni rame (CuA e CuB) e i gruppi eme a e a3 attraverso i quali gli elettroni arrivano finalmente all’ossigeno Il complesso catalizza il trasferimento di 4 elettroni. Ciò è importante in quanto rende possibile la completa riduzione dell’O2 ad H2O senza la generazione di intermedi tossici come l’H2O2 Questo complesso utilizza protoni nella matrice e trasferisce protoni nello spazio intermembrana

Come abbiamo visto, i complessi, compreso il V, sono tutti proteine integrali della membrana interna del mitocondrio e non sono in contatto diretto tra loro   L’ubichinone si muove liberamente nella membrana a causa della sua lunga catena laterale non polare Il citocromo c invece è solubile in acqua e si lega alla superficie esterna della membrana interna

Trasporto elettronico e sintesi dell’ATP   Abbiamo detto che il trasporto di elettroni nella catena respiratoria determina la liberazione di energia, la quale viene conservata come gradiente protonico TRANSMEMBRANA che è accoppiato alla sintesi dell’ATP  Si crea un gradiente protonico che determina una variazione del pH tra matrice e spazio intermembrana. Infatti: 1) La matrice è ALCALINA rispetto allo spazio intermembrana 2) I protoni rilasciati sono carichi positivamente per cui determinano una carica positiva nello spazio intermembrana

Tutto ciò determina un GRADIENTE ELETTROCHIMICO attraverso la membrana interna definito come FORZA MOTRICE PROTONICA (PMF)   Questa PMF è mantenuta anche perché la membrana interna è impermeabile ai protoni che quindi non rientrano nella matrice L’energia della PMF è incanalata attraverso un complesso enzimatico nella membrana interna. Il complesso è noto come F0F1-ATP SINTASI (complesso V) e canalizza la sintesi di ATP a partire da ADP e Pi L’unità F1 contiene il sito attivo per la sintesi di ATP Quando l’unità è isolata dalla membrana mitocondriale non determina la sintesi di ATP ma catalizza l’idrolisi di ATP in ADP+Pi

3 H+ determinano la sintesi di una mole di ATP La produzione di ATP  Si pensa che 10 siano i protoni trasportati attraverso la membrana per ogni molecola di NADH ossidata Sappiamo che: 3 H+ determinano la sintesi di una mole di ATP   Inoltre 1 H+ è coinvolto nel trasporto di ADP + Pi nella matrice e dell’ATP nel citoplasma

Quindi le molecole di ATP sintetizzate ogni NADH ossidato sono 2,5--3,3   Il trasporto di elettroni dal FADH2 all’O2 coinvolge 6 protoni, quindi 1,5--2 moli di ATP Si considera comunque genericamente che sono 3 le moli di ATP prodotte per ogni NADH ossidato e 2 per mole di FADH2 ossidato

In realtà non tutto il NADH è prodotto nella matrice (vedi GLICOLISI) e la membrana interna mitocondriale è impermeabile al NADH   Questo problema è ovviato con il sistema “navetta” (SHUTTLE) Nella malato-aspartato navetta, l’ossalacetato è ridotto a malato nel citoplasma dalla MALATO DEIDROGENASI Durante questa reazione il NADH è ossidato a NAD+ Il malato viene quindi trasportato nella matrice attraverso un carrier di membrana che scambia il malato citoplasmatico con l’α–chetoglutarato

Una volta nella matrice il NADH è rigenerato dalla ossidazione del malato ad ossalacetato attraverso la malato deidrogenasi   Tale “navetta” è completata da una reazione di transamminazione in cui l’α-chetoglutarato è convertito a glutammato e l’ossalacetato in aspartato

Resa energetica del metabolismo ossidativo Calcoliamo quanta energia si ottiene sotto forma di ATP dal catabolismo ossidativo completo del glucosio Di seguito vengono presentate le equazioni bilanciate per ognuna della tre vie degradative coinvolte GLICOLISI: Glucosio + 2ADP +2Pi +2NAD+  2 Piruvato + 2ATP + 2NADH +2H2O + 4H+ COMPLESSO DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI: 2Acetil-CoA + 6 H2O + 6NAD + + 2FAD + + 2ADP + Pi  4CO2 + 6NADH + 2FADH + 2CoA-SH + 2ATP REAZIONE COMPLESSIVA: Glucosio + 10NAD+ + 2FAD+ + 4H2O + 4ADP + 4 Pi  6CO2 +10NADH + 4H+ + 2FADH2 + 4ATP

Quindi i tre processi producono esattamente 4 moli di ATP, oltre 10 moli di NADH e due moli di FADH2 Considerando che l’ossidazione del NADH porta alla sintesi di 3 moli di ATP e quelle del FADH2 a due moli di ATP si ha una resa totale di 38 moli di ATP Le cellule che utilizzano il sistema di trasporto a navetta del glicerolo fosfato devono pagare un costo energetico Gli elettroni del NADH citoplasmatico entrano nella catena respiratoria sotto forma di FADH2; di conseguenza, la resa in ATP di ognuna di queste due molecole di NADH è pari a 2 e non a 3 Questo diminuisce la resa totale in ATP a 36