03/03/19 L energia della vita

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1 METABOLISMO E BIOENERGIA FARMACIA L energia della vita L energia della vita 2 1

2 L energia della vita 3 L energia negli ecosistemi - Fotoautotrofi: 6CO 2 + 6H 2 O + luce = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 - eterotrofi-autotrofi: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 +6 H 2 O + ATP (ENERGIA CELLULARE) - Decompositori: Batteri e funghi sono i principali agenti responsabili della decomposizione della materia organica (degradazione delle sostanze organiche contenute nella struttura di piante e di animali morti e derivanti dalle attività metaboliche degli organismi viventi) L energia della vita 4 2

3 RESPIRAZIONE CELLULARE La respirazione cellulare è un processo ossidativo aerobico che permette di ricavare molecole energetiche come ATP a partire da carboidrati, lipidi o altri metaboliti. Quando l accettore finale di elettroni è l ossigeno si ottengono H2O e CO2 come prodotti finali e la respirazione è detta AEROBICA, in assenza di ossigeno ANAEROBICA. L energia della vita 5 RESPIRAZIONE CELLULARE L energia della vita 6 3

4 L energia della vita 7 NADH: nicotinammide adenina dinucleotide L energia della vita 8 4

5 Fermentazione lattica L energia della vita 9 Fermentazione alcolica L energia della vita 10 5

6 L energia della vita 11 Metabolismo: insieme delle trasformazioni chimiche che avvengono in un organismo Metabolismo: catabolismo (scissione macromolecole) + anabolismo (sintesi macromolecole) Queste sono trasformazioni chimiche ed ENERGETICHE Metabolismo 12 6

7 Il lavoro biologico necessita di energia Metabolismo 13 DEFINIZIONE DI ENERGIA L'energia è la capacità di un sistema o di un corpo di compiere un determinato lavoro. L unità di misura dell energia nel sistema internazionale è il Joule (J)/kJ. Si può utilizzare anche la caloria, in quanto come unità di misura del potere calorico degli alimenti si è scelta la kcaloria (kilocaloria), la quantità di calore necessaria per elevare da 14,5 a 15,5 C un litro d'acqua. 1 kcal = 4,186 kjoule Metabolismo 14 7

8 Termodinamica: studio dell energia e delle sue trasformazioni I sistemi biologici sono sistemi aperti BIOENERGETICA Studio delle variazioni di energia che accompagnano le reazioni biochimiche Termodinamica 15 Energia chimica: energia potenziale contenuta nei legami chimici (degli alimenti) Termodinamica 16 8

9 Energia chimica: energia potenziale contenuta nei legami chimici (degli alimenti) Termodinamica 18 9

10 COME CONCILIARE L ORDINE DELLE CELLULE CON LA II LEGGE DELLA TERMODINAMICA? COME PREVEDERE SE UNA REAZIONE PUO AVVENIRE SPONTANEAMENTE? ENERGIA LIBERA Virus microtubulo polline felce fiore Termodinamica 19 H = G + TS H= entalpia o energia totale G= energia libera o quantità di energia necessaria per produrre un lavoro S= entropia o energia inutilizzabile T= temperatura assoluta in Kelvin (K) 20 10

11 (ENERGIA POTENZIALE TOTALE DEL SISTEMA) Termodinamica 21 VARIAZIONI DI ENERGIA LIBERA E METABOLISMO Metabolismo e bioenergia 22 11

12 VARIAZIONI DI ENERGIA LIBERA E METABOLISMO Metabolismo e bioenergia 23 LIBERAZIONE NETTA DI ENERGIA LIBERA processo ESOERGONICO ASSORBIMENTO DI ENERGIA LIBERA DALL AMBIENTE processo ENDOERGONICO 12

13 COME AVVENGONO REAZIONI NON SPONTANEE NELLE CELLULE? ACCOPPIAMENTO ENERGETICO: USO DI UN PROCESSO ESOERGONICO PER FORNIRE ENERGIA AD UN PROCESSO ENDOERGONICO ATP = PRINCIPALE MEDIATORE DEGLI ACCOPPIAMENTI ENERGETICI Termodinamica 25 13

14 Termodinamica 27 14

15 ATP E ADP ATP E ADP 15

16 Termodinamica 31 FADH 2 : flavina adenina dinucleotide Termodinamica 32 16

17 LEGGI TERMODINAMICA ED ENERGIA LIBERA INDICANO COSA PUO O NON PUO AVVENIRE MA NON INDICANO LA VELOCITA ENZIMI: CATALIZZATORI BIOLOGICI- ACCELERANO LE REAZIONI METABOLICHE Enzimi 34 17

18 Enzimi 35 Enzimi 36 18

19 Gli enzimi hanno un alta specificità di substrato e di reazione catalizzata Enzimi 37 Enzimi 38 19

20 Enzimi 39 Enzimi 40 20

21 Enzimi 41 Controllo di una via metabolica Enzimi 42 21

22 ENZIMA ALLOSTERICO ENZIMI CATABOLISMO: ATP (-) E AMP (+) Enzimi 43 Enzimi 44 22

23 Metabolismo e bioenergia 45 Enzimi 46 23

24 LEGAME COOPERATIVO (Emoglobina) Enzimi 47 Enzimi 48 24