Electron bifurcation come meccanismo di conservazione dell'energia biologica

L'electron bifurcation è un processo metabolico che fu scoperto nel 1975 da Peter Mitchell. Attraverso i suoi studi, relativi al Q-cycle, realizzò che equivalenti riducenti, prodotti dall'ossidazione del chinolo, vengono immessi in due distinte catene redox dirette ai lati opposti della membrana mitocondriale, riuscendo a massimizzare l'efficienza della conversione dell'energia biologica. Questo processo metabolico è possibile grazie all'accoppiamento di reazioni esoergoniche ed endoergoniche di ossidazione e riduzione, attraverso le quali è possibile aggirare le barriere termodinamiche e minimizzare la perdita di energia libera. L'electron bifurcation viene riconosciuta come il terzo meccanismo esistente di conservazione dell'energia biologica, insieme alla glicolisi e la via dei pentoso fosfati. Queste tre vie sono accomunate poiché, attraverso processi di conservazione energetica, riescono a convertire il potenziale elettrochimico in energia di legame chimico, permettendo il trasferimento esoergonico di elettroni da un potenziale elettrochimico minore a uno maggiore. Grazie all'electron bifurcation è possibile rendere spontanee delle reazioni che sono termodinamicamente sfavorite accoppiandole. Una reazione A-->B, avente &#916;G>0, dunque non spontanea, viene accoppiata ad un'altra reazione A-->C, reazione che, al contrario, è spontanea poiché ha un livello di energia libera &#916;G<0. Si ottiene così una terza reazione 2A-->B+C, la quale è al netto esoergonica, con un livello di energia libera &#916;G<0. La termodinamica del trasferimento elettronico è dettata dalla relativa differenza di potenziale dei componenti della redox. All'electron bifurcation a base chinonica si aggiunge quella, scoperta più recentemente, a base flavinica (FBEB). Wolfang Buckel e Rolf Thauer furono i primi che nel 2008 analizzarono la FBEB, attraverso i loro studi, dimostrarono che alcuni microrganismi anaerobici sono in grado di sfruttarla per generare un basso potenziale energetico. Recentemente, è stata descritta l'electron bifurcation per flavoproteine di trasferimento elettronico (ETFs), queste hanno la struttura di eterodimeri contenenti coenzimi flavinici, noti per essere in grado di mediare il trasferimento di elettroni derivati da acidi grassi e aminoacidi ad accettori a potenziale più positivo. Attraverso analisi strutturali è stato possibile identificare 5 differenti gruppi di ETFs sulla base delle relative sequenze amminoacidiche. Le differenze nelle sequenze indicano probabilmente i diversi motivi funzionali delle EFTs, dunque il sito catalitico delle reazioni di trasferimento elettronico. Alcuni gruppi, omogenei in termini di sequenze caratterizzanti, sono in grado di affettuare l'elettron bifurcation e altri no. L'electron bifurcation è di primaria importanza per la conversione di energia libera; gli enzimi che impiegano FBEB sono soggetti a studi sull'evoluzione dei processi dell'inizio della vita sulla Terra, tra cui la respirazione aerobica, il controllo del flusso di elettroni nel metabolismo e la comprensione delle reazioni di trasferimento di elettroni accoppiate nel sistema biologico. È possibile affermare che i futuri studi relativi alle caratteristiche unificanti dei meccanismi dell'electron bifurcation porranno le basi per una nuova chimica.