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LA CATENA RESPIRATORIA MITOCONDRIALE
Link Grisham Garretthttp://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/oxidative/oxidativephosphorylation.html
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LA CATENA RESPIRATORIA: UNA SERIE DI REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE
La catena respiratoria (catena di trasporto degli elettroni) avviene grazie alla presenza nella membrana interna mitocondriale di
- 4 grandi Complessi enzimatici (I, II, III, IV) intra-membrana (coppie redox)
- Coenzima Q10 , componente mobile liposolubile (doppio strato lipidico)
- Citocromo c, piccola proteina mobile idrosolubile (superficie esterna della membrana interna)
Il processo consiste nel flusso di idrogeno e di elettroni attraverso i Complessi ed i componenti mobili fino all’ossigeno molecolare che viene ridotto con formazione di H2O.
La riduzione dell’ossigeno avviene tramite una serie di reazioni di ossido-riduzione con passaggio di atomi di H e di elettroni su accettori, componenti della catena respiratoria, con affinità per gli elettroni crescente (= potenziale redox maggiore).
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LA CATENA RESPIRATORIA
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LA CATENA RESPIRATORIA MITOCONDRIALE
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LA CATENA RESPIRATORIA MITOCONDRIALE
Un individuo di sesso maschile di 70 Kg che svolga un lavoro sedentario necessita di circa 2800 kcal al giorno equivalenti a 190 Kg di ATP. La quantità reale di ATP presente (stato stazionario) è invece di soli 50 g che vengono sintetizzati e utilizzati migliaia di volte al giorno.
MATRICE MITOCONDRIALE
SPAZIO INTERMEMBRANA
NADH + H+
FADH2
H+
COMPLESSO INADH+H+
COMPLESSO IIFADH2
COMPLESSO IIICitocromo bc1
Cit. c
CoQ10
COMPLESSO IVCitocromo aa3
H+H+
FLUSSO DI ELETTRONI
½ O2 + 2 H+
H2O
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + +
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MEMBRANA MITOCONDRIALE INTERNA
CATABOLISMO
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LA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
I Complessi I, III e IV sono pompe protoniche e utilizzano l’energia liberata dal flusso di elettroni per pompare H+ dalla matrice allo spazio intermembrana.Così si genera un
GRADIENTE ELETTROCHIMICO nel quale è conservata parte dell’energia associata alle reazioni redox della catena respiratoria.L’energia del gradiente elettrochimico viene utilizzata per sintetizzare molecole di ATP ad opera dell’ enzima transmembrana ATP sintasi.
Il processo che accoppia l’ossidazione dei coenzimi NADH + H+ e FADH2 , attraverso la catena respiratoria, alla sintesi di ATP si chiama
FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
1 NADH riossidato 3 ATP
1 FADH2 riossidato 2 ATP
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LA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA: SCHEMA
I IV
ATPasi
H+H+
H+
III
H+
e-
½ O2 H2OADP+Pi ATP+H2O
L’energia liberata in seguito alla riossidazione del NADH + H+ che porta alla riduzione di O2
ad H2O è pari a 52,7 kcal. e, se venisse liberata tutta assieme, sarebbe dispersa in gran parte come calore: la gradualità di trasferimento di H+ ed elettroni permette di “intrappolare” il 40% di essa sotto forma di 3 molecole di ATP.
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FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
NADH + H+ + 3ADP + 3Pi + 1/2O2 = NAD+ + 3ATP + H2O
NADH + H+ + 1/2O 2 NAD+ + H2O + ENERGY
Il NADH è riossidato a NAD+ dall’ossigeno e l’ossigeno è ridotto ad acqua.
Questa reazione rilascia una grossa quantità di energia, ma sarebbe inutilazzabile dalla cellula se avvenisse in una singola reazione
La reazione ha luogo attraverso la catena di trasporto di elettroni che consente di rilasciare l’energia in modo controllato e quindi utilizzabile.
29 Aprile 2005 Autore: Professoressa Carla Bovina pag. 9
L’ossidazione di NADH a NAD+ “pompa” 3 protoni che “caricano” il gradiente electrochimico di un potenziale sufficiente a generare 3 ATP
L’ossidazione di FADH2 a FAD+ “pompa” 2 protoni che “caricano” il gradiente electrochimico di un potenziale sufficiente a generare 2 ATP
In realtà 1NADH genera 2.5 ATP e 1FADH2 genera 1.5 ATP
La ragione è che non tutta l’energia immagazzinata nel gradiente protonico è utilizzata per generare ATP. Una quota di questa energia è utilizzata per il trasporto di ioni fuori e dentro il mitocondrio.
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LA FOSFOCREATINA:UN TAMPONE DI GRUPPI FOSFATO
MUSCOLO RILASSATO
MUSCOLO CONTRATTO
ATP CREATINA
FOSFOCREATINAADP
CPK
ATP
ADP
CPK
La reazione che produce direttamente energia utilizzabile per la contrazione muscolare è catalizzata dalla miosina-ATPasi:
ATP + H2O ADP + Pi (1)
CKPCr + ADP + H+ ATP + Cr (2)
Tuttavia, la quantita' di ATP presente nel muscolo è sufficiente per sostenere una attivita' contrattile solo per un periodo limitato di tempo
PCr + H2O + H+ Cr + Pi
La somma di (1) e (2):
G’° = - 30.5 kJ/mol
G’° = - 43 kJ/mol
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LA RESPIRAZIONE CELLULARE
I FASE
POLISACCARIDI, LIPIDI, PROTEINE,
degradazione
II FASEACETIL-CoA
trasformazioni metaboliche
prodotto di degradazione comune
III FASEAEROBIA CICLO DI KREBS
H2OCO2
Piccole, semplici molecole, prodotti finali
del catabolismo
NH3
CATENA RESPIRATORIA MITOCONDRIALE
GLUCOSOAMINOACIDIAC. GRASSI
GLICEROLO
