L-lattato deidrogenasi

Sappiamo tutto sulla sua cinetica al “tempo 0”, ma non sappiamo ancora chi è il nostro attore. Eecovi serviti 😉

L’enzima L-lattato deidrogenasi catalizza l’ossidazione del lattato a piruvato. Perchè questa reazione avvenga una molecola di NAD+ viene contemporaneamente ridotta a NADH :

Reazione catalizzata dalla L-lattato deidrogenasi

Reazione catalizzata dalla L-lattato deidrogenasi

NAD+ e NADH presentano un segnale di assorbimento nel visibile sufficientemente diverso una dall’altra per poter essere distinte. Se vogliamo osservare la lattato deidrogenasi in azione potremmo misurare le variazioni di assorbimento proprio in quella regione del visibile e seguire nel tempo l’attività dell’enzima. E’ proprio quello che abbiamo fatto nella esercitazione di ieri (protocollo esercitazione).

Perché è interessante studiare la reazione catalizzata dalla L-lattato deidrogenasi? E perchè è importante conoscere le caratteristiche e la regolazione di questo enzima? Normalmente le cellule del nostro organismo ossidano completamente le molecole di glucosio per ottenere energia. La completa ossidazione del glucosio a CO2 e acqua passa per due step: prima la glicolisi e poi la respirazione. Quando la respirazione è bloccata, diventano prevalenti i meccanismi alternativi alla respirazione che ossidano il NADH a NAD+ e producono lattato. Diverse condizioni fisiologiche (come ad esempio una corsa) ma anche patologiche portano a questa situazione appena descritta. Quando la situazione torna normale e la respirazione riprende a funzionare in modo efficiente il lattato viene di nuovo ossidato a piruvato e il NAD+ riridotto a NADH.

Come potete immaginare studiare l’attività di questo enzima ci consente di capire molto riguardo alle condizioni fisiologiche e patologiche che citavo prima. Ad esempio se una sostanza bloccasse l’attività della L-lattato deidrogenasi che effetti immaginereste avrebbe sull’organismo? Intanto oggi pomeriggio ci cimenteremo proprio con un inibitore della L-lattato deidrogenasi.. vediamo un po’ cosa succederà..

orario laboratori

avviso ai naviganti:

seconda giornata di laboratorio giovedì 10 alle ore 14e30 aule D ed E II piano

venite muniti di calcolatrici e righelli

continuate a consultare questo blog

a domani

NAD+/NADH una reazione redox molto comune nella cellula

Durante la prossima esercitazione osserveremo un enzima all’opera in tempo reale. All’attività di questo enzima è associato un cambiamento dello stato di ossidazione del NAD. Questa reazione è estremamente comune nella cellula dove il NAD è la principale moneta di scambio di equivalenti ossido-redox

reazione di ossidazione-riduzione del NAD

Esattamente come avete fatto voi nella scorsa esercitazione, anche noi abbiamo registrato uno spettro di una molecola negli stati ossidato e ridotto. Questa volta si trattava dello spettro di assorbimento del NAD ossidato e ridotto

spettro di assorbimento uv-visibile delle forme ossidata e ridotta del NAD

In rosso è rappresentato il NADH (forma ridotta) mentre in blu il NAD+ (forma ossidata)

Ci sono regioni dello spettro in cui NAD+ e NADH danno segnali molto diversi? Ci sono regioni invece dove il segnale è molto simile per le due forme?

Dopo aver osservato lo spettro provate a progettare con me il prossimo esperimento rispondendo alle domande che seguono :

FMN qualche risposta

Per capire come mai la nostra molecola di interesse, che assorbe luce visibile fra il viola e il ciano, risulta GIALLA dobbiamo tornare a guardare insieme il diagramma dei livelli energetici

Come vedete chiaramente dal video (o almeno speriamo che sia chiaro) ogni molecola si trova per lo più nel suo stato energetico basale. In risposta alla luce assorbe energia luminosa e passa a uno dei vari stati eccitati permessi. In tempi molto rapidi tutti gli stati eccitati decadono allo stato eccitato con livello vibrorotazionale meno energetico senza emissione di luce. Solo in tempi più lunghi le molecole tornano al loro livello energetico basale con emissione di energia luminosa. Se confrontiamo la quantità di energia assorbita con quella emessa vedremo che quella emessa è minore, proprio perché una parte è stata dispersa sotto forma di calore quando la molecola è decaduta allo stato eccitato con energia vibrorotazionale minore a partire dai vari stati vibrorotazioanali in cui si trovava. Quindi nel nostro caso l’energia assorbita ha lunghezze d’onda che vediamo viola-ciano. La radiazione luminosa emessa ha energia minore, e quindi lunghezza d’onda maggiore e la vediamo gialla.

Le molecole sono caratterizzate da Livelli Energetici dovuti alla rotazione globale delle molecole stesse, alle vibrazioni relative degli atomi ed ai cambi nella configurazione elettronica. Infatti l’energia globale di un sistema molecolare non muta solo in funzione delle transizioni elettroniche da un orbitale all’altro (come nel caso degli atomi), ma anche a seguito di modifiche negli stati vibrazionali e rotazionali della molecola.

Analizzando uno spettro molecolare si possono ottenere informazioni riguardanti l’energia e le distanze di legame della molecola e quindi anche la sua forma.

Le novità qui non mancano mai

Si aggiunge una nuova esperienza didattica al portale di Biochimica: la spettrofotometria. Spero che a questo punto non ci sarà troppo disordine con le esperienza ed il materiale che vanno accumulandosi .. per cui navigate navigat navigate e aiutatemi con tanti commenti a rendere più fruibile e vivace il materiale che già c’è 🙂

FMN

Ieri in laboratorio abbiamo misurato lo spettro di assorbimento di una soluzione colorata di giallo contenente FMN e acqua. Questo è lo spettro che hanno misurato le vostre esercitatrici, vi sembra simile a quello che avete registrato voi? Dando una prima occhiata ai vostri fogli di carta millimetrata direi proprio di si ! Bravi!

spettro visibile FMN

spettro visibile FMN. In viola la forma ossidata in rosso la forma ridotta

La soluzione che tenevamo tranquillamente all’aria (quindi quella ossidata) era gialla. Che colore vi aspettavate che assorbisse? Osservate l’immagine riportata qui di seguito e scoprirete che la nostra soluzione assorbiva lunghezze d’onda che il nostro occhio vede come colori distinti che chiamiamo viola ciano e verde.

Spettro della luce visibile

Spettro della luce visibile

Qualcuno saprebbe dirmi perchè la soluzione che vedevamo ad occhio nudo era gialla? Potete provare a rispondere commentando questo post 🙂

Alla scoperta della luce e di come interagisce con la materia

Benvenuti alla prima esercitazione di Biochimica I per Biotecnologie II anno. Curiosando un po’ qua e là per il blog, avrete modo di vedere che questo è uno scrigno di esperienze fatte con vari gruppi di studenti di biochimica negli ultimi due anni.. spero che troverete cose interessanti e che siate pronti ad aggiungere anche la vostra esperienza!

In questo primo post iniziamo a pensare insieme ad alcune interazioni luce materia che possiamo facilmente rilevare, a come sia possibile misurarle e in quali applicazioni sperimentali sia possibile sfruttare questa capacità

Quando la luce attraversa un oggetto può continuare il suo corso rimanendo invariata oppure ritrovarsi con una parte di energia in più o in meno in seguito all’interazione con la materia che ha attraversato. L’interazione fra luce e materia è ben descritta dal diagramma dei livelli energetici riportato qui di seguito

diagramma dell'energia potenziale in funzione della distanza interatomica per il livello energetico elettronico

diagramma dell’energia potenziale in funzione della distanza interatomica per il livello energetico elettronico

se la radiazione che attraversa l’oggetto contiene un pacchettino di energia uguale all’energia necessaria a fare uno dei possibili salti fra un livello e l’altro, questo evento con ogni probabilità avverrà. Quel pacchettino di energia verrà assorbito e pertanto la radiazione uscente sarà la stessa tranne quel pacchetto. L’elettrone che ha fatto un salto energetico si troverà ora in una condizione instabile, cioè l’energia del sistema non sarà sufficiente a farlo rimanere lì e pertanto tornerà ad un livello energetico coerente con la quantità di energia disponibile, emettendo un pacchetto di energia corrispondete al nuovo salto energetico.

Quando queste transizioni coinvolgono pacchetti di energia che corrispondono a lunghezze d’onda comprese fra i 350 nm e gli 800 nm noi possiamo vedere gli effetti con i nostri occhi. E possiamo anche misurarli con uno spettrofotometro con lampade di luce visibile.

Vi viene in mente qualche fenomeno biologico in cui queste interazioni con la luce sono particolarmente importanti?

Beh ad esempio le piante sono piene di molecole la cui funzione è proprio quella di raccogliere l’energia luminosa e trasformarla in energia chimica tramite un processo chiamato fotosintesi. I nostri occhi sono dotati di molecole che raccolgono la luce e trasmettono le informazioni che questa contiene al cervello sotto forma di segnali elettrici.

Cliccando sul link riportato qui sotto potrete aprire e salvare un breve riassunto di cosa c’è da sapere sulla spettrofotometria, preparata per voi dagli esercitatori qualche anno fa

appunti sulla spettrofotometria uv-visibile e le sue principali applicazioni

Risultati dell’esame

I risultati dell’esame sono on line.

Appuntamento Giovedi 5 luglio alle ore 11:30  aula B piano terra per la correzione

risultati dell’esame scritto del 25 giugno

Il Professor Giacometti ha corretto i vostri esami. I risultati verranno pubblicati molto verosimilmente domani sera.

Fisseremo a breve anche una data per la correzione del compito che si svolgerà come segue:

  • presentazione della corretta risoluzione dei quesiti e degli esercizi e spiegazione
  • presentazione e spiegazione degli errori più frequenti che avete fatto

Troverete gli ulteriori aggiornamenti sempre su questo sito

é nato prima l’uovo o la gallina?

fotosintesi e respirazione… chi è comparso per primo?

E’ largamente accettato che l’atmosfera terrestre quando è comparsa la vita sulla terra avesse concentrazioni di ossigeno molto basse, largamente inferiori all’1% dell’attuale concentrazione (Holland, 1994). Queste concentrazioni non sarebbero di certo sufficienti a far avvenire la respirazione cellulare. Questo argomento infatti ha supportato per lungo tempo l’ipotesi che la fotosintesi fosse comparsa per prima e che fossero stati necessari diverse migliaia di anni prima che si accumulasse ossigeno a sufficienza e comparisse il metabolismo ossidativo.

Tuttavia una reinterpetazione dei dati geologici, incluso lo studio di fossili trovati al di sotto di profondi strati di sedimenti  e lo studio dello stato di ossidazione del ferro trovato all’interno di rocce dell’Archeano, ha riaperto la questione riguardo alla concentrazione di ossigeno nell’atmosfera primordiale, portando alla proposta che concentrazioni pari all’1-2% della concentrazione attuale di ossigeno fossero comuni (Towe ,1990, 1994, 1996; Ohmoto 1996, 1997). E’ inoltre verosimile che la presenza di venti idrotermali sottomarini rendesse disponibili molecole inorganiche ridotte quali H2S, H2, CO e NH4. Tutto questo avrebbe potuto sostenere varie forme di respirazione aerobica ed anaerobica.

In ogni caso, qualsiasi forma di respirazione richiede, come abbiamo visto insieme in classe, la presenza di una membrana ben formata e quella di una valvola in grado di sfruttare l’energia (proprio come l’ATP sintasi). E’ pertanto più che verosimile che all’inizio esistessero delle forme di fermentazione e che solo in un secondo momento siano comparsi fotosintesi e respirazione. Chi per primo?

Il ritrovamento di fossili datati 3500 milioni di anni fa che sembravano attestare la presenza di antichi cianobatteri, ha supportato l’ipotesi che delle forme primitive di fotosintesi fossero comparse per prime (Cavalier-Smith, 2001). Tuttavia questi fossili sono stati più recentemente interpretati come artefatti generatisi da grafite amorfa, riportando così la questione “fotosintesi o respirazione” al punto di partenza (Brasier et al., 2002).

Studi di filogenesi molecolare dei complessi responsabili per la fotosintesi e la respirazione sembrerebbero supportare l’ipotesi che la respirazione sia più antica (Castresana, 2001). In particolare la fotosintesi non ossigenica, che necessita di un solo fotosistema, sembra essere comparsa più volte nella storia evolutiva e sembra anche che in molti casi sia stata persa, mentre la comparsa della fotosintesi ossigenica che usa due fotosistemi in sequenza sembra essere comparsa molto tardi e dopo la respirazione.

riassumendo:

  • per primi sarebbero arrivati glicolisi e fermentazione
  • rimane forse da stabilire quale fosse la concentrazione di ossigeno nell’atmosfera terrestre prima dell’evoluzione della fotosintesi ossigenica
  • la presenza di fossili, la cui interpretazione non ha ancora messo d’accordo il mondo scientifico, potrebbe contribuire a supportare l’ipotesi che la fotosintesi, in una forma molto semplice, sia emersa per prima
  • studi di filogenesi molecolare supportano al momento l’ipotesi che la respirazione sia comparsa prima della fotosintesi, o almeno prima della fotosintesi ossigenica

fonte principale di quanto riportato: “The Purple Phototrophic Bacteria” By C. Neil Hunter, Fevzi Daldal, Marion C. Thurnauer

spero che ci siano tanti fra quelli che leggono che vorranno contribuire a correggere quanto ho scritto qualora ravvisassero errori e soprattutto che vorranno contribuire a ravvivare questo dibattito ancora aperto 🙂