Fosforilazione ossidativa e respirazione cellulare

Certo, ecco gli appunti di studio basati sul testo fornito:

Fosforilazione ossidativa

• Ultima tappa della produzione di energia cellulare.
• Avviene nella membrana interna dei mitocondri attraverso il sistema di trasporto degli elettroni.
• L’enzima chiave è l'ATP-sintetasi, che utilizza il gradiente di H+ per generare ATP.

Caratteristiche generali della fosforilazione ossidativa

• Si avvale di molecole di NADH e FADH2 prodotte dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs.
• Gli elettroni sono ceduti alla catena respiratoria unitamente agli ioni H+ nella matrice mitocondriale.
• I complessi della catena respiratoria veicolano gli elettroni all'ossigeno per la sintesi di acqua.
• I cambiamenti conformazionali indotti dal trasporto degli elettroni consentono ai complessi di trasportare ioni H+ nello spazio intermembrana, contrastando il gradiente di concentrazione.

Respirazione cellulare

• La respirazione cellulare è un processo che produce energia a partire da glucosio (6C) e acido palmitoico (16C).
• Dalla respirazione del Glucosio (6C) tramite la glicolisi e la fosforilazione si ottengono 36 ATP
• Dalla respirazione dell'Acido Palmitoico (16C) tramite la glicolisi e la fosforilazione si ottengono 108 ATP

Mitocondrio

• La membrana interna e quella esterna sono di natura lipoproteica, ma le due frazioni sono differentemente ripartite.
• La matrice è separata dallo spazio intermembrana tramite la membrana mitocondriale interna.
• La frazione proteica interna è costituita da circa 60 tipi di proteine idrofobe, trasportatrici e della catena respiratoria.

Teoria endosimbiotica

• Secondo questa teoria, la doppia membrana mitocondriale potrebbe derivare dall'internalizzazione di un procariote più piccolo da parte di una cellula più grande.

Funzioni dei mitocondri

• Trasformazione del piruvato in acetil CoA.
• Svolgimento del ciclo degli acidi tricarbossilici.
• Fosforilazione ossidativa.
• Catabolismo degli acidi grassi.
• Partecipazione al ciclo dell'urea.
• Funzione di serbatoio di Ca2+.

Fosforilazione ossidativa - Processo

• Gli elettroni trasportati da 10 NADH e 2 FADH2, prodotti dalla glicolisi e ciclo di Krebs, passano nella catena di trasporto degli elettroni.
• Quattro complessi enzimatici, contenenti circa 10 centri redox, sono assemblati sulla membrana interna mitocondriale.
• NADH e FADH2 vengono riossidati a NAD+ e FAD.
• Gli elettroni sono trasferiti in una sequenza dettata dal potenziale ossidoriduttivo dei trasportatori, fino all'ossigeno.
• Durante il trasferimento, vengono espulsi protoni nello spazio intermembrana (processo esoergonico).
• L'energia conservata nel gradiente protonico permette la sintesi di ATP nel momento in cui i protoni ritornano nella matrice.

Complesso I: NADH deidrogenasi

• Composto da 43 catene polipeptidiche.
• Ha un peso di 850 kD.
• Contiene 1 FMN (= FAD-AMP) che partecipa alle reazioni redox.
• Include 6 o 7 centri ferro-zolfo che partecipano al trasporto di elettroni.
• Nel trasporto di e-, quattro protoni vengono trasferiti fuori dalla matrice nello spazio intra-membrana.
• L'NADH proveniente dalle diverse deidrogenasi del catabolismo si lega all'enzima trasferendo i suoi elettroni al gruppo prostetico FMN.
• La NADH-deidrogenasi è un complesso multimerico che contiene vari centri ferro-zolfo che trasferiscono elettroni dalla flavina ridotta ad un altro trasportatore della catena resipratoria, il CoenzimaQ.

Complesso II: Succinato deidrogenasi

• Contiene la succinato deidrogenasi (ciclo di Krebs) che a sua volta contiene FAD.
• Trasferisce gli elettroni dal succinato al CoQ.
• Contiene centri Fe-S 4 e il citocromo b560.
• Non opera dopo il Complesso I, ma fornisce un altro ingresso alla catena.

Complesso III: Citocromo c Ossidoreduttasi

• Include 2 x 11 subunità (PM : 2 x 248 kD).
• Contiene 2 citocromi b, 1 citocromo c1, e 1 centro [2Fe-2S].
• Consente al trasportatore a 2 e- (CoQH2, ubichinolo) di ridurre due molecole di citocromo c mediante il Ciclo Q.

Complesso IV: Citocromo Ossidasi

• Catalizza le ossidazioni (con acquisto di 1 e-) di quattro molecole consecutive di citocromo c ridotto.
• Realizza la contemporanea riduzione di una molecola di O2.

Teoria chemiosmotica

• L'energia libera prodotta dal trasferimento di elettroni è conservata in un gradiente protonico.
• Questo gradiente è sfruttato per pompare protoni attraverso la membrana interna mitocondriale, creando un gradiente elettrochimico di H+.

Forza motrice protonica

• Modello chemiosmotico (Peter Mitchell): meccanismo chimico che accoppia il flusso protonico con la fosforilazione.
• L'energia contenuta nel gradiente elettrochimico porta alla sintesi di ATP quando il flusso protonico inverte la sua direzione

ATP-sintasi

• Enzima transmembrana che catalizza la formazione di ATP a partire da ADP e Pi, sfruttando il flusso di protoni attraverso la membrana mitocondriale interna verso la matrice.
• Sensibilità all'oligomicina.
• formata da due domini funzionali.
• F1 (proteina periferica) catalizza l'idrolisi dell'ATP (F1 ATPasi).
• F0 (proteina integrale) crea un canale per i protoni.
• La rotazione della parte catalitica α3β3 è indotta dal trasferimento di protoni e consente la sintesi di ATP.

Regolazione della fosforilazione ossidativa

• La produzione di ATP è adeguata alle necessità energetiche cellulari.
• La velocità è limitata dalla disponibilità del substrato (ADP).
• La velocità di ossidazione delle sostanze nutrienti è regolata finemente, con modifiche minime del rapporto di azione di massa.

Mitocondri e salute umana

• Durante il trasferimento degli elettroni lungo la catena respiratoria, può verificarsi una perdita dell'1-2% di elettroni, generando specie reattive dell'ossigeno (ROS).
• I radicali liberi attaccano il DNA mitocondriale e alterano la funzionalità dell'organello.
• Mitocondri invecchiati sono soggetti ad autofagia, un meccanismo di rimozione degli organelli non funzionanti.
• In situazioni estreme, i mitocondri promuovono l'apoptosi, essenziale per regolare lo sviluppo dei tessuti ed eliminare le cellule tumorali.

Disfunzione mitocondriale e patologie

• L'apoptosi impropria può causare la distruzione di cellule nervose in malattie neurodegenerative o nel miocardio durante infarti.
• La sarcopenia, ovvero la perdita di tessuto muscolare negli anziani, è legata in parte all'apoptosi.
• Processi di autofagia e apoptosi possono rilasciare frammenti di DNA mitocondriale attivando l'inflammasoma e rilasciando sostanze infiammatorie come TNF-a, IL-1α/β, IL-8 e IFNy.

Mitocondri e alimentazione

• I mitocondri utilizzano ossigeno e nutrienti dai cibi per produrre energia.
• Studi scientifici sottolineano l'importanza di una dieta e stile di vita adeguati per supportare la funzione mitocondriale.
• Mangiare certi cibi può contribuire a ridurre la produzione di radicali liberi, attenuando lo stress ossidativo.
• Qualità degli alimenti e metodi di cottura possono aumentare le difese antiossidanti.
• Le proporzioni tra i macronutrienti possono influenzare l'indice glicemico.
• Quantità e frequenza dei pasti influenzano la longevità.
• Mitocondri efficienti aiutano a ridurre stanchezza e supportano la massa muscolare favoriscono l'ossidazione dei grassi.
• Una dieta appropriata, con proteine, grassi, carboidrati, vitamine del gruppo B, coenzima Q10 e antiossidanti promuove la funzionalità mitocondriale.
• I grassi "buoni" (Omega-3), in particolare, migliorano la qualità delle membrane interne dei mitocondri.

Specie reattive dell'ossigeno (ROS) e detossificazione

• Il corpo necessita di ossigeno, ma la biotrasformazione e la detossificazione epatica possono produrre un eccesso di ROS dannosi.
• L'eccesso di radicali liberi può accelerare le patologie croniche.
• L'ossidazione può essere ridotta mangiando cibi con antiossidanti.
• Alcuni vegetali, spezie e proteine "nobili" possono favorire la produzione di glutatione che aiuta la detossificazione epatica.

Impatto della dieta occidentale

• La "western american diet", ricca di cibi industriali, snack e carboidrati ad alto indice glicemico, induce infiammazione e processi degenerativi nei mitocondri.
• Mantenere stabili i livelli di glicemia e insulina può ridurre il rischio di patologie neurologiche e metaboliche legate alla disfunzione mitocondriale.

Dieta chetogenica e digiuno intermittente

• La Chetogena è caratterizzata da un ridotto apporto di glucidi, un giusto introito di proteine, ha vantaggi sulla produzione di energia (ATP) nei mitocondri e sulla vulnerabilità dei neuroni allo stress ossidativo.
• Ricerche suggeriscono che IF (Intermittent Fasting, Digiuno Intermittente) e CR (Calorie Restriction, Restrizione Calorica) possono ottimizzare la funzione cerebrale e la longevità stimolando la mitocondriogenesi e riducendo lo stress ossidativo.

Glicogeno: struttura e funzione

• Il glicogeno è una riserva di glucosio presente principalmente nel fegato e nei muscoli degli animali.
• Nel fegato, mantiene il controllo della glicemia tra i pasti.
• Nel muscolo, è una fonte energetica per la contrazione.
• Il metabolismo del glicogeno è regolato ormonalmente: l'insulina ne promuove la sintesi, mentre adrenalina e glucagone ne favoriscono la degradazione.
• Il glicogeno rappresenta la fonte di deposito e di riserva del glucosio negli animali.
• Il 10% del peso del fegato è costituito da glicogeno.
• Il fegato provvede a depositare (glicogenosintesi) o a mobilizzare glucosio (glicogenolisi).
• Le scorte di glicogeno nel fegato si esauriscono in circa 12 ore stimolando stati di stanchezza e debolezza
• Se le scorte sono sature, l'eccesso di zuccheri nel sangue sarà convertito in grassi

Glicogeno: Scorte nei tessuti

• Scorte di glucosio si trovano nel fegato e nei muscoli scheletrici.
• Le riserve epatiche riforniscono vari tessuti, mentre quelle muscolari sono utilizzate localmente.
• I maggiori consumatori di glucosio sono il cervello e il muscolo scheletrico.
• Il glucosio è consumato tramite la via aerobica.
• Il glucosio rimanente è consumato dagli eritrociti (globuli rossi) e dal muscolo cardiaco.

Glicogeno e muscolo scheletrico

• Si trova soprattutto nei muscoli scheletrici, dove costituisce una importante riserva di energia, fino a 200-300g.
• Il glicogeno contenuto nei muscoli è costituito da catene più corte, ed è per questo utilizzato solo dai soli muscoli.
• Il consumo aumenta all'aumentare dell'intensità dello sforzo per attività fisiche di media / alta intensità.
• Il glicogeno muscolare viene utilizzato solo in piccola percentuale durante le attività fisiche di bassa intensità.
• Quando il glucosio nei muscoli si esaurisce, si va incontro ad un deficit energetico tale da costringere la persona a ritirarsi dall'esercizio, o a proseguire a velocità drasticamente ridotta.

Glicogeno e Fegato

• La seconda riserva di glicogeno dell'organismo è il fegato che ne può contenere una quantità minore rispetto al muscolo scheletrico: su circa 1,5kg totali, circa 80-100g.
• Il fegato è in grado di assorbire il glucosio in eccesso o di "smontare" il glicogeno nel sangue.
• Le riserve di glicogeno del fegato posson mantenere un livello ottimale della glicemia per 12 ore.
• Se le scorte sono sature, l'eccesso di zuccheri nel sangre verrà trasformato i grassi i stoccato nel tessuto adiposo.

Glicogenosintesi

• La glicogenosintesi è un processo che avviene nel citoplasma delle cellule del fegato e de muscoli, in cui avviene la conversione del glucosio in glicogeno.
• Tale processo si trova nel citosol delle cellule, condensato i grossi granuli che contengono i necessari enzimi.
• Richiede UDP-glucosio, un primer e 2 enzimi: glicogeno sintasi ed enzima ramificante

Glicogenosintesi: le tappe

1. la conversione del glucosio in glucosio 6-fosfato tramite esochinasi.
2. conversione del glucosio 6-fosfato in glucosio 1-fosfato tramite fosfoglucomutasi.
3. laUDP-glucosio pirofosforilasi catalizza la terza reazione di formazione dell'UDP-glucosio, dove PP₁ viene degradato dalla pirofosfatasi inorganica.

Ulteriori Tappe

4. glicogeno sintasi catalizza l'inserimento nel primer di UDP-glucosio legami di tipo a1→4.
5. amilo -transglicosilasi(α14) (α1→6) adempie la costruzione delle ramificazioni.
6. Il processo continua attraverso il trasferimento di glucosio dal UDP-Glu e si conclude quanto interviene la glicogeno sintasi

Glicogenosintesi: il primer

Il primer è un frgmento di glicogeno un una sequenza preesistente, catalizzata dall'enzima glicogenina La proteina glicogenina continua la sintesi della glicogeno, attraverso il glicogeno sintasi.

Glicogenolisi

La glicogenolisi è la degradazione del glicogeno a con produzione di glucosio 1 fosfato (G1P), a sua volta prodotto a sua volta convertito in glucosio 6-fosfato (G6P) en

• Il processo entra in gioco che interagiscono tra loro
• GLicogeno fosforilati rompi i legami, mentre l'emizzima ramanificatne rompe i legami a1→6.
• L'effeto è convertito in G6P tramite l'enzima fosfoglucomutasi

Glicogenolisi: Le tappe

1. l'emizzima ramanificatne rompe i legami e viene poi idrolizzato.
2. L'enzima deramificante agisce tramite attività trasferasi e al termine del processo può subire ancora l'azione della fo fosforilasi
3. La fostoglucomatasi determina la covnersione del G1P iN g6p P che poi diventa libero.

Sintesi è degradazione

La fosforilazione della glicogeni fosforilasi è responsabile l'enzima fosfatasi ormi stimolati da parte degli ormoni

Regolazione coordinata di sintesi e degradazione

• Nel muscolo, è l'adrenalina a segnalare la presenza di G6P.
• Nel fegato sarà invece il glucagone, segnalando uno stato di scarsità di glucosio.
• Il legame glucosio porta ha una modificazione conformazionale a L'enzima
• Le isoforme sono differenti in quanto rispondono a regolazioni allosteriche differenti
• Questa chinasi catalizza la glicogenosiB
• Quando l'ormone ha svolto sua funzione l'emziama fa si che sia il sistema immunitario a farsi carico di questo inattivo ed eliminatorie

Altre info

• Anche le sintasi sono presenti di due isoforme una non si attiva e una attivata.
• Nel fegato la conversione avviene tramite un sito allosterico, altrimenti i residui di serina
• in condizioni di digunoene glucagone. Porta all'attivazione della fosforosi chinasi

Radicali liberi: caratteristiche generali

• Sono specie chimiche con un elettrone spaiato nell'orbitale esterno, altamente instabili e reattivi.
• Possono causare reazioni a catena e la loro pericolosità è inversamente proporzionale alla loro emivita.
• Oltre alle specie reattive dell'ossigeno (ROS), ci sono specie reattive dell'azoto, ferro, rame e zolfo.
• queste ultime compromettono l'equilibrio redox.

ROS (Specie Reattive dell'Ossigeno):

• sono entità di natura radicalica e comprendono il radicale superossido, il radicale ossidrile, i radicali alcossilici, i radicali perossilici e il radicale idroperossido.
• si dividono anche i ros non radicaliche comprendono perossido di idrogeno, acido ipocloroso, l'ossigeno singoletto, ozono e perossidi lipidici.

RNS (Specie Reattive dell'Azoto):

• L'agente principale è l'ossido d'azoto o nitrico (NO), sintetizzato dall'enzima sintasi dell'ossido nitrico (NOS).
• Sono prodotti prevalentemente dallo smog fotochimico.

Classificazione

Prodotti prevalentemente dallo smog fotochimico

Fonti di radicali

• Le fonti di radicali si distinguono in endogene ed esogene come l'infiammazione globuli bianchi e l'inquinamento o il fumo.
• Le fonti endogene le troviamo all'interno della membrana plasmatica, all'interno dei motcondri e perossisomi.

Fonti endogene di ROS

• Membrana plasmatica: NADPH ossidasi, lipoossigenasi, mieloperossidasi.
• Mitocondri: complessi enzimatici della catena respiratoria, MAO.
• Perossisomi: numerose ossidasi.
• REL: sistema monoossigenasico citocromo P450-dipendente (CYP2E1 e 2B).
• Citosol: xantina ossidasi, prostaglandina H sintasi (PHS).

Mitocondri e ROS

• In condizioni ormonali, i mitocondri rappresentano una fonte di ROS tramite la produzione di H2O2
• L'aumento dei ROS, è un inidcazione cellula cellulare mal funzionante

Membrana plasmatica

• Cellule come i neutrofili, gli eosinofili e i macrofagi producono una varietà di ROS tramite l'NADPH ossidasi di membrana.

REL (Reticolo Endoplasmatico Liscio)

• E' un sistema contenente Citocromo P450 (CYP, P450) che consentono incorporazioni CO.
• Un substrato organico si riduce ad H₂O.

Stress ossidativo

• E' un esaurimento dell'antioissidanti nella membrana.
• stress ossidativo indica l'insieme delle alterazioni
• si manifestano all'eccesso ossidanti.

Danni da radicali liberi

• I ROS portano all'attivazione di cellule che attaccano i LIPIDI e le proteine cellulari le alterando.

Omeostasi

• I sistemi metabolici vengono regolati tramite l'omeostasi regolano i radicali liberi.

Meccanismi di stress ossidativi e fonti di ossigeno

• le reazioni di riduzione però possono non essere utili se superare un valore soglia
• l'efficacia del sistema andrà a stabilire un meccanismo di stress.

Antiossidanti

• Gli antiossidanti possono essere classificati secondo diversi criteri:
• endogeni ed esogeni, enzimatici e non enzimatici, liposolubili e idrosolubili,

Antiossidanti enzimatici

• superossido dismutasi (SOD).
• catalasi.
• glutatione perossidasi (GPx) e glutatione reduttasi (GRed).

Superossido dismutasi

• Trasforma il superossido in molecole meno pericolose (ossigeno e acqua ossigenata).
• E' implicata nella SLA.

Catalasi

• Insieme alla SOD permette una rapida detossificazione
• Agisce in concomitanza con il SDO permettono la detossificazione.
• Una grossima parte delle strutture umane ne contengono

Glutatione perossidasi:

• Trasforma i perossidi e dimostrato dall'assenza di selenio

Glutatione

• Agiscono come antiossidanti o stabilizzanti.

Acido ascorbico:

• Sostanza a basso di radicali e aiuto vitaminico

Caroteni e xantofille

• Sostanze lipofile si hanno in grande parte delle piante
• Il ricavato è il riciclare e proteggere le sostanze.

Carotenoidi:Funzioni

• Licotene è in grado di inibirizzare dei tutumori
• La leteina si è dimotra paricolarmente efficiente
• Gli ingredienti sono radianti

Nel dettaglio: le fonti principali so carotenoidi sono:

1. la beta-carotene;
2. la alfa-carotene; sono tutte presenti nel sangue

• tocoferoli
• La vitamina E attenta la sua capacità di lipolitica e il consumo di radicalico
• Sono antiossidanti, polienoli inibisco il stress ed il cancro.

Conclusoni e regolazione:

• I nutrimenti e l'alimentazione sono molto importanti per le funzioni principali del corp*