L´Ossigeno: amico e nemico Ossigeno amico Bioenergetica Mitocondriale (stress ossidativo)

1. 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

2. Capitolo 6 0 La respirazione cellulare

3. Perdita d’atomi di idrogeno C6H12O6 6 CO2 Energia 6 O2 + 6 H2O + + Glucosio (ATP) Acquisto di atomi di idrogeno 0 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. Figura 6.4

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

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

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

7. Enzima P Adenosina P P ATP ADP P Molecola organica (substrato) P 0 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. Figura 6.7B

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

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

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

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

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

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

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

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

16. NADH ATP NAD+ + 2e Energia possibile per la sintesi di ATP H+ Catena di trasporto degli elettroni 1 2 2e O2 2 H+ H2O 0 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. Figura 6.10

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

18. Dp = DY +59 mV DpH DY = Potenzialeelettrico DpH = Potenzialechimico (H+) Dp= Forza proton-motrice Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

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

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