L´Ossigeno: amico e nemico Bioenergetica Mitocondriale (stress ossidativo) Fosforilazione ossidativa Ossigeno nemico Specie reattive dell´ossigeno e stress ossidativo Antiossidanti e determinazione della loro attività Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

La respirazione cellulare Capitolo 6 La respirazione cellulare

6.4 Le cellule ricavano energia trasferendo elettroni dalle molecole organiche all’ossigeno Durante il loro trasferimento dai composti organici all’ossigeno gli elettroni liberano energia potenziale. Quando il glucosio è trasformato in diossido di carbonio, perde atomi di idrogeno, che vengono acquistati dall’ossigeno molecolare, formando acqua. C6H12O6 6 O2 6 CO2 6 H2O Perdita d’atomi di idrogeno Acquisto di atomi di idrogeno Energia (ATP) Glucosio + Figura 6.4

Seminario DIOR 25 Febbraio 2011 Tratto da “Biochimica” di Mathews, Van Holde, Ahern. Casa Editrice Ambrosiana Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

Epatocita Mitocondrio Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico rugoso Golgi Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA La resa complessiva della respirazione cellulare: NADH FADH2 Citoplasma Trasportatore di membrana degli elettroni Mitocondrio GLICOLISI 1 molecola di glucosio Dalla fosforilazione a livello di substrato Dalla fosforilazione ossidativa FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (Catena di trasporto e chemiosmosi) 2 Acetil CoA CICLO DI KREBS + 2 ATP + circa 34 ATP Resa massima per molecola di glucosio: Circa 38 ATP 2 molecole di acido piruvico 6 (o 2 FADH2) Figura 6.13

La glicolisi produce ATP mediante un processo chiamato fosforilazione a livello del substrato nel quale un gruppo fosfato è trasferito da una molecola organica (substrato) ad una molecola di ADP. Enzima Adenosina Molecola organica (substrato) ADP ATP P Figura 6.7B

Non avviene spontaneamente Reazione Endoergonica DG > 0 Non avviene spontaneamente Reazione Endoergonica DG < 0 Avviene spontaneamente Reazione Esoergonica

Seminario DIOR 25 Febbraio 2011 Tratto da “Lehninger's Principles of Biochemistry 4th Editoin - D L Nelson, Cox Lehninger - W H Freeman 2004” Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

Seminario DIOR 25 Febbraio 2011 Modificata da “Lehninger's Principles of Biochemistry 4th Editoin - D L Nelson, Cox Lehninger - W H Freeman 2004” ADP +Pi ATP PEP +ADP PIR+ATP PEP PIR +Pi Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA La resa complessiva della respirazione cellulare: NADH FADH2 Citoplasma Trasportatore di membrana degli elettroni Mitocondrio GLICOLISI 1 molecola di glucosio Dalla fosforilazione a livello di substrato Dalla fosforilazione ossidativa FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (Catena di trasporto e chemiosmosi) 2 Acetil CoA CICLO DI KREBS + 2 ATP + circa 34 ATP Resa massima per molecola di glucosio: Circa 38 ATP 2 molecole di acido piruvico 6 (o 2 FADH2) Figura 6.13 11

Tratto da “Biochimica” di Mathews, Van Holde, Ahern Casa Editrice Ambrosiana.

DGo’ RT ln [Ox1] [Red2] [Red1] [Ox2] Ox1 + Red2 Red1 + Ox2 DG = + DEo’ RT ln [Ox1] [Red2] [Red1] [Ox2] nF Red1 + Ox2 Ox1 + Red2 DE = - All’equilibrio -RT ln Keq DGo’ = nF DEo’ = RT ln Keq DEo’ POSITIVO PER REAZIONI ESOERGONICHE -nF DEo’ Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

Seminario DIOR 25 Febbraio 2011 Tratto da “Il Mitocondrio. Permeabilità e Metabolismo. Passarella, Atlante, Barile. Ed. Piccin” Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

NADH Fe-S FMN Q b c1 c a a3 O2 FADH2 ADP + Pi ATP + H2O FADH2 0.27 volt 12.2 kcal · mol-1 51.0 kJ · mol-1 0.22 volt 9.9 kcal · mol-1 41.4 kJ · mol-1 0.53 volt 23.8 kcal · mol-1 99.5 kJ · mol-1 Modificato da “Biochimica” di Mathews, Van Holde, Ahern. Casa Editrice Ambrosiana

Catena di trasporto degli elettroni 6.10 NADH e FADH2 cedono i propri elettroni alla catena di trasporto e infine all’ossigeno La catena di trasporto degli elettroni è lo stadio finale della respirazione cellulare. L’energia liberata dalle reazioni redox è usata per trasportare attivamente ioni H+ nello spazio intermembrana dei mitocondri. H2O NAD+ NADH ATP H+ Energia possibile per la sintesi di ATP Catena di trasporto degli elettroni 2 O2 2e + 1 Figura 6.10

La fosforilazione ossidativa avviene accoppiando il trasporto degli elettroni alla chemiosmosi. Spazio intermembrana Membrana interna mitocondriale Matrice mitocondriale Complesso enzimatico Flusso di elettroni Trasportatore di elettroni NADH NAD+ FADH2 FAD H2O ATP ADP ATP sintetasi H+ + P O2 Catena di trasporto degli elettroni Chemiosmosi . FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA + 2 1 2 Figura 6.11

DpH = Potenziale chimico (H+) Dp = Forza proton-motrice DY = Potenziale elettrico DpH = Potenziale chimico (H+) Dp = Forza proton-motrice Dp = DY +59 mV DpH Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

Cianuro, monossido di carbonio H+ O2 H2O P ATP NADH NAD+ FADH2 FAD Rotenone Cianuro, monossido di carbonio Oligomicina DNP + 2 ADP Catena di trasporto degli elettroni Chemiosmosi 1 ATP sintetasi Figura 6.12

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Spazio intermembrane Membrana esterna Matrice DY DpH R O S Membrana interna Spazio intermembrane R O S H+ H+ H+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + c FMN I e- III IV Q e- e- M.M.I. e- e- - - - - - - - - FAD ½ O2 H2O ATPasi II ADP + Pi ATP NAD+ SUCC FUM NADH +H+ Matrice Seminario DIOR 25 Febbraio 2011