L´Ossigeno: amico e nemico

Ossigeno amico

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

Copyright © 2006 Zanichelli editore

Capitolo 6Capitolo 6

La respirazione cellulare

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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

Epatocita

1. Mitocondrio

2. Reticolo endoplasmatico liscio

3. Reticolo endoplasmatico rugoso

4. Golgi

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NADHNADH

NADH NADH FADH2

Citoplasma

Trasportatore di membrana degli elettroni

Mitocondrio

GLICOLISI1

molecola di glucosio

Dalla fosforilazione a livello di substrato

Dalla fosforilazione a livello di substrato

Dalla fosforilazione ossidativa

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

(Catena di trasporto e chemiosmosi)

2 Acetil CoA

CICLO DI KREBS

2 ATP 2 ATP circa 34 ATP

Resa massima per molecola di glucosio:

Circa 38 ATP

2 molecole di acido piruvico

2 6 2

2 2

(o 2 FADH2)

Figura 6.13

La resa complessiva della respirazione cellulare:

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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

PP P

P

Figura 6.7B

G > 0Non avviene

spontaneamenteReazione

Endoergonica

G < 0Avviene

spontaneamenteReazione

Esoergonica

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

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NADHNADH

NADH NADH FADH2

Citoplasma

Trasportatore di membrana degli elettroni

Mitocondrio

GLICOLISI1

molecola di glucosio

Dalla fosforilazione a livello di substrato

Dalla fosforilazione a livello di substrato

Dalla fosforilazione ossidativa

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

(Catena di trasporto e chemiosmosi)

2 Acetil CoA

CICLO DI KREBS

2 ATP 2 ATP circa 34 ATP

Resa massima per molecola di glucosio:

Circa 38 ATP

2 molecole di acido piruvico

2 6 2

2 2

(o 2 FADH2)

Figura 6.13

La resa complessiva della respirazione cellulare:

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

All’equilibrio

-RT ln KeqGo’ =

nFEo’ = RT ln Keq

Eo’ POSITIVO PER REAZIONI

ESOERGONICHE

-nF Eo’Go’ =

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Go’ RT ln [Ox1] [Red2][Red1] [Ox2]

Ox1 + Red2Red1 + Ox2

G = +

Eo’ RT ln [Ox1] [Red2][Red1] [Ox2]nF

Red1 + Ox2 Ox1 + Red2

E = -

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Tratto da “Il Mitocondrio. Permeabilità e Metabolismo. Passarella, Atlante, Barile. Ed. Piccin”

0.27 volt12.2 kcal · mol-1

51.0 kJ · mol-1 0.22 volt9.9 kcal · mol-1

41.4 kJ · mol-1

0.53 volt23.8 kcal · mol-1

99.5 kJ · mol-1

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

NADH Fe-S

FMN

Fe-S

Q

b

c1

c

a

a3

O2

ADP + Pi

ADP + Pi

ADP + Pi

ATP + H2O

ATP + H2O

ATP + H2O

FADH2

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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

H

Energia possibile

per la sintesi di

ATP

Catena di trasporto

degli elettroni

2 O2

2e

2e

12

Figura 6.10

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Spazio intermembrana

Membrana interna mitocondriale

Matrice mitocondriale

Complesso enzimatico

Flusso di elettroni

Trasportatore di elettroni

NADH NAD+

FADH2 FAD

H2OATPADP

ATP sintetasi

H+ H+ H+

H+

H+ H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

P

O2

Catena di trasporto degli elettroni Chemiosmosi

.

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

+ 212

Figura 6.11

La fosforilazione ossidativa avviene accoppiando il trasporto degli elettroni alla chemiosmosi.

p +59 mV pH

= Potenziale elettrico

pH = Potenziale chimico (H+)

p= Forza proton-motrice

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ATPsintetasi

H+

H+

H+

H+

H+

H+ H+ H+ H+

H+

H+

H+H+

O2

H2OP ATP

NADH NAD+

FADH2 FAD

Rotenone Cianuro, monossido di carbonio

Oligomicina

DNP

2

ADP

Catena di trasporto degli elettroni Chemiosmosi

12

Figura 6.12

R O S

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + +

Matrice

M.M.I. Qc

½ O2H2O

H+

ADP + Pi

ATP

IIFAD ATPasi

H+H+ H+ H+

H+H+ H+

Spazio intermembrane

III IV

FMN

I

e-

e- e-e-e-

Membrana esterna

Membrana interna

Matrice

Spazio intermembran

e

NADH +H+NAD+

pH

SUCC FUM

R O S

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