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1 Maggio 2012
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di Miriam Gaudio
IL METABOLISMO ENERGETICO
– definizione » insieme delle reazioni chimiche usate dalle cellule per sintetizzare ATP
– si divide in tre processi » glicolisi
» respirazione cellulare
» fermentazione
– processo catabolico » ricava energia dalle sostanze nutrienti
– processo anabolico » produce biomolecole energetiche
– eterotrofi» organismi che ricavano energia dalle sostanze che ingeriscono
» sono eterotrofi gli animali, i funghi e i protisti
» utilizzano delle reazioni cataboliche
– autotrofi» organismi che sintetizzano le molecole utilizzando una fonte di energia esterna
» sono autotrofi le piante e i vegetali
» utilizzano delle reazioni anaboliche
» foto autotrofi » autotrofi che ricavano energia dalla luce solare
– fotosintesi clorofilliana » processo metabolico che utilizza l’energia luminosa per convertire in carboidrati e ossigeno l’acqua e il diossido di carbonio
– via metabolica » sequenza di tutte le reazioni che costituiscono il processo metabolico
» tutte le reazioni sono catalizzate (= permesse) da uno specifico enzima
» gli enzimi determinano la velocità con cui avvengono le reazioni
» sono organizzate per compartimenti nelle cellule eucariotiche
– reazione di ossidoriduzione/redox » riduzione » acquisto di elettroni
» ossidazione» perdita di elettroni
» è una reazione accoppiata e biochimica
» esoergoniche
» endoergoniche
– reazioni esoergoniche » reazioni spontanee che non necessitano l’implicamento energia per
l’innescamento della reazione
» i reagenti devono essere più energetici dei prodotti
» produzione di energia sotto forma di ATP
– reazioni endoergoniche » reazioni non spontanee che necessitano dell’implicazione
dell’energia affinché la reazione avvenga
» i reagenti devono essere meno energetici dei prodotti
» consumo di energia sotto forma di ATP
– esistono delle reazioni sia esoergoniche che endoergoniche che necessitano un iniziale consumo di energia per l’innescamento della reazione, ma alla fine di essa c’è una produzione di ATP, di solito maggiore a quella consumata
– reazioni accoppiate » reazioni che avvengono insieme (ci deve essere accettore/donatore)
– reazione biochimica » reazioni in cui c’è uno spostamento di atomi di idrogeno
» implica uno spostamento di elettroni perché un atomo di idrogeno
E’ costituito da un protone + un elettrone
– agente ossidante » reagente che si riduce in una reazione redox
– agente riducente » reagente che si ossida in una reazione redox
COENZIMI
– coenzima» enzima che collabora con altri enzimi
– NAD ( nictinamide adenin dinucleotide) » trasporta elettroni nelle cellule
» catalizza così le reazioni redox
» NAD+ » forma ossidata
» NADH+H+ » forma ridotta
– FAD (flavin adenin dinucleotide) » trasferisce elettroni nel metabolismo del glucosio
» fornisce l’energia di attivazione delle reazioni
GLICOLISI
– è un processo in cui il glucosio viene parzialmente ossidato e scisso in due molecole di piruvato ( 1 glucosio = 2 piruvato)
– è un processo catabolico
– è una reazione sia esoergonica che endoergonica (consumo di 2 ATP + produzione di 4 ATP)
– non c’è consumo di ossigeno
– avviene nel citoplasma delle cellule
- consumo di ATP » l’ATP trasferisce un gruppo fosfato e diventa ADP
» l’energia liberata rompe il glucosio
- produzione di 4 ATP + 2 NADH
- prodotto finale » 2 ATP
» 2 molecole di piruvato
RESPIRAZIONE CELLULARE
– è l’ossidazione del piruvato a due molecole di diossido di carbonio e la riduzione dell’ossigeno a molecole d’acqua
– avviene solo in presenza di ossigeno per le cellule eterotrofe
– è un processo molto anabolico
– avviene nei mitocondri (200 per cellula) » matrice » prime reazioni della respirazione
» creste » ultima fase della reazione
– fasi della respirazione cellulare
1. produzione di acetato
» le proteine di trasporto fanno entrare nel mitocondrio il piruvato
» il piruvato viene ossidato e trasformato in gruppo acetile (molecola con 2 carbonio)
» il gruppo acetile viene unito dal coenzima A (coA)
» produzione di un NADH ed eliminazione di un CO2 per ogni piruvato
2. ciclo di krebs
» 8 tappe che avvengono nella matrice mitocondriale
» prima tappa = gruppo acetile + acido ossalacetico = citrato (6 atomi di carbonio)
» produzione di 3 NADH+H+ / FADH2 / 1ATP per ogni gruppo acetile
» alla fine del ciclo si produce nuovo ossalacetato per iniziarne uno nuovo
» per ogni glucosio ci sono due cicli di krebs perché ci sono due atomi di piruvato
3. fosforil’azione ossidativa
» ossidazione del NADH e del FADH2 che cedono elettroni all’ossigeno
» ossigeno si riduce » produzione di H2O
» catena respiratoria » catena di passaggio degli elettroni
» gli elettroni del NADH/ FADH2 passano attraverso proteine di trasporto della
membrana mitocondriale interna
» gli elettroni rilasciano ad ogni passaggio la propria energia
» l’energia viene utilizzata per prelevare i protoni presenti nella matrice e trasportarli
nello spazio intramembrana dalle proteine di trasporto
» gli elettroni alla fine della catena arrivano all’ossigeno, al quale si legano formando
molecole d’acqua
» la matrice mitocondriale è più negativa dello spazio intramembrana, dove c’è più
concentrazione di protoni
» forza protomotrice » tendenza a spingere i protoni verso la matrice a causa della
Differenza di carica e concentrazione dei protoni
» ATP sintetasi » enzima proteina che permette ai protoni di entrare nella matrice
» trasforma la forza proto motrice in ATP
» chemiosmosi » insieme dei procedimenti che portano alla produzione di ATP
» l’ATP prodotto è nettamente maggiore che nei passaggi precedenti
» produzione di 28 ATP + 6 molecole d’acqua
– prodotto finale » C6H12O6 + 6O2 » 6CO2 + 6H2O + 32 ATP
» glucosio + 6 ossigeno = 6 carbonio + 6 acqua + 32 ATP
FERMENTAZIONE
– avviene nel citosol in assenza di ossigeno
– è un processo anabolico
– è l’ossidazione del NADH prodotto dalla glicolisi in NAD+
– si divide in » fermentazione lattica » produce acido lattico
» fermentazione alcolica » produce acido etilico
– lattica» avviene nelle cellule procariote o nelle cellule muscolari umane a causa
di un’attività fisica intensa o di uno sforzo prolungato in scarsità di ossigeno
» quando non arriva dal sangue abbastanza ossigeno avviene la reazione
» acido lattico inviato al fegato che lo converte in glucosio
» troppo acido lattico » si ionizza nella fibra muscolare » abbassamento del pH
» pH » quantità di protoni presenti in una sostanza
» abbassamento pH » riduzione dell’attività cellulare (+ crampi)
» produzione di formaggi e yogurt
– etilica» avviene in certi lieviti e in cellule vegetali
» produzione di acido etilico, NAD+, diossido di carbonio
» bevande alcoliche sono l’esito della fermentazione dello zucchero dell’uva (nel
caso del vino) e dell’orzo (nel caso della birra)
» fermentazione alcolica permette la lievitazione del pane
» fermentazione favorita dalla presenza del glutine (= proteina elastica)
