Catabolismo delle sostanze nutrienti

Presentazione sul tema: "Catabolismo delle sostanze nutrienti"— Transcript della presentazione:

1 Catabolismo delle sostanze nutrienti
Ammino- acidi Acidi grassi glucosio Catabolismo delle sostanze nutrienti Glicolisi e- piruvato Complesso della piruvato deidrogenasi Esso può essere diviso in tre fasi e- e- CO2 Acetil-CoA e- Fase 1: Produzione di Acetil-CoA Ossalacetato Citrato e- Ciclo dell’acido citrico Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA e- e- e- CO2 CO2 Fase 3: Trasferimento degli elettroni e fosforilazione ossidativa NADH FADH2 (trasportatori Ridotti di e-) e- 2H+ + 1/2O2 Catena respiratoria (trasferimento degli Elettroni) H2O ADP + Pi ATP

2 GLICOLISI Il glucosio è la principale sostanza nutriente
Precursore di molte molecole La sua ossidazione ad H2O e CO2 libera 2840 kJ/mole Altri zuccheri diversi del glucosio entrano nella glicolisi Saccarosio, Lattosio, Maltosio, Trealosio, …

3 Nella glicolisi, una molecola di glucosio viene degradata in due molecole di piruvato mediante una serie di reazioni catalizzate da enzimi. Una parte dell’energia libera rilasciata dal glucosio viene convertita in ATP La glicolisi è una via metabolica ben studiata in quanto è la via centrale del catabolismo del glucosio. Nel corso dell’evoluzione la sequenza delle reazioni è stata conservata.

4 Tre possibili destini del glucosio
Glicolisi (10 reazioni successive) Condizioni anaerobiche Condizioni anaerobiche 2 Puruvato 2 Etanolo + 2 CO2 2 Lattato O2 Fermentazione Alcolica Nel lievito Fermentazione a lattato nel muscolo in attività, negli eritrociti e in alcuni microrganismi CO2 2 Acetil-CoA O2 Ciclo dell’acido citrico 4 CO2 + 4 H2O

5 La glicolisi è divisa in due fasi
Glucosio Fase Preparatoria Piruvato 1 (-ATP) Fase di recupero Glucosio-6-fosfato (+2 ATP) 10 2 Fosfoenolpiruvato Fruttosio-6-fosfato 9 3 (-ATP) 2-fosfoglicerato Fruttosio-1,6-bisfosfato 8 4 3-fosfoglicerato Gliceraldeide-3-fosfato (+2 ATP) 6 7 5 (-2 NAD+) 1,3-bisfosfoglicerato Diidrossiacetone-3-fosfato

6 Prima tappa Fosforilazione del glucosio
ATP ADP Mg2+ Esochinasi Glucosio Glucosio-6-fosfato DG°’= -16,7 kJ/mole

7 Seconda tappa Conversione del glucosio-6-fosfato a fruttosio-6-fosfato
Mg2+ Fosfoesosio isomerasi Glucosio-6-fosfato Fruttosio-6-fosfato DG°’= 1,7 kJ/mole

8 Fruttosio-1,6-bisfosfato
Terza tappa Fosforilazine del fruttosio-6-fosfato a fruttosio-1,6-bisfosfato ATP ADP Mg2+ Fosfofruttochinasi-1 Fruttosio-6-fosfato Fruttosio-1,6-bisfosfato DG°’= -14,2 kJ/mole

9 Quarta tappa Rottura del fruttosio-1,6-bisfosfato
+ Aldolasi Fruttosio-1,6-bisfosfato Diidrossiacetone fosfato Gliceraldeide- 3-fosfato DG°’= 23,8 kJ/mole

10 Quinta tappa Interconversione dei triosi fosfati
Trioso fosfato isomerasi Diidrossiacetone fosfato Gliceraldeide- 3-fosfato DG°’= 7,5 kJ/mole

11 Sesta tappa Ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato
NAD+ NADH + H+ Gliceraldeide-3- Fosfato deidrogenasi Gliceraldeide- 3-fosfato 1,3-bisfosfoglicerato DG°’= 6,3 kJ/mole

12 Settima tappa Trasferimento del gruppo fosforico all’ADP
ATP Mg2+ Fosfoglicerato chinasi 1,3-bisfosfoglicerato 3-fosfoglicerato DG°’= -18,8 kJ/mole

13 Ottava tappa Conversione del 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato
Mg2+ Fosfoglicerato mutasi 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato DG°’= 4,4 kJ/mole

14 Nona tappa Deidratazione del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato
H2O Enolasi 2-fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato DG°’= 7,5 kJ/mole

15 Decima tappa Trasferimento del fosfato all’ADP
ATP Mg2+, K+ Piruvato chinasi Fosfoenolpiruvato Piruvato DG°’= -31,4 kJ/mole

16 Bilancio complessivo della glicolisi in condizioni aerobiche
2 ADP + Pi 2 ATP 2 NAD+ 2 NADH + H+ 2 Glucosio Piruvato

17 In condizioni anaerobiche il NAD+ viene rigenerato
NADH + H+ NAD+ Lattato deidrogenasi Piruvato Lattato Fermentazione lattacida DG°’= -25,1 kJ/mole

18 Bilancio complessivo della glicolisi in condizioni anaerobiche
2 ADP + Pi 2 ATP 2 Glucosio Lattato

19 Nella fermentazione alcolica il piruvato viene convertito in etanolo con due reazioni
TPP, Mg2+ Piruvato decarbossilasi Acetaldeide Piruvato NADH + H+ NAD+ Acetaldeide Etanolo Alcol deidrogenasi

20 Regolazione del catabolismo dei carboidrati
Glucosio Piruvato 1 (l’esochinasi è inibita dal suo prodotto) Glucosio-6-fosfato (la piruvato chinasi è inibita dall’ATP) 10 2 Fosfoenolpiruvato Fruttosio-6-fosfato 9 (la fosfofruttochinasi è inibita da ATP e citrato ed è attivata da AMP, ADP e fruttosio-2,6-bisfosfato) 3 2-fosfoglicerato Fruttosio-1,6-bisfosfato 8 4 3-fosfoglicerato Gliceraldeide-3-fosfato 6 7 5 1,3-bisfosfoglicerato Diidrossiacetone-3-fosfato

21 Catabolismo delle sostanze nutrienti
Ammino- acidi Acidi grassi glucosio Catabolismo delle sostanze nutrienti Glicolisi e- piruvato Complesso della piruvato deidrogenasi Esso può essere diviso in tre fasi e- e- CO2 Acetil-CoA e- Fase 1: Produzione di Acetil-CoA Ossalacetato Citrato e- Ciclo dell’acido citrico Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA e- e- e- CO2 CO2 Fase 3: Trasferimento degli elettroni e fosforilazione ossidativa NADH FADH2 (trasportatori Ridotti di e-) e- 2H+ + 1/2O2 Catena respiratoria (trasferimento degli Elettroni) H2O ADP + Pi ATP

22 Piruvato Deidrogenasi
Ciclo dell’acido citrico o ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo di Krebs Prima di entrare nel ciclo il piruvato deve essere convertito in acetil-CoA NAD+ CO2 + NADH CoA-SH TPP,lipoato, FAD Complesso della Piruvato Deidrogenasi (E1, E2, E3) Piruvato Acetil-CoA DG°’= -33,4 kJ/mole

23 Complesso della piruvato deidrogenasi
E1: Piruvato deidrogenasi 24 x Piruvato E2 E1 E3 TPP OH | CH3-C-H E2: diidrolipoil transacetilasi 24 x Lipoillisina ossidata TPP E2 E1 E3 1 FAD CO2 E3: diidrolipoil deidrogenasi 12 x FAD NADH + H+ 2 5 FAD TPP E2 E1 E3 NAD+ FADH2 E2 E1 E3 Lipoillisina ridotta CoA-SH TPP 3 4 E2 E1 E3 CoA TPP FAD

24 Reazioni del ciclo dell’acido citrico
Acetil-CoA 1 Citrato 2 Ossalacetato Isocitrato NADH 3 8 CO2 NADH Malato a-chetoglutarato 7 4 CO2 Fumarato NADH 6 Succinil-CoA 5 FADH2 Succinato GTP (ATP)

25 Prima tappa Condensazione dell’acetil-CoA con l’ossalacetato
H2O CoA-SH Citrato sintasi Ossalacetato Acetil-CoA Citrato DG°’= -32,2 kJ/mole

26 Seconda tappa Formazione dell’isocitrato attraverso il cis-aconitato
H2O H2O Aconitasi Aconitasi Citrato Isocitrato Aconitato DG°’= -13,3 kJ/mole

27 Terza tappa Ossidazione dell’isocitrato ad a-chetoglutarato
NAD+ NADH + H+ + CO2 Isocitrato deidrogenasi Isocitrato a-chetoglutarato DG°’= -20,9 kJ/mole

28 Quarta tappa Ossidazione del a-chetoglutarato a succinil-CoA
CoA-SH NAD+ NADH + H+ + CO2 Complesso dell’a-chetoglutarato deidrogenasi a-chetoglutarato Succinil-CoA DG°’= -33,5 kJ/mole

29 Quinta tappa Conversione del a succinil-CoA a succinato
GDP + Pi CoA-SH GTP Succinil-CoA sintetasi Succinil-CoA Succinato DG°’= -2,9 kJ/mole

30 Sesta tappa Ossidazione del succinato a fumarato
FAD FADH2 Succinato deidrogenasi Fumarato Succinato DG°’= 0 kJ/mole

31 Settima tappa Idratazione del fumarato per produrre malato
H2O Fumarasi Fumarato Malato DG°’= -3,8 kJ/mole

32 Ottava tappa Ossidazione del malato a ossalacetato
NAD+ NADH + H+ Malato deidrogenasi Malato Ossalacetato DG°’= 29,7 kJ/mole

33 L’energia liberata dalle ossidazioni viene conservata nel ciclo
reazione Numero di molecole di ATP o di coenzima ridotto formate Numero di molecole di ATP formate complessivamente Glucosio  glucosio-6-fosfato - 1 ATP -1 Fruttosio-6-fosfato  fruttosio-1,6-bisfosfato 2 Gliceraldeide-3-fosfato  2 1,3-bisfosfoglicerato 2 NADH 5 2 1,3-bisfosfoglicerato  2 3-fosfoglicerato 2 ATP 2 2 Fosfoenolpiruvato  2 piruvato 2 Piruvato  2 acetil-CoA 2 Isocitrato  2 a-chetoglutarato 2 a-chetoglutarato  2 succinil-CoA 2 succinil-CoA  2 succinato 2 ATP (o2 GTP) 2 succinato  2 fumarato 2 FADH2 3 2 Malato  2 ossalacetato totale 32

34 Regolazione del ciclo dell’acido citrico
ATP, acetil-CoA, NADH, acidi grassi Piruvato AMP, CoA, NAD+, Ca2+ Piruvato deidrogenasi Acetil-CoA NADH, succinil-CoA, citrato, ATP ADP 1 Citrato 2 Ossalacetato Isocitrato NADH 3 ATP 8 Ca2+,ADP NADH Malato a-chetoglutarato 7 4 Succinil-CoA, NADH Fumarato NADH Ca2+ 6 Succinil-CoA 5 FADH2 Succinato GTP (ATP)