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Nella glicolisi, qual è la fonte dell'elettrone che trasforma NAD+ in NADH invece di NADH+?

Nella glicolisi, qual è la fonte dell'elettrone che trasforma NAD+ in NADH invece di NADH+?


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Ho guardato la formula per la reazione di glicolisi. La reazione complessiva sembra equilibrata, tuttavia, non vedo nulla sul lato sinistro dell'equazione che fornisca l'elettrone per convertire NAD+ in NADH. Da dove viene quell'elettrone?


Metabolismo dei carboidrati per l'MCAT: tutto ciò che devi sapere

(Nota: questa guida fa parte della nostra serie MCAT Biochemistry.)

Parte 1: Introduzione

Parte 2: Digestione dei carboidrati

a) Decomposizione enzimatica

b) Regolazione pancreatica

c) Glicogenesi e glicogenolisi

Parte 3: Glicolisi e fermentazione

a) Glicolisi

b) Fermentazione dell'acido lattico

c) Gluconeogenesi

Parte 4: ossidazione del piruvato e ciclo TCA

a) Struttura mitocondriale

b) Ossidazione del piruvato

c) Il ciclo dell'acido citrico

Parte 5: Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa

a) La catena di trasporto degli elettroni

b) Il gradiente elettrochimico

c) Fosforilazione ossidativa

Parte 6: via del pentoso fosfato

Parte 7: Termini ad alto rendimento

Parte 8: Domande e risposte basate sul passaggio

Parte 9: domande e risposte indipendenti


Controllo delle vie cataboliche

Le vie cataboliche sono controllate da enzimi, proteine, trasportatori di elettroni e pompe che assicurano che le reazioni rimanenti possano procedere.

Obiettivi formativi

Spiega come vengono controllate le vie cataboliche

Punti chiave

Punti chiave

  • La glicolisi, il ciclo dell'acido citrico e la catena di trasporto degli elettroni sono vie cataboliche che producono reazioni non reversibili.
  • Il controllo della glicolisi inizia con l'esochinasi, che catalizza la fosforilazione del glucosio, il suo prodotto è il glucosio-6-fosfato, che si accumula quando viene inibita la fosfofruttochinasi.
  • Il ciclo dell'acido citrico è controllato attraverso gli enzimi che scompongono le reazioni che producono le prime due molecole di NADH.
  • La velocità di trasporto degli elettroni attraverso la catena di trasporto degli elettroni è influenzata dai livelli di ADP e ATP, mentre enzimi specifici della catena di trasporto degli elettroni non sono influenzati dall'inibizione del feedback.

Parole chiave

  • fosfofruttochinasi: qualsiasi di un gruppo di enzimi chinasi che convertono il fruttosio fosfati in bifosfato
  • glicolisi: la via metabolica cellulare del glucosio zucchero semplice per produrre acido piruvico e ATP come fonte di energia
  • chinasi: qualsiasi gruppo di enzimi che trasferisce gruppi fosfato da molecole donatrici ad alta energia, come l'ATP, a specifiche molecole bersaglio (substrati) il processo è chiamato fosforilazione

Controllo delle vie cataboliche

Enzimi, proteine, trasportatori di elettroni e pompe che svolgono un ruolo nella glicolisi, nel ciclo dell'acido citrico e nella catena di trasporto degli elettroni tendono a catalizzare reazioni non reversibili. In altre parole, se avviene la reazione iniziale, il percorso è impegnato a procedere con le reazioni rimanenti. Il rilascio di una particolare attività enzimatica dipende dal fabbisogno energetico della cellula (come riflesso dai livelli di ATP, ADP e AMP).

Glicolisi

Il controllo della glicolisi inizia con il primo enzima della via, l'esochinasi. Questo enzima catalizza la fosforilazione del glucosio, che aiuta a preparare il composto per la scissione in una fase successiva. La presenza del fosfato caricato negativamente nella molecola impedisce anche allo zucchero di lasciare la cellula. Quando l'esochinasi è inibita, il glucosio si diffonde fuori dalla cellula e non diventa un substrato per le vie respiratorie in quel tessuto. Il prodotto della reazione dell'esochinasi è il glucosio-6-fosfato, che si accumula quando un enzima successivo, la fosfofruttochinasi, viene inibito.

glicolisi: La via della glicolisi è regolata principalmente nei tre passaggi enzimatici chiave (1, 2 e 7) come indicato. Si noti che i primi due passaggi regolati si verificano all'inizio del percorso e comportano l'idrolisi dell'ATP.

La fosfofruttochinasi è il principale enzima controllato nella glicolisi. Alti livelli di ATP, citrato o un pH più basso e più acido riducono l'attività dell'enzima. Un aumento della concentrazione di citrato può verificarsi a causa di un blocco nel ciclo dell'acido citrico. La fermentazione, con la sua produzione di acidi organici come l'acido lattico, spesso spiega l'aumento dell'acidità in una cellula, tuttavia i prodotti della fermentazione non si accumulano tipicamente nelle cellule.

L'ultimo passaggio della glicolisi è catalizzato dalla piruvato chinasi. Il piruvato prodotto può procedere ad essere catabolizzato o convertito nell'aminoacido alanina. Se non è necessaria più energia e l'alanina è adeguatamente fornita, l'enzima viene inibito. L'attività dell'enzima è aumentata quando i livelli di fruttosio-1,6-bisfosfato aumentano. (Ricorda che il fruttosio-1,6-bisfosfato è un intermedio nella prima metà della glicolisi. ) La regolazione della piruvato chinasi coinvolge la fosforilazione, risultando in un enzima meno attivo. La defosforilazione da parte di una fosfatasi lo riattiva. La piruvato chinasi è anche regolata dall'ATP (un effetto allosterico negativo).

Se è necessaria più energia, più piruvato verrà convertito in acetil CoA attraverso l'azione della piruvato deidrogenasi. Se si accumulano gruppi acetile o NADH, c'è meno bisogno della reazione e la velocità diminuisce. La piruvato deidrogenasi è anche regolata dalla fosforilazione: una chinasi la fosforila per formare un enzima inattivo e una fosfatasi la riattiva. Anche la chinasi e la fosfatasi sono regolate.

Ciclo dell'acido citrico

Il ciclo dell'acido citrico è controllato attraverso gli enzimi che catalizzano le reazioni che formano le prime due molecole di NADH. Questi enzimi sono l'isocitrato deidrogenasi e l'α-chetoglutarato deidrogenasi. Quando sono disponibili livelli adeguati di ATP e NADH, le velocità di queste reazioni diminuiscono. Quando è necessario più ATP, come si evince dall'aumento dei livelli di ADP, il tasso aumenta. Anche l'α-chetoglutarato deidrogenasi sarà influenzata dai livelli di succinil CoA, un successivo intermedio del ciclo, causando una diminuzione dell'attività. Una diminuzione della velocità di funzionamento della via a questo punto non è necessariamente negativa poiché i livelli aumentati dell'α-chetoglutarato non utilizzato dal ciclo dell'acido citrico possono essere utilizzati dalla cellula per la sintesi degli aminoacidi (glutammato).

Ciclo dell'acido citrico: Enzimi, isocitrato deidrogenasi e α-chetoglutarato deidrogenasi, catalizzano le reazioni che formano le prime due molecole di NADH nel ciclo dell'acido citrico. Le velocità della reazione diminuiscono quando vengono raggiunti livelli sufficienti di ATP e NADH.

Catena di trasporto degli elettroni

Enzimi specifici della catena di trasporto degli elettroni non sono influenzati dall'inibizione del feedback, ma la velocità di trasporto degli elettroni attraverso il percorso è influenzata dai livelli di ADP e ATP. Un maggiore consumo di ATP da parte di una cellula è indicato da un accumulo di ADP. Man mano che l'utilizzo di ATP diminuisce, la concentrazione di ADP diminuisce: l'ATP inizia ad accumularsi nella cellula. Questo cambiamento nella concentrazione relativa di ADP in ATP fa sì che la cellula rallenti la catena di trasporto degli elettroni.

Trasporto a catena di elettroni: I livelli di ADP e ATP influenzano la velocità di trasporto degli elettroni attraverso questo tipo di trasporto a catena.


Panoramica sulla respirazione cellulare

Figura 1. Molecole ad alta energia: ATP e NADH. Il pannello superiore illustra l'idrolisi dell'ATP in ADP. L'energia libera standard di questa reazione è

7,3 kcal/mol. Il pannello inferiore illustra la riduzione di NAD+ a NADH + H+.

Tutte le cellule richiedono una fonte di energia per svolgere le loro normali funzioni. L'energia nelle cellule viene solitamente immagazzinata sotto forma di legami chimici. Nei prossimi tutorial imparerai a conoscere percorsi metabolici (vie di reazioni chimiche in una cellula), tra cui vie cataboliche, che descrivono le reazioni che scompongono le molecole, e vie anabolizzanti, che descrivono le reazioni che costruiscono le molecole. Spesso i percorsi catabolici rilasciano energia quando i legami chimici vengono rotti, mentre i percorsi anabolici possono richiedere energia per formare legami chimici. Nelle cellule vegetali, l'energia è derivata dalla luce solare e utilizzata nelle vie anaboliche per sintetizzare gli zuccheri semplici. Questi zuccheri possono essere immagazzinati e utilizzati in seguito in percorsi anabolici o catabolici. Nelle cellule animali, l'energia deriva dal catabolismo di macromolecole ingerite come amido e grasso di altri organismi (ad esempio l'hamburger che hai mangiato a pranzo). Le grandi macromolecole vengono catabolizzate in zuccheri semplici e altri elementi costitutivi, rilasciando energia lungo il percorso. Questa energia viene catturata sotto forma di due tipi di molecole ad alta energia: ATP e trasportatori di elettroni.

Questo tutorial descrive il catabolismo del glucosio, lo zucchero semplice più comune che si trova sia negli animali che nelle piante. Ricorda da un precedente tutorial (Proprietà delle macromolecole II: acidi nucleici, polisaccaridi e lipidi), il glucosio si trova sia nel glicogeno che nell'amido. Il catabolismo completo del glucosio in CO2 e H2O è indicato come respirazione cellulare perché richiede ossigeno. La reazione netta per la respirazione cellulare è C6h12oh6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + 38 ATP. Il catabolismo del glucosio avviene attraverso una serie di reazioni di ossidazione. Ricordiamo da Biologia 110 che il ossidazionedi una molecola comporta la rimozione di elettroni. L'ossidazione delle molecole organiche avviene per rimozione di elettroni e protoni (H+). Nelle reazioni biologiche, una reazione di ossidazione è accoppiata ad a riduzione reazione (l'aggiunta di elettroni e protoni) tale che una molecola si ossida e l'altra si riduce. Nel catabolismo del glucosio, gli zuccheri vengono ossidati in reazioni che sono accoppiate alla riduzione del più comune portatore di elettroni, nicotinammide adenina dinucleotide (NAD+), (Figura 1). Ad esempio, nella seguente reazione: malato + NAD+ -> ossalacetato + NADH + H+, il malato viene ossidato e il NAD->i ridotto. La respirazione cellulare avviene in modo graduale, producendo inizialmente molte molecole di portatori di elettroni ridotti (NADH e FADH2). Questi portatori di elettroni ridotti alla fine verranno ossidati nei mitocondri in un processo che è legato alla sintesi dell'ATP. È solo in questa fase finale che l'ossigeno viene effettivamente utilizzato. I portatori di elettroni ridotti donano i loro elettroni a una catena di trasporto degli elettroni e, alla fine, l'ossigeno viene ridotto per produrre acqua. Questa fase finale della respirazione cellulare produce la maggior quantità di energia, sotto forma di ATP.

Ci sono quattro fasi distinte della respirazione cellulare: glicolisi, l'ossidazione del glucosio allo zucchero a tre atomi di carbonio piruvato ossidazione del piruvato, l'ossidazione del piruvato a acetil coenzima A (acetil CoA) il ciclo dell'acido citrico(detto anche ciclo di Kreb o ciclo TCA), la completa ossidazione dell'acetil CoA e, infine, l'ossidazione dei portatori di elettroni ridotti legati alla sintesi di ATP. Le prime tre fasi (glicolisi, ossidazione del piruvato e ciclo dell'acido citrico) saranno descritte in questo tutorial. Inoltre, considereremo il processo di fermentazione, che avviene in assenza di ossigeno, per cui il piruvato viene ridotto e vengono generati una varietà di sottoprodotti. La fase finale della respirazione cellulare, l'ossidazione dei trasportatori di elettroni legati alla sintesi dell'ATP, sarà trattata nel prossimo tutorial.


Contenuti

La nicotinammide adenina dinucleotide è costituita da due nucleosidi uniti da pirofosfato. I nucleosidi contengono ciascuno un anello di ribosio, uno con adenina attaccata al primo atomo di carbonio (posizione 1') (adenosina difosfato ribosio) e l'altro con nicotinammide in questa posizione. [1] [2]

Il composto accetta o dona l'equivalente di H − . [3] Tali reazioni (riassunte nella formula seguente) comportano la rimozione di due atomi di idrogeno dal reagente (R), sotto forma di uno ione idruro (H − ), e di un protone (H + ). Il protone viene rilasciato in soluzione, mentre il riducente RH2 viene ossidato e NAD + ridotto a NADH mediante trasferimento dell'idruro all'anello nicotinammide.

Dalla coppia di elettroni idruro, un elettrone viene trasferito all'azoto caricato positivamente dell'anello nicotinammide di NAD + e il secondo atomo di idrogeno viene trasferito all'atomo di carbonio C4 opposto a questo azoto. Il potenziale del punto medio della coppia redox NAD + /NADH è -0,32 volt, il che rende NADH un forte riducendo agente. [4] La reazione è facilmente reversibile, quando NADH riduce un'altra molecola e viene riossidato a NAD + . Ciò significa che il coenzima può circolare continuamente tra le forme NAD + e NADH senza essere consumato. [2]

In apparenza, tutte le forme di questo coenzima sono polveri amorfe bianche che sono igroscopiche e altamente solubili in acqua. [5] I solidi sono stabili se conservati all'asciutto e al buio. Le soluzioni di NAD+ sono incolori e stabili per circa una settimana a 4°C e pH neutro, ma si decompongono rapidamente in acidi o alcali. Dopo la decomposizione, formano prodotti che sono inibitori enzimatici. [6]

Sia NAD + che NADH assorbono fortemente la luce ultravioletta a causa dell'adenina. Ad esempio, l'assorbimento di picco di NAD + è a una lunghezza d'onda di 259 nanometri (nm), con un coefficiente di estinzione di 16.900 M -1 cm -1 . NADH assorbe anche a lunghezze d'onda più elevate, con un secondo picco di assorbimento UV a 339 nm con un coefficiente di estinzione di 6.220 M -1 cm -1 . [7] Questa differenza negli spettri di assorbimento dell'ultravioletto tra le forme ossidate e ridotte dei coenzimi a lunghezze d'onda più elevate rende semplice misurare la conversione dell'uno all'altro nei saggi enzimatici, misurando la quantità di assorbimento UV a 340 nm utilizzando uno spettrofotometro . [7]

NAD + e NADH differiscono anche nella loro fluorescenza. NADH a diffusione libera in soluzione acquosa, quando eccitato all'assorbanza della nicotinammide di

335 nm (vicino ai raggi UV), emette fluorescenza a 445-460 nm (dal viola al blu) con una durata della fluorescenza di 0,4 nanosecondi, mentre NAD + non è fluorescente. [8] [9] Le proprietà del segnale di fluorescenza cambia quando NADH si lega alle proteine, quindi questi cambiamenti possono essere usati per misurare le costanti di dissociazione, che sono utili nello studio della cinetica enzimatica. [9] [10] Questi cambiamenti nella fluorescenza sono usati anche per misurare i cambiamenti nello stato redox delle cellule viventi, attraverso la microscopia a fluorescenza. [11]

Nel fegato di ratto, la quantità totale di NAD+ e NADH è di circa 1 μmole per grammo di peso umido, circa 10 volte la concentrazione di NADP+ e NADPH nelle stesse cellule. [12] La concentrazione effettiva di NAD + nel citosol cellulare è più difficile da misurare, con stime recenti nelle cellule animali che variano intorno a 0,3 mM, [13] [14] e circa da 1,0 a 2,0 mM nel lievito. [15] Tuttavia, più dell'80% della fluorescenza di NADH nei mitocondri proviene dalla forma legata, quindi la concentrazione in soluzione è molto più bassa. [16]

Le concentrazioni di NAD+ sono più elevate nei mitocondri, costituendo dal 40% al 70% del NAD+ cellulare totale. [17] Il NAD + nel citosol viene trasportato nel mitocondrio da una specifica proteina di trasporto di membrana, poiché il coenzima non può diffondere attraverso le membrane. [18] L'emivita intracellulare di NAD + è stata dichiarata tra 1-2 ore da una revisione, [19] mentre un'altra revisione ha fornito stime variabili in base al compartimento: intracellulare 1-4 ore, citoplasmatico 2 ore e mitocondriale 4 -6 ore. [20]

L'equilibrio tra le forme ossidate e ridotte di nicotinammide adenina dinucleotide è chiamato rapporto NAD + /NADH. Questo rapporto è una componente importante di quello che viene chiamato il stato redox di una cellula, una misura che riflette sia le attività metaboliche che la salute delle cellule. [21] Gli effetti del rapporto NAD + /NADH sono complessi e controllano l'attività di diversi enzimi chiave, tra cui la gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi e la piruvato deidrogenasi. Nei tessuti di mammiferi sani, le stime del rapporto tra NAD + libero e NADH nel citoplasma si trovano tipicamente intorno a 700:1, il rapporto è quindi favorevole per le reazioni ossidative. [22] [23] Il rapporto tra NAD + /NADH totale è molto più basso, con stime che vanno da 3 a 10 nei mammiferi. [24] Al contrario, il rapporto NADP + /NADPH è normalmente di circa 0,005, quindi NADPH è la forma dominante di questo coenzima. [25] Questi diversi rapporti sono fondamentali per i diversi ruoli metabolici di NADH e NADPH.

NAD + è sintetizzato attraverso due vie metaboliche. Viene prodotto sia in a de novo percorso dagli amminoacidi o nelle vie di salvataggio riciclando componenti preformati come la nicotinammide di nuovo in NAD + . Sebbene la maggior parte dei tessuti sintetizzi NAD + attraverso la via di salvataggio nei mammiferi, molto di più de novo la sintesi avviene nel fegato dal triptofano e nel rene e nei macrofagi dall'acido nicotinico. [26]

Di nuovo produzione Modifica

La maggior parte degli organismi sintetizza NAD + da componenti semplici. [3] L'insieme specifico di reazioni differisce tra gli organismi, ma una caratteristica comune è la generazione di acido chinolinico (QA) da un amminoacido: triptofano (Trp) negli animali e alcuni batteri, o acido aspartico (Asp) in alcuni batteri e piante. [27] [28] L'acido chinolinico viene convertito in mononucleotide di acido nicotinico (NaMN) mediante trasferimento di una frazione di fosforibosio. Una porzione di adenilato viene quindi trasferita per formare l'adenina dinucleotide dell'acido nicotinico (NaAD). Infine, la frazione di acido nicotinico in NaAD è amidata a una frazione di nicotinammide (Nam), formando nicotinammide adenina dinucleotide. [3]

In un ulteriore passaggio, una parte di NAD + viene convertita in NADP + da NAD + chinasi, che fosforila NAD +. [29] Nella maggior parte degli organismi, questo enzima utilizza l'ATP come fonte del gruppo fosfato, sebbene diversi batteri come Mycobacterium tuberculosis e un archeone ipertermofilo Pyrococcus horikoshii, utilizzare polifosfato inorganico come donatore di fosforile alternativo. [30] [31]

Percorsi di salvataggio Modifica

Nonostante la presenza del de novo percorso, le reazioni di salvataggio sono essenziali nell'uomo una mancanza di niacina nella dieta provoca la pellagra malattia da carenza di vitamina. [32] Questo elevato fabbisogno di NAD + deriva dal consumo costante del coenzima in reazioni come le modifiche post-traduzionali, poiché il ciclo di NAD + tra forme ossidate e ridotte nelle reazioni redox non modifica i livelli complessivi del coenzima. [3] La principale fonte di NAD+ nei mammiferi è la via di salvataggio che ricicla la nicotinammide prodotta dagli enzimi che utilizzano NAD+. [33] Il primo passo e l'enzima limitante della velocità nella via di salvataggio è la nicotinammide fosforibosiltransferasi (NAMPT), che produce nicotinammide mononucleotide (NMN). [33] NMN è il precursore immediato di NAD+ nella via di salvataggio. [34]

Oltre ad assemblare NAD + de novo da semplici precursori di amminoacidi, le cellule recuperano anche composti preformati contenenti una base piridinica. I tre precursori vitaminici utilizzati in queste vie metaboliche di salvataggio sono l'acido nicotinico (NA), la nicotinamide (Nam) e la nicotinammide riboside (NR). [3] Questi composti possono essere assorbiti dalla dieta e sono chiamati vitamina B3 o niacina. Tuttavia, questi composti vengono prodotti anche all'interno delle cellule e per digestione del NAD+ cellulare. Alcuni degli enzimi coinvolti in queste vie di salvataggio sembrano essere concentrati nel nucleo cellulare, il che può compensare l'alto livello di reazioni che consumano NAD + in questo organello. [35] Ci sono alcuni rapporti secondo cui le cellule di mammifero possono assorbire NAD + extracellulare dall'ambiente circostante, [36] e sia la nicotinamide che il riboside di nicotinammide possono essere assorbiti dall'intestino. [37]

Le vie di recupero utilizzate nei microrganismi differiscono da quelle dei mammiferi. [38] Alcuni agenti patogeni, come il lievito Candida glabrata e il batterio Haemophilus influenzae sono NAD + auxotrofi - non possono sintetizzare NAD + - ma possiedono vie di salvataggio e quindi dipendono da fonti esterne di NAD + o dai suoi precursori. [39] [40] Ancora più sorprendente è il patogeno intracellulare Chlamydia trachomatis, che manca di candidati riconoscibili per qualsiasi gene coinvolto nella biosintesi o nel salvataggio sia di NAD + che di NADP + e deve acquisire questi coenzimi dal suo ospite. [41]

La nicotinammide adenina dinucleotide ha diversi ruoli essenziali nel metabolismo. Agisce come coenzima nelle reazioni redox, come donatore di porzioni di ADP-ribosio nelle reazioni di ADP-ribosilazione, come precursore della molecola del secondo messaggero ciclico ADP-ribosio, oltre ad agire come substrato per le DNA ligasi batteriche e un gruppo di enzimi chiamati sirtuine che utilizzano NAD + per rimuovere i gruppi acetilici dalle proteine. Oltre a queste funzioni metaboliche, il NAD+ emerge come un nucleotide adenina che può essere rilasciato spontaneamente dalle cellule e mediante meccanismi regolati, [43] [44] e può quindi avere importanti ruoli extracellulari. [44]

Legame dell'ossidoreduttasi di NAD Edit

Il ruolo principale di NAD + nel metabolismo è il trasferimento di elettroni da una molecola all'altra. Reazioni di questo tipo sono catalizzate da un ampio gruppo di enzimi chiamati ossidoriduttasi. I nomi corretti per questi enzimi contengono i nomi di entrambi i loro substrati: per esempio NADH-ubichinone ossidoreduttasi catalizza l'ossidazione di NADH da parte del coenzima Q. [45] Tuttavia, questi enzimi sono anche indicati come deidrogenasi o reduttasi, con la NADH-ubichinone ossidoreduttasi comunemente chiamata NADH deidrogenasi o qualche volta coenzima Q reduttasi. [46]

Esistono molte diverse superfamiglie di enzimi che legano NAD + / NADH. Una delle superfamiglie più comuni include un motivo strutturale noto come piega di Rossmann. [47] [48] Il motivo prende il nome da Michael Rossmann che è stato il primo scienziato a notare quanto sia comune questa struttura all'interno delle proteine ​​che legano i nucleotidi. [49]

Un esempio di un enzima batterico che lega il NAD coinvolto nel metabolismo degli amminoacidi che non ha la piega di Rossmann si trova in Pseudomonas syringae pv. pomodoro ( PDB: 2CWH ​ InterPro: IPR003767). [50]

Quando è legato nel sito attivo di un'ossidoreduttasi, l'anello nicotinammide del coenzima è posizionato in modo che possa accettare un idruro dall'altro substrato. A seconda dell'enzima, il donatore di idruro è posizionato "sopra" o "sotto" il piano del carbonio C4 planare, come definito in figura. Le ossidoriduttasi di classe A trasferiscono l'atomo dall'alto, gli enzimi di classe B lo trasferiscono dal basso. Poiché il carbonio C4 che accetta l'idrogeno è prochirale, questo può essere sfruttato nella cinetica enzimatica per fornire informazioni sul meccanismo dell'enzima. Questo viene fatto mescolando un enzima con un substrato che ha atomi di deuterio sostituiti agli idrogeni, quindi l'enzima ridurrà il NAD + trasferendo deuterio anziché idrogeno. In questo caso, un enzima può produrre uno dei due stereoisomeri di NADH. [51]

Nonostante la somiglianza nel modo in cui le proteine ​​legano i due coenzimi, gli enzimi mostrano quasi sempre un alto livello di specificità per NAD+ o NADP+. [52] Questa specificità riflette i ruoli metabolici distinti dei rispettivi coenzimi ed è il risultato di insiemi distinti di residui di amminoacidi nei due tipi di tasca legante il coenzima. Ad esempio, nel sito attivo degli enzimi NADP-dipendenti, si forma un legame ionico tra una catena laterale di un amminoacido basico e il gruppo fosfato acido di NADP+. Al contrario, negli enzimi NAD-dipendenti la carica in questa tasca è invertita, impedendo il legame di NADP+. Tuttavia, ci sono alcune eccezioni a questa regola generale e enzimi come l'aldoso reduttasi, la glucosio-6-fosfato deidrogenasi e la metilenetetraidrofolato reduttasi possono utilizzare entrambi i coenzimi in alcune specie. [53]

Ruolo nel metabolismo redox Modifica

Le reazioni redox catalizzate dalle ossidoriduttasi sono vitali in tutte le parti del metabolismo, ma una funzione particolarmente importante di queste reazioni è quella di consentire ai nutrienti di sbloccare l'energia immagazzinata nel doppio legame relativamente debole dell'ossigeno. [54] Qui, i composti ridotti come il glucosio e gli acidi grassi vengono ossidati, rilasciando così l'energia chimica di O2. In questo processo, NAD + viene ridotto a NADH, come parte della beta ossidazione, della glicolisi e del ciclo dell'acido citrico. Negli eucarioti gli elettroni trasportati dal NADH prodotto nel citoplasma vengono trasferiti nel mitocondrio (per ridurre il NAD+ mitocondriale) da navette mitocondriali, come la navetta malato-aspartato. [55] Il NADH mitocondriale viene quindi ossidato a sua volta dalla catena di trasporto degli elettroni, che pompa i protoni attraverso una membrana e genera ATP attraverso la fosforilazione ossidativa. [56] Questi sistemi a navetta hanno anche la stessa funzione di trasporto nei cloroplasti. [57]

Poiché entrambe le forme ossidate e ridotte di nicotinammide adenina dinucleotide sono utilizzate in questi insiemi di reazioni collegate, la cellula mantiene concentrazioni significative sia di NAD + che di NADH, con l'elevato rapporto NAD + /NADH che consente a questo coenzima di agire sia come ossidante che come un agente riducente. [58] Al contrario, la funzione principale del NADPH è quella di agente riducente nell'anabolismo, con questo coenzima coinvolto in percorsi come la sintesi degli acidi grassi e la fotosintesi. Poiché il NADPH è necessario per guidare le reazioni redox come forte agente riducente, il rapporto NADP + /NADPH è mantenuto molto basso. [58]

Sebbene sia importante nel catabolismo, il NADH viene utilizzato anche nelle reazioni anaboliche, come la gluconeogenesi. [59] Questa necessità di NADH nell'anabolismo pone un problema ai procarioti che crescono su nutrienti che rilasciano solo una piccola quantità di energia. Ad esempio, batteri nitrificanti come Nitrobatteri ossidare il nitrito in nitrato, che rilascia energia sufficiente per pompare protoni e generare ATP, ma non abbastanza per produrre direttamente NADH. [60] Poiché l'NADH è ancora necessario per le reazioni anaboliche, questi batteri utilizzano una nitrito ossidoreduttasi per produrre una forza protonica sufficiente per far funzionare parte della catena di trasporto degli elettroni al contrario, generando NADH. [61]

Ruoli non redox Modifica

Il coenzima NAD + viene consumato anche nelle reazioni di trasferimento di ADP-ribosio. Ad esempio, enzimi chiamati ADP-ribosiltransferasi aggiungono la frazione ADP-ribosio di questa molecola alle proteine, in una modifica post-traduzionale chiamata ADP-ribosilazione. [62] L'ADP-ribosilazione comporta l'aggiunta di una singola frazione di ADP-ribosio, in mono-ADP-ribosilazione, o il trasferimento di ADP-ribosio a proteine ​​in lunghe catene ramificate, che è chiamato poli(ADP-ribosil)azione. [63] La mono-ADP-ribosilazione è stata identificata per la prima volta come il meccanismo di un gruppo di tossine batteriche, in particolare la tossina del colera, ma è anche coinvolta nella normale segnalazione cellulare. [64] [65] La poli(ADP-ribosil)azione viene effettuata dalle poli(ADP-ribosio) polimerasi. [63] [66] La struttura poli(ADP-ribosio) è coinvolta nella regolazione di diversi eventi cellulari ed è più importante nel nucleo cellulare, in processi come la riparazione del DNA e il mantenimento dei telomeri. [66] Oltre a queste funzioni all'interno della cellula, è stato recentemente scoperto un gruppo di ADP-ribosiltransferasi extracellulari, ma le loro funzioni rimangono oscure. [67] NAD + può anche essere aggiunto all'RNA cellulare come modifica 5'-terminale. [68]

Un'altra funzione di questo coenzima nella segnalazione cellulare è quella di precursore dell'ADP-ribosio ciclico, che è prodotto dal NAD+ dalle ADP-ribosil ciclasi, come parte di un secondo sistema di messaggeri. [69] Questa molecola agisce nella segnalazione del calcio rilasciando calcio dai depositi intracellulari. [70] Lo fa legandosi e aprendo una classe di canali del calcio chiamati recettori rianodinici, che si trovano nelle membrane degli organelli, come il reticolo endoplasmatico. [71]

Il NAD+ viene consumato anche dalle sirtuine, che sono deacetilasi NAD-dipendenti, come Sir2. [72] Questi enzimi agiscono trasferendo un gruppo acetile dalla loro proteina substrato alla frazione ADP-ribosio di NAD + questo scinde il coenzima e rilascia nicotinammide e O-acetil-ADP-ribosio. Le sirtuine sembrano essere coinvolte principalmente nella regolazione della trascrizione attraverso la deacetilazione degli istoni e l'alterazione della struttura dei nucleosomi. [73] Tuttavia, anche le proteine ​​non istoniche possono essere deacetilate dalle sirtuine. Queste attività delle sirtuine sono particolarmente interessanti per la loro importanza nella regolazione dell'invecchiamento. [74]

Altri enzimi NAD-dipendenti includono DNA ligasi batteriche, che uniscono due estremità del DNA utilizzando NAD + come substrato per donare una porzione di adenosina monofosfato (AMP) al fosfato 5' di un'estremità del DNA. Questo intermedio viene quindi attaccato dal gruppo idrossile 3' dell'altra estremità del DNA, formando un nuovo legame fosfodiestere. [75] Ciò contrasta con le DNA ligasi eucariotiche, che utilizzano l'ATP per formare l'intermedio DNA-AMP. [76]

Li et al. hanno scoperto che NAD + regola direttamente le interazioni proteina-proteina. [77] Mostrano anche che una delle cause del declino legato all'età nella riparazione del DNA può essere l'aumento del legame della proteina DBC1 (Deleted in Breast Cancer 1) a PARP1 (poli[ADP-ribosio] polimerasi 1) come livelli di NAD + declino durante l'invecchiamento. [77] Pertanto, la modulazione di NAD + può proteggere da cancro, radiazioni e invecchiamento. [77]

Azioni extracellulari di NAD + Modifica

Negli ultimi anni, NAD + è stato riconosciuto anche come molecola di segnalazione extracellulare coinvolta nella comunicazione cellula-cellula. [44] [78] [79] NAD + viene rilasciato dai neuroni nei vasi sanguigni, [43] vescica urinaria, [43] [80] intestino crasso, [81] [82] dalle cellule neurosecretorie, [83] e dal cervello sinaptosomi, [84] e si propone di essere un nuovo neurotrasmettitore che trasmette informazioni dai nervi alle cellule effettrici negli organi muscolari lisci. [81] [82] Nelle piante, il nicotinammide adenina dinucleotide extracellulare induce resistenza all'infezione da agenti patogeni ed è stato identificato il primo recettore NAD extracellulare. [85] Sono necessari ulteriori studi per determinare i meccanismi alla base delle sue azioni extracellulari e la loro importanza per la salute umana e i processi vitali in altri organismi.

Gli enzimi che producono e utilizzano NAD+ e NADH sono importanti sia in farmacologia che nella ricerca sui futuri trattamenti per le malattie. [86] La progettazione e lo sviluppo di farmaci sfruttano il NAD+ in tre modi: come bersaglio diretto dei farmaci, progettando inibitori o attivatori enzimatici basati sulla sua struttura che modificano l'attività degli enzimi NAD-dipendenti e cercando di inibire la biosintesi di NAD+ . [87]

Poiché le cellule tumorali utilizzano un aumento della glicolisi e poiché il NAD migliora la glicolisi, la nicotinammide fosforibosiltransferasi (via di salvataggio del NAD) è spesso amplificata nelle cellule tumorali. [88] [89]

È stato studiato per il suo potenziale utilizzo nella terapia di malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson. [3] Uno studio clinico controllato con placebo sull'NADH (che escludeva i precursori dell'NADH) nelle persone con Parkinson non ha mostrato alcun effetto. [90]

Il NAD+ è anche un bersaglio diretto del farmaco isoniazide, utilizzato nel trattamento della tubercolosi, un'infezione causata da Mycobacterium tuberculosis. L'isoniazide è un profarmaco e, una volta entrato nei batteri, viene attivato da un enzima perossidasi, che ossida il composto in una forma di radicale libero. [91] Questo radicale reagisce quindi con NADH, per produrre addotti che sono inibitori molto potenti degli enzimi enoil-acil carrier protein reduttasi, [92] e diidrofolato reduttasi. [93]

Poiché un gran numero di ossidoriduttasi utilizza NAD + e NADH come substrati e li legano utilizzando un motivo strutturale altamente conservato, è sorprendente l'idea che gli inibitori basati su NAD + possano essere specifici per un enzima. [94] Tuttavia, ciò può essere possibile: ad esempio, gli inibitori basati sui composti acido micofenolico e tiazofurina inibiscono l'IMP deidrogenasi nel sito di legame NAD +. A causa dell'importanza di questo enzima nel metabolismo delle purine, questi composti possono essere utili come farmaci antitumorali, antivirali o immunosoppressivi. [94] [95] Altri farmaci non sono inibitori enzimatici, ma attivano invece enzimi coinvolti nel metabolismo del NAD+. Le sirtuine sono un bersaglio particolarmente interessante per tali farmaci, poiché l'attivazione di queste deacetilasi NAD-dipendenti estende la durata della vita in alcuni modelli animali. [96] Composti come il resveratrolo aumentano l'attività di questi enzimi, il che può essere importante nella loro capacità di ritardare l'invecchiamento sia negli organismi modello vertebrati, [97] che in quelli invertebrati. [98] [99] In un esperimento, i topi trattati con NAD per una settimana avevano migliorato la comunicazione nucleare-mitocrondriale. [100]

A causa delle differenze nelle vie metaboliche della biosintesi di NAD + tra organismi, come tra batteri e umani, quest'area del metabolismo è un'area promettente per lo sviluppo di nuovi antibiotici. [101] [102] Ad esempio, l'enzima nicotinamidasi, che converte la nicotinammide in acido nicotinico, è un bersaglio per la progettazione di farmaci, poiché questo enzima è assente negli esseri umani ma presente nei lieviti e nei batteri. [38]

In batteriologia, il NAD, a volte indicato come fattore V, viene utilizzato come supplemento ai terreni di coltura per alcuni batteri esigenti. [103]

Il coenzima NAD+ fu scoperto per la prima volta dai biochimici britannici Arthur Harden e William John Young nel 1906. [104] Essi notarono che l'aggiunta di estratto di lievito bollito e filtrato accelerava notevolmente la fermentazione alcolica negli estratti di lievito non bolliti. Hanno chiamato il fattore non identificato responsabile di questo effetto a cofermento. Attraverso una lunga e difficile purificazione da estratti di lievito, questo fattore termostabile è stato identificato da Hans von Euler-Chelpin come fosfato di zucchero nucleotidico. [105] Nel 1936, lo scienziato tedesco Otto Heinrich Warburg mostrò la funzione del coenzima nucleotidico nel trasferimento dell'idruro e identificò la porzione di nicotinammide come sede delle reazioni redox. [106]

I precursori vitaminici del NAD + furono identificati per la prima volta nel 1938, quando Conrad Elvehjem dimostrò che il fegato ha un'attività "anti-lingua nera" sotto forma di nicotinamide. [107] Poi, nel 1939, fornì la prima forte prova che la niacina è usata per sintetizzare NAD+. [108] All'inizio degli anni '40, Arthur Kornberg fu il primo a rilevare un enzima nella via biosintetica. [109] Nel 1949, i biochimici americani Morris Friedkin e Albert L. Lehninger hanno dimostrato che il NADH collegava le vie metaboliche come il ciclo dell'acido citrico con la sintesi di ATP nella fosforilazione ossidativa. [110] Nel 1958, Jack Preiss e Philip Handler scoprirono gli intermedi e gli enzimi coinvolti nella biosintesi di NAD + [111] [112] la sintesi di salvataggio dall'acido nicotinico è chiamata via di Preiss-Handler. Nel 2004, Charles Brenner e collaboratori hanno scoperto il percorso della nicotinammide riboside chinasi verso NAD+. [113]

I ruoli non redox di NAD(P) sono stati scoperti in seguito. [2] Il primo ad essere identificato è stato l'uso di NAD+ come donatore di ADP-ribosio nelle reazioni di ADP-ribosilazione, osservato nei primi anni '60. [114] Studi negli anni '80 e '90 hanno rivelato le attività dei metaboliti NAD+ e NADP+ nella segnalazione cellulare, come l'azione dell'ADP-ribosio ciclico, scoperto nel 1987. [115]

Il metabolismo del NAD + è rimasto un'area di intensa ricerca nel 21° secolo, con un interesse accresciuto dopo la scoperta delle deacetilasi proteiche NAD + -dipendenti chiamate sirtuine nel 2000, da parte di Shin-ichiro Imai e collaboratori nel laboratorio di Leonard P. Guarente . [116] Nel 2009 Imai ha proposto l'ipotesi "NAD World" secondo cui i regolatori chiave dell'invecchiamento e della longevità nei mammiferi sono la sirtuina 1 e l'enzima di sintesi primario NAD + nicotinamide fosforibosiltransferasi (NAMPT). [117] Nel 2016 Imai ha ampliato la sua ipotesi a "NAD World 2.0" che postula che il NAMPT extracellulare dal tessuto adiposo mantenga il NAD + nell'ipotalamo (il centro di controllo) in combinazione con le miochine delle cellule muscolari scheletriche. [118]


Fermentazione e rigenerazione di NAD+

Qualsiasi discussione incentrata sulla fermentazione dovrebbe soffermarsi sulla fermentazione del piruvato. Tuttavia, alcuni dei principi fondamentali della fermentazione sono visibili in molti esempi nelle attività quotidiane. Non importa quanto piccola sia una molecola la fermentazione e la rigenerazione di NAD+ è possibile.

Il ruolo della fermentazione

L'ossidazione di piccoli composti organici avviene attraverso microrganismi che trae la loro energia dal mantenimento e dalla crescita cellulare. Un esempio è l'ossidazione del glucosio attraverso glicosi.

Alcuni passaggi essenziali necessari per la fermentazione del glucosio comportano la riduzione di un elettrone NAD+ a NADH. Durante la glicosi, le cellule genereranno grandi quantità di NADH e esauriranno tutta la fornitura di NAD+. Affinché la glicosi continui, la cellula deve trovare un modo per rigenerare il NAD+ attraverso la sintesi o il riciclaggio.

Se non ci sono altre opzioni o processi da eseguire, nessuno può dire cosa potrebbe fare la cella. Possiamo provare a rimettere gli elettroni che sono stati precedentemente privati ​​del glucosio nel prodotto a valle o in uno dei suoi derivati. La fermentazione è quando cerchiamo di ripristinare i pool di agenti ossidanti (l'elettrone rimosso in precedenza).

Un esempio di fermentazione: acido lattico

Questo è un esempio quotidiano in cui la riduzione del composto a lattato da parte dell'acido lattico avviene attraverso la fermentazione.

Questa reazione è ciò che accade ai tuoi muscoli durante gli esercizi. Durante l'esercizio, i muscoli richiedono grandi quantità di adenosina trifosfato (ATP) per svolgere l'attività selezionata. Una volta che l'ATP scende, le fibre muscolari non reggeranno il passo con la crescente domanda di respirazione perché i livelli di ossigeno stanno diventando limitati e la nicotinammide adenina dinucleotide (NADH) si accumula. Le cellule devono eliminare l'eccesso e rigenerare NAD+, quindi il piruvato assumerà il ruolo di accettore di elettroni e inizierà a generare lattato e ad ossidare NADH a NAD+. La maggior parte dei batteri utilizzerà questo percorso per completare il ciclo NADH/NAD+. Questo è esattamente ciò che accade nello yogurt.

Da dove viene l'energia nella fermentazione?

Gli agenti reagenti, in questo caso, sono il protone, il NADH e il piruvato. I prodotti sono NAD+ e lattato. L'intero processo di fermentazione dà piruvato ridotto formando acido lattico l'ossidazione di NADH per formare NAD+. Gli elettroni del NADH e del protone si combinano per ridurre il piruvato in lattato. Se esaminiamo questa reazione, vedremo che in condizioni normali, il trasferimento di elettroni dal NADH al piruvato per formare il lattato è una reazione esogena e quindi un esito termodinamico. Le fasi di riduzione e di ossidazione del processo fermentativo sono legate e catalizzate dall'enzima lattato deidrogenasi.

La natura ha diversi percorsi di fermentazione

La natura come la conosciamo si è evoluta per completare il ciclo NADH/NAD+. È importante comprendere i concetti generali di fermentazione. Generalmente le cellule cercano di mantenere un equilibrio o un rapporto costante tra NADH e NAD+ quando il rapporto diventa instabile le cellule cercano di compensare modulando le proprie attività cellulari. L'unico requisito che rende possibile la fermentazione è l'uso di un piccolo composto (organico) come accettore di elettroni per NADH e rigenera in NAD+. Maggiori informazioni sulle fonti naturali di NAD+.


Fermentazione senza fosforilazione a livello del substrato

La fermentazione è il processo di estrazione di energia dall'ossidazione di composti organici come i carboidrati.

Obiettivi formativi

Fornire esempi di vari tipi di fermentazione: omolattica, eterolattica e alcolica

Punti chiave

Punti chiave

  • La fermentazione senza fosforilazione a livello di substrato utilizza un accettore di elettroni endogeno, che di solito è un composto organico.
  • La fermentazione è importante in condizioni anaerobiche quando non c'è fosforilazione ossidativa per mantenere la produzione di ATP (adenosina trifosfato) per glicolisi.
  • Durante la fermentazione, il piruvato viene metabolizzato in vari composti come acido lattico, etanolo e anidride carbonica o altri acidi.

Parole chiave

  • fermentazione: Una qualsiasi delle molte reazioni biochimiche anaerobiche in cui un enzima (o più enzimi prodotti da un microrganismo) catalizza la conversione di una sostanza in un'altra, in particolare la conversione (usando il lievito) degli zuccheri in alcol o acido acetico con sviluppo di anidride carbonica.
  • substrato: una superficie su cui cresce un organismo o alla quale è attaccato
  • fosforilazione ossidativa: La fosforilazione ossidativa (o OXPHOS in breve) è una via metabolica che utilizza l'energia rilasciata dall'ossidazione dei nutrienti per produrre adenosina trifosfato (ATP).
  • accettore di elettroni: Un accettore di elettroni è un'entità chimica che accetta gli elettroni trasferitigli da un altro composto. È un agente ossidante che, in virtù dei suoi elettroni di accettazione, viene esso stesso ridotto nel processo.

Acido piruvico: L'acido piruvico può essere ottenuto dal glucosio attraverso la glicolisi, riconvertito in carboidrati (come il glucosio) attraverso la gluconeogenesi o in acidi grassi attraverso l'acetil-CoA. Può anche essere usato per costruire l'aminoacido alanina ed essere convertito in etanolo. L'acido piruvico fornisce energia alle cellule viventi attraverso il ciclo dell'acido citrico (noto anche come ciclo di Krebs) quando è presente l'ossigeno (respirazione aerobica), e in alternativa fermenta per produrre acido lattico quando manca l'ossigeno (fermentazione).

La fermentazione è il processo di estrazione di energia dall'ossidazione di composti organici, come i carboidrati, utilizzando un accettore di elettroni endogeno, che di solito è un composto organico. Al contrario, la respirazione è dove gli elettroni vengono donati a un accettore di elettroni esogeno, come l'ossigeno, attraverso una catena di trasporto degli elettroni. La fermentazione è importante in condizioni anaerobiche quando non c'è fosforilazione ossidativa per mantenere la produzione di ATP (adenosina trifosfato) per glicolisi.

Durante la fermentazione, il piruvato viene metabolizzato in vari composti. La fermentazione omolattica è la produzione di acido lattico dal piruvato, la fermentazione alcolica è la conversione del piruvato in etanolo e anidride carbonica e la fermentazione eterolattica è la produzione di acido lattico e altri acidi e alcoli. La fermentazione non deve necessariamente essere effettuata in un ambiente anaerobico. Ad esempio, anche in presenza di abbondante ossigeno, le cellule di lievito preferiscono di gran lunga la fermentazione alla fosforilazione ossidativa, purché gli zuccheri siano prontamente disponibili per il consumo (fenomeno noto come effetto Crabtree). L'attività antibiotica del Luppolo inibisce anche il metabolismo aerobico del Lievito.

Gli zuccheri sono il substrato più comune della fermentazione e tipici esempi di prodotti di fermentazione sono l'etanolo, l'acido lattico, il lattosio e l'idrogeno. Tuttavia, per fermentazione possono essere prodotti composti più esotici, come l'acido butirrico e l'acetone. Il lievito svolge la fermentazione nella produzione di etanolo in birre, vini e altre bevande alcoliche, insieme alla produzione di grandi quantità di anidride carbonica. La fermentazione si verifica nei muscoli dei mammiferi durante i periodi di esercizio intenso in cui l'apporto di ossigeno diventa limitato, con conseguente creazione di acido lattico.


Prima metà della glicolisi (fasi che richiedono energia)

Figura 2. La prima metà della glicolisi utilizza due molecole di ATP nella fosforilazione del glucosio, che viene quindi suddivisa in due molecole a tre atomi di carbonio.

Fase 1. La prima fase della glicolisi è catalizzata dall'esochinasi, un enzima con ampia specificità che catalizza la fosforilazione degli zuccheri a sei atomi di carbonio. L'esochinasi fosforila il glucosio usando l'ATP come fonte del fosfato, producendo glucosio-6-fosfato, una forma più reattiva di glucosio. Questa reazione impedisce alla molecola di glucosio fosforilata di continuare a interagire con le proteine ​​GLUT e non può più lasciare la cellula perché il fosfato caricato negativamente non le consentirà di attraversare l'interno idrofobo della membrana plasmatica.

Passaggio 2. Nella seconda fase della glicolisi, un'isomerasi converte il glucosio-6-fosfato in uno dei suoi isomeri, il fruttosio-6-fosfato. Un isomerasi è un enzima che catalizza la conversione di una molecola in uno dei suoi isomeri. Questo passaggio da fosfoglucosio a fosfofruttosio consente l'eventuale scissione dello zucchero in due molecole a tre atomi di carbonio.

Passaggio 3. Il terzo passaggio è la fosforilazione del fruttosio-6-fosfato, catalizzata dall'enzima fosfofruttochinasi. Una seconda molecola di ATP dona un fosfato ad alta energia al fruttosio-6-fosfato, producendo fruttosio-1,6-bisfosfato. In questa via, la fosfofruttochinasi è un enzima che limita la velocità. È attivo quando la concentrazione di ADP è alta, è meno attivo quando i livelli di ADP sono bassi e la concentrazione di ATP è alta. Pertanto, se nel sistema è presente “sufficient” ATP, il percorso rallenta. Questo è un tipo di inibizione del prodotto finale, poiché l'ATP è il prodotto finale del catabolismo del glucosio.

Passaggio 4. I fosfati ad alta energia appena aggiunti destabilizzano ulteriormente il fruttosio-1,6-bisfosfato. La quarta fase della glicolisi impiega un enzima, l'aldolasi, per scindere l'1,6-bisfosfato in due isomeri a tre atomi di carbonio: diidrossiacetone-fosfato e gliceraldeide-3-fosfato.

Passaggio 5. Nel quinto passaggio, un'isomerasi trasforma il diidrossiacetone-fosfato nel suo isomero, gliceraldeide-3-fosfato. Pertanto, il percorso continuerà con due molecole di un singolo isomero. A questo punto del percorso, c'è un investimento netto di energia da due molecole di ATP nella scomposizione di una molecola di glucosio.


Quanto ATP viene prodotto da ciascun NADH che entra nella catena di trasporto degli elettroni?

è NADH 2,5 o 3 ATP? Per far passare gli elettroni da NADH all'ultimo accettore di ossigeno, un totale di 10 protoni vengono trasportati dalla matrice alla membrana intermitocondriale. 4 protoni via complesso 1,4 via complesso 3 e 2 tramite il complesso 4. Quindi per NADH&m trattino 10/4=2.5 ATP è prodotto in realtà. Allo stesso modo per 1 FADH2, 6 protoni vengono spostati quindi 6/4= 1.5 ATP è prodotto.

Di conseguenza, quanto ATP può essere prodotto da ciascun NADH durante il processo di trasporto degli elettroni?

Trasporto di elettroni inizia con diverse molecole di NADH e FADH2 dal ciclo di Krebs e trasferisce la propria energia in as molti come 34 in più ATP molecole. Tutto sommato, quindi, fino a 38 molecole di L'ATP può essere prodotto da una sola molecola di glucosio nel processi della respirazione aerobica.

Respirazione cellulare produce 36 totale ATP per molecola di glucosio in tre fasi. La rottura dei legami tra i carboni nella molecola di glucosio rilascia energia. Ci sono anche elettroni ad alta energia catturati sotto forma di 2 NADH (portatori di elettroni) che verranno utilizzati successivamente nella catena di trasporto degli elettroni.


Riepilogo – NAD+ vs NADH vs NADPH

NAD + NADH e NADPH sono coenzimi che partecipano alle reazioni biologiche. Sono derivati ​​della vitamina B3 o della niacina. Partecipano alle reazioni redox. In sintesi della differenza tra NAD + NADH e NADPH, il NAD + è nella forma ossidata di NADH mentre NADH è la forma ridotta di NAD +. Il NADPH, d'altra parte, consiste in un gruppo fosfato aggiuntivo rispetto al NADH e si genera attraverso la via del pentoso fosfato. Inoltre, NAD + e NADH partecipano a reazioni cataboliche mentre NADPH coinvolge reazioni anaboliche. Inoltre, NAD + è un agente ossidante mentre NADH e NADPH sono agenti riducenti.

Riferimento:

1. Ying, W. "NAD / NADH e NADP / NADPH in funzioni cellulari e morte cellulare: regolazione e conseguenze biologiche". Rapporti attuali di neurologia e neuroscienza., Biblioteca nazionale di medicina degli Stati Uniti, febbraio 2008. Disponibile qui

Cortesia dell'immagine:

1.”NAD+ Ossidazione e riduzione”Di JacobShalk – Opera propria, (CC BY-SA 4.0) attraverso Commons Wikimedia
2.”NADH phys”By NEUROtiker – Opera propria, (dominio pubblico) tramite Commons Wikimedia
3.”NADPH”Di Tagm2A su Wikipedia in francese – Opera propria (dominio pubblico) tramite Commons Wikimedia


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