BIOENERGETICA. branca della biochimica che si occupa di trasferimento e utilizzazione di Energia

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1 BIOENERGETICA branca della biochimica che si occupa di trasferimento e utilizzazione di Energia Gli organismi viventi seguono le leggi della termodinamica

2 Il primo principio della termodinamica rappresenta una formulazione del principio di conservazione dell'energia e afferma che l'energia di un sistema termodinamico isolato non si crea né si distrugge, ma si trasforma, passando da una forma a un'altra È impossibile realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100% Come il secondo principio, a cui è strettamente legato, questo stabilisce l'impossibilità di raggiungere lo zero assoluto tramite un numero finito di trasformazioni termodinamiche.

3 Gli organismi viventi seguono le leggi della termodinamica Negli organismi viventi, infatti, è conservato prelevando Energia (nutrienti o luce solare) e restituendo Energia (calore ed entropia) G = H- T S Strutture ordinate S<0 Strutture disordinate S>0

4 Gli organismi viventi richiedono un continuo apporto di energia per favorire tre processi biologici: 1) produzione di lavoro meccanico durante la contrazione muscolare e i movimenti cellulari 2) il trasporto attivo di molecole e ioni 3) la sintesi di macromolecole e di altre biomolecole a partire da precursori più semplici Gli organismi fotosintetici o fototrofi I chemiotrofi, che comprendono gli animali, di combustibili carboniosi

5 G forza trainante la reazione G 0 = -RT lnkeq R=1,987 cal/mole K G 0 = -2,3RT logkeq

6 Principi generali alla base del flusso di energia negli organismi viventi Le sostanze nutrienti vengono degradate e le grandi macromolecole vengono costruite passo passo in una serie di reazioni dette vie metaboliche collegamento la via di rilascio di energia con la via di richiesta di energia Le vie metaboliche sono numerose ma molte hanno in comune un limitato numero di tipi di reazioni e intermedi Le vie metaboliche sono finemente regolate negative che si respingono. La repulsione diminuisce quando la molecola si idrolizza

7 vanno incontro a stabilizzazione per risonanza G kj/mole legano più molecole di acqua e vengono stabilizzati per idratazione

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9 I processi vitali che richiedono energia sono alimentati di molecole di ATP Il flusso di E coinvolge la molecola di ATP e la maggior parte di reazioni prevede il trasferimento di un gruppo Pi da ATP ad sostanza o da una molecola ad alto contenuto di E ad ADP per dare ATP, molecola che collega catabolismo ad anabolismo immagazzinando E da ossidazione dei nutrienti o luce solare e donandola per: sintesi di metaboliti, trasporto transmembrana movimento meccanico. ATP molecola più versatile perché presente in tutte le cellule a concentrazioni elevate e con enzimi utili per i vari processi. Gli enzimi che catalizzano il trasferimento di Pi si chiamano chinasi. Il 90% di ATP, ADP e Pi forma complessi con lo ione Mg 2+

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11 NH 2 H O +H 2 N C N N CH 3 CH 2 COOH P O- O-

12 ATP/ADP<1 NAD/NADH>1 NADP NADPH ATP/ADP>1 NAD/NADH<1

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14 E= hp

15 In tutti gli organismi viventi le sostanze vengono prodotte in una serie di reazioni biochimiche rigorosamente coordinate. Le energie libere di reazioni in successione sono additive termodinamica per alimentare quelli endoergonici. Le reazioni biochimiche accoppiate sono catalizzate da enzimi A E1 ADP ATP D E1 E2 E3 A B C D ADP ATP ADP ATP ADP ATP

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17 E = E 0 + RT nf ln [accettore di elettroni] [donatore di elettroni] R=8,315 J/mole K F=96,48 kj/v mole E = E 0 + 0,026 V n ln [accettore di elettroni] [donatore di elettroni]

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