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TodosLogos - Blog di Tecnologia Scienza Curiosità

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Medicina - Molecole disaccoppianti



E' questa una categoria di molecole in grado di "disaccoppiare" i processi connessi alla catena respiratoria (con particolare riferimento alla creazione del gradiente protonico) dalla fosforilazione ossidativa (processo attraverso il quale si produce ATP a partire da ADP e fosfato inorganico).
Per catena respiratoria (siglata ETS) si indicano tutti i processi che avvengono grazie a complessi (I, II, III, e IV) situati sulla membrana mitocondriale interna, i quali accoppiano le reazioni redox (il cui scopo finale è il trasferimento di elettroni dal NADH all'ossigeno molecolare, con produzione di acqua) alla creazione di un gradiente protonico, ovvero il passaggio di protoni dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana. L'energia immagazzinata sottoforma di gradiente protonico è convertita in energia chimica grazie al processo della fosforilazione ossidativa: i protoni altamente concentrati nello spazio intermembrana possono diffondere nella matrice mitocondriale passando attraverso un complesso multiproteico, il complesso FoF1, il quale letteralmente gira su se stesso; durante tale rotazione, vengono a crearsi le condizioni per la sintesi di ATP a partire da ADP e fosfato inorganico.

Le molecole disaccoppianti sostanzialmente sostituiscono l'azione del complesso FoF1, sottraendo ad esso i protoni necessari per la sua rotazione, di modo che la sintesi di ATP è annullata. Prima di analizzarne le caratteristiche, esaminiamo la formula chimica delle seguenti molecole:
Formule chimiche delle più comuni molecole disaccoppianti

Come è possibile dedurre dalla formula chimica, queste sostanze sono tutte liposolubili, e pertanto possono liberamente passare attraverso il bilayer lipidico che costituisce la membrana mitocondriale interna. Inoltre sono sostanze altamente reattive, presenti all'equilibrio tra forma protonata e non-protonata (nelle formule chimica, in corsivo è stato evidenziato il protone cedibile dalla molecola).
Ecco dunque il loro meccanismo d'azione. Quando una molecola disaccoppiante viene a trovarsi nello spazio intermembrana del mitocondrio, a causa dell'alta concentrazione di protoni, esaa viene a protonarsi; quindi, essendo una molecola liposolubile, passa attraverso la membrana mitocondriale interna, entrando nella matrice mitocondriale, ove cede il protone (ovvero si deprotona: ciò è possibile perché nella matrice la concentrazione di protoni è molto minore). Quindi in forma deprotonata migra nuovamente all'esterno, e ricomincia il ciclo. Il risultato è lo spostamento netto di protoni nella matrice mitocondriale: questi protoni vengono sottratti al complesso FoF1, che così non potrà sintetizzare ATP.
A cià va aggiunta anche la considerazione che notevoli quantità di molecole disaccoppianti determinano un rapido consumo del gradiente elettronico. Questa informazione è erroneamente interpretata dal mitocondrio come se fosse il complesso FoF1 a richiedere ulteriore gradiente, e così la velocità della catena respiratoria aumenta (si dice che passa dallo stato IV allo stato III). Così tutte le riserve energetiche ottenute dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs vengono consumate "inutilmente", perché non fanno altro che fornire materiale per l'azione delle molecole disaccoppianti.

Storicamente il DNP è stato usato come una potente sostanza dimagrante. Le prime sperimentazioni che hanno sfruttato questa molecola hanno ottenuto effettivamente risultati notevoli (perdite fino a 50kg in poche settimane), ma i contro sono stati altrettanto notevoli: l'energia che non viene sfruttata per la produzione di ATP viene infatti utilizzata per l'aumento della temperatura corporea (e difatti gli individui che assumevano DNP soffrivano di febbri altissime). Aumento della temperatura corporea incontrollato, perché incontrollata è l'azione di queste sostanza che possono provocare la morte.

Ancora altri disaccoppianti sono l'ammoniaca che oscilla previa protonazione con lo ione ammonio, e gli acidi grassi alfa-metilati.
E' infine presente la UCP (uncoupling protein), in particolare nel tessuto adiposo bruno. Anch'essa funge da disaccoppiante volontario, perché favorendo l'ingresso dei protoni nella matrice mitocondriale determina produzione di calore, indispensabile per gli animali ibernanti.

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