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1 Prof. Maria Nicola GADALETA Facoltà di Scienze Biotecnologiche Corso di Laurea in Biotecnologie Sanitarie e Farmaceutiche Biochimica e Biotecnologie Biochimiche DISPENSA N. 20 Cenni sul metabolismo

2 Il metabolismo è l insieme dei processi attraverso i quali i viventi ricavano e utilizzano energia libera (G) per svolgere le loro numerose funzioni. Questi processi,quasi tutti a più tappe,prendono il nome di vie metaboliche. G definisce l energia che può compiere lavoro a T e P costanti,condizioni tipiche della cellula.

3 Le vie metaboliche sono una serie di reazioni enzimatiche in cui il prodotto della prima reazione costituisce il substrato della reazione successiva fino a dare uno specifico prodotto.

4 MAPPA METABOLICA L insieme del metabolismo, vie cataboliche o degradative, vie anaboliche o sintetiche e vie anfiboliche come il ciclo degli acidi tricarbossilici viene rappresentato nella mappa metabolica. M.N. Gadaleta

5 Caratteristiche delle vie metaboliche La specificità degli enzimi,che catalizzano le singole reazioni, garantisce l efficienza delle reazioni metaboliche impedendo la formazione di prodotti inutili o tossici. Il flusso degli intermedi lungo una via metabolica in stato stazionario è più o meno costante: questo significa che la velocità di sintesi e di demolizione di ogni intermedio ne mantiene la concentrazione a un livello costante. La maggior parte degli enzimi che operano in una via metabolica operano in condizioni vicine all equilibrio e quindi le velocità nette di reazione da essi catalizzate variano in funzione delle concentrazioni dei loro substrati. M.N. Gadaleta

6 Tuttavia, la condizione di stato lontano dall equilibrio è termodinamicamente efficiente perchè solo un processo in non equilibrio e, quindi, con G 0 è in grado di compiere lavoro utile. In ogni via metabolica ci sono una o più reazioni che funzionano in condizioni lontane dall equilibrio e possiedono una elevata variazione negativa di energia libera (tappe limitanti la velocità della via metabolica). Una reazione fortemente esoergonica rende irreversibile l intera via metabolica: generalmente le vie metaboliche sono irreversibili Enzimi regolatori catalizzano reazioni lontane dall equilibrio e sono collocati in posizione strategica per regolare il flusso dei metaboliti in una via metabolica. Ogni via metabolica ha una tappa fortemente esoergonica, irreversibile, regolata, che decide se la via metabolica stessa deve continuare: questa tappa è la committed step M.N. Gadaleta

7 Compartimentazione metabolica da: Voet & Voet M.N. Gadaleta

8 prevalgono i processi ossidativi prevalgono i processi riduttivi ATP: trasportatore di gruppi fosforici NAD +, NADP +, FAD: trasportatori solubili di e - M.N. Gadaleta

9 Possibili destini dell acetato M.N. Gadaleta

10 ATP = trasportatore di gruppi fosforici = moneta di scambio energetico della cellula

11 ATP =adenosintrifosfato I legami fosfoanidridici liberano una quantità di energia all incirca doppia rispetto a quella liberata dai legami fosfoesterei. (Vedi tab. 13.6) da: Voet & Voet Scissione ortofosforica dell ATP ( G 0-30,5 kj/mole) Scissione pirofosforica dell ATP M.N. Gadaleta

12 M.N. Gadaleta

13 M.N. Gadaleta

14 Individuo maschio di 70 Kg che svolge lavoro sedentario Necessità 2800 Kcal giornaliere KJ 2800 Kcal/7.3 Kcal mole -1 = 384 moli ATP 190 Kg ATP KJ/30.5 KJ/mole ~ 384 (PM = ~ 500) Durante il riposo il consumo è di ~ 40 Kg di ATP/24h Durante un grande sforzo la velocità di utilizzazione dell ATP può arrivare anche a 0.5 Kg/min. In una cellula in condizioni normali, 1 molecola di ATP viene consumata circa 1 min. dopo la sua formazione.

15 da: Berg et al. (V ed.) : metabolismo aerobico finché c è ossigeno, dopodiché metabolismo anaerobico.

16 Perché l ATP è la moneta di scambio energetico della cellula?

17 Legami a bassa e ad alta energia. Legami altamente energetici: legami con G > di 25 KJ/mole M.N. Gadaleta

18 Potenziale di trasferimento del gruppo fosforico M.N. Gadaleta

19 M.N. Gadaleta

20 I valori di Glucosio- M.N. Gadaleta

21 Reazioni con scissione ortofosforica dell ATP M.N. Gadaleta

22 Scissione pirofosforica dell ATP ATP +H 2 O AMP +PP i G 0 = KJ/mole Scissione pirofosforica dell ATP PPi +H 2 O 2P i G 0 = KJ/mole pirofosfatasi (enzima ubiquitario) Somma: ATP +2H 2 O AMP +2P i G 0 = KJ/mole M.N. Gadaleta

23 Vantaggio della scissione pirofosforica dell ATP La scissione pirofosforica dell ATP,in termini energetici, corrisponde alla scissione ortofosforica di 2 molecole di ATP. Qual è allora il vantaggio della scissione pirofosforica? La scissione pirofosforica dell ATP, in genere, si accompagna a reazioni che sono all inizio di una via metabolica importante. Perchè?

24 Perchè, grazie all intervento della pirofosfatasi,un enzima ubiquitario, presente in tutti i tessuti, 1)la scissione pirofosforica dell ATP rende irreversibile la reazione, e 2) nel caso di una reazione posta all inizio di una via metabolica, dà la spinta direzionale alla via metabolica. La scissione pirofosforica dell ATP, in genere, si accompagna a reazioni che sono all inizio di una via metabolica importante come: a) reazione di attivazione di un acido grasso (per la degradazione degli acidi grassi), b) reazione di attivazione degli amminoacidi nella sintesi proteica. La ritroviamo però anche nel ciclo dell urea

25 M.N. Gadaleta

26 I nucleotidi adenilici sono interconvertibili grazie a due enzimi: 1) 2) o miochinasi Questi enzimi catalizzano reazioni all equilibrio. La loro direzione nella cellula sarà governata in ogni momento dalla legge dell azione di massa. M.N. Gadaleta

27 Nucleoside difosfato chinasi M.N. Gadaleta

28 M.N. Gadaleta

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