I MITOCONDRI, COLORATI IN VERDE, FORMANO UNA RETE ALL’INTERNO DI UN FIBROBLASTA

nb. Il potenziale di riduzione standard di un coenzima flavinico, a diferenza di quello dei coenzimi piridinici, dipende dalla proteina a cui è associato.

Oltre ai trasportatori di elettroni solubili in acqua NADH, FMNH2 ed FADH2 nella catena respiratoria mitocondriale operano altri gruppi di trasportatori di elettroni: - un benzochinone, due tipi diversi di proteine contenenti ferro - i citocromi e le proteine ferro-zolfo e ioni rame.

Unità isoprenica

Vinile Catena isoprenoide nb. 1. I doppi legami coniugati (ombreggiati) della porfirina sono responsabili dell’assorbimento della luce visibile da parte di queste strutture; 2. Il potenziale di riduzione standard dell’atomo di Fe dipende fortemente dalle sue i nterazioni con le catene laterali dei residui della proteina. (Eme modificato)

assorbimento della luce. I tre tipi di citocromi sono distinguinbili in base agli spettri di assorbimento della luce. Per distinguere citocromi molto simili, appartenenti allo stesso tipo, viene spesso inserito nel loro nome la lunghezza d’onda a cui presentano il max di assorbimento.

Legame dei citocromi di tipo c Il gruppo eme è legato covalentemente alla proteina da legami tioeteri formati dalla reazione tra gruppi sulfidrilici di residui di cisteina e gruppi vinilici presenti sulla protoperfirina.

Ione Fe legato a 4 residui di Cisteina Centri ferro-zolfo Ione Fe legato a 4 residui di Cisteina 2Fe-2S 4Fe-4S Molte delle proteine Fe-S assorbono la luce visibile nella regione tra 400 e 460 nm. Il loro assorbimento si riduce del 50% quando sono nello stato ridotto.

Il potenziale di riduzione standard del Ferro di questi centri dipende - dal tipo di centro e - dalle specifiche interazioni che il centro ha con la proteina in cui è inserita. A parte alcune eccezioni, le proteine Fe-S hanno potenziali di riduzione standard piuttosto bassi, per cui sono dei buoni donatori di elettroni.

FAD + 2H+ + 2e- FADH2 - 0.06

DELLA CATENA RESPIRATORIA MITOCONDRIALE COMPONENTI PROTEICI DELLA CATENA RESPIRATORIA MITOCONDRIALE COMPLESSO I o NADH:UQ ossidoreduttasi o NADH deidrogenasi è il complesso proteico più grande della C.R. L’enzima dei mammiferi contiene: 42 - 43 differenti subunità in una stechiometria non nota 1 FMN 7 - 8 differenti centri Fe-S (sia del tipo 2Fe-2S, che 4Fe-4S) lipidi legati covalentemente minimo 3 molecole di chinolo legate presenta: una struttura ad L con 2 domini maggiori separati da un sottile collare

Struttura della NADH-Q ossidoreduttasi in est Struttura della NADH-Q ossidoreduttasi determinata mediante microscopia elettronica ad una risoluzione di 22Å,

Chinone legato

CII o SUCCINATO:UQ OSSIDOREDUTTASI o SUCCINATO DH E’ UN ENZIMA DEL CICLO CITRICO, ANCORATO SULLA FACCIA INTERNA DELLA MEMBRANA MITOCONDRILE INTERNA, CHE RIFORNISCE DI e- LA CATENA RESPIRATORIA; TRASFERISCE e- DAL SUCCINATO AL POOL DI UBICHINONE CONTIENE 1 FAD DIVERSI CENTRI FeS

CIII o UQH2:CITOCROMO c OSSIDOREDUTTASI o COMPLESSO b-c1 Il complesso dei mammiferi contiene 11 subunità di cui: solo 3, che peraltro hanno omologhi nei batteri e possiedono i centri redox coinvolti nel processo di conservazione di energia, rappresentano le subunità indispensabili all’attività del CIII: - cit.b (codificato dal mtDNA, è caratterizzato da 8 eliche transmembrana e 2 emi posti a sandwich tra le eliche B e D) - 1 Fe-S proteina (ISP) ancorata alla membrana contenente un centro Fe2S2 di tipo Rieske - 1 cit.c1 ancorato alla membrana le altre 8 sono subunità più piccole di cui non si conosce il ruolo e sono dette subunità sovranumerarie.

Questo enzima è un omodimero con 11 distinte catene polipeptidiche. I gruppi prostetici maggiori, 3 gruppi eme ed un centro 2Fe-2S, mediano il trasferimento di e- tra i chinoni nella membrana ed il cit.c nello spazio intermembrana.

CIV o CITOCROMO c OSSIDASI o COX L’ENZIMA BOVINO CONTIENE 13 SUBUNITA’ LE 3 SUBUNITA’ MAGGIORI SONO CODIFICATE DAL mtDNA E FORMANO LA PARTE FUNZIONALE “CORE” DEL COMPLESSO: LA I SUBUNITA’ CONTIENE IL cit.a (eme a basso spin) ED IL CENTRO a3/CuB CHE RAPPRESENTA IL SITO ATTIVO DEL COMPLESSO LA II SUBUNITA’ CONTIENE UN CENTRO RAME CuA DINUCLEARE A VALENZA MISTA, CHE E’ IL I SITO PREPOSTO A RICEVERE GLI e- DAL cit.c2+ LA III SUBUNITA’ CONTIENE FOSFOLIPIDI LEGATI. IL SUO RUOLO NON E’ STATO ANCORA INDIVIDUATO. LE ALTRE 10 SUBUNITA’, SONO CODIFICATE DAL nDNA, SONO PIU’ PICCOLE E SEMBRA SIANO DI SOSTEGNO ALLE 3 MAGGIORI.

Contiene fosfolipidi legati

Gruppi prostetici principali della cit.c ossidasi: Gruppo carbonilico dello scheletro peptidico. Gruppi prostetici principali della cit.c ossidasi: CuA/CuA, l’eme a e l’eme a3-CuB. L’eme a3-CuB. è il sito di riduzione dell’ossigeno ad acqua.

La riduzione dell’ossigeno legato all’eme a3 a perossido è Ponte perossido La riduzione dell’ossigeno legato all’eme a3 a perossido è reso possibile dalla vicinanza di CuB.

Ipotesi chemiosmotica

vedere la didascalia!

H+ = pH +  H+ = 2,303 x RT x pH +  nF H+ = 0,084V + 0,14V Poiché il pH all’esterno della membrana mitocondriale interna dei mitocondri in attiva respirazione è di 1,4 unità più basso di quello interno ed il potenziale di membrana è di 0,14V H+ = 0,084V + 0,14V ovvero H+ = 0,224V = 224mV

Il disaccoppiamento regolato determina produzione di calore La membrana mitocondriale interna dei mitocondri del tessuto adiposo bruno contiene una grande quantità di proteina dissaccoppiante (UCP-1) o termogenina, che genera calore mettendo in corto circuito la batteria protonica mitocondriale. Questa via protonica dissipativa è attivata dagli acidi grassi liberi rilasciati dai triacilgliceroli, in risposta a segnali ormonali, quali gli agonisti  adrenergici.

CV o ATPsintasi o F1Fo ATPasi E’ UN ENZIMA FUNZIONALMENTE REVERSIBILE (quello bovino sembra essere costituito da 16 differenti subunità) CARATTERIZZATO MOLECOLARMENTE DA 3 PARTI: 1) UN SETTORE DI MEMBRANA Fo 2) UN SETTORE CATALITICO F1 3) UNO STELO IL SETTORE DI MEMBRANA Fo E’ ASSOCIATO ALLA COMPONENTE CATALITICA F1 DALLO “STELO”

IN UNA BEN DEFINITA STECHIOMETRIA: a b c d e 3 : 3 : 1 : 1 : 1 L’ATPasi SOLUBILE F1 CONTIENE 5 DIFFERENTI SUBUNITA’ IN UNA BEN DEFINITA STECHIOMETRIA: a b c d e 3 : 3 : 1 : 1 : 1 LE SUBUNITA’ a e b SONO OMOLOGHE ED ENTRAMBE LEGANO NUCLEOTIDI, LA SUBUNITA’ b HA ATTIVITA’ CATALITICA

COMPOSIZIONE DEL SETTORE DI MEMBRANA Fo L’Fo DELL’ENZIMA BATTERICO E’ COSTITUITO DA : un oligomero formato da 12 COPIE DELLA SUBUNITA’ c UNA SUBUNITA’ a UN DIMERO DELLA SUBUNITA’ b

MECCANISMO DI SCAMBIO DI LEGAME DI BOYER IN UN QUALUNQUE MOMENTO, CIASCUNO DEI 3 SITI CATALITICI, PRESENTI NELL’INTERFACCIA a-b, SAREBBE IN UNO DEI SEGUENTI 3 DIFFERENTI STATI CONFORMAZIONALI: “OPEN” “LOOSE” “TIGHT” corrispondenti rispettivamente ad uno stato conformazionale: “APERTO” “LASSO” con ADP e Pi LEGATI “SERRATO” con ATP LEGATO SALDAMENTE ATTRAVERSO CUI PASSEREBBE CICLICAMENTE DURANTE L’ATTIVITA’ CATALITICA

MOTORE MECCANO-CHIMICO MODELLO MOTORE MECCANO-CHIMICO Secondo questo modello L’OLIGOMERO c12 ED IL COMPLESSO DELLE SUBUNITA’  ED e COSTITUIREBBERO UN ROTORE CHE RUOTEREBBE matrice NELLO STATORE COSTITUITO DALLA SUBUNITA’ a , DAL DIMERO b2 E DALLA SUBUNITA’ d QUANDO I PROTONI SI TRASFERISCONO DAL CITOPLASMA NELLA MATRICE MITOCONDRIALE Citoplasma

Rilascio dell’ATP dalla subunità  nella subunità aperta A differenza della forma serrata e della forma lassa, la forma aperta della subunità  può cambiare conformazione tanto quanto basta per rilasciare i nucleotidi legati.