Come le cellule traggono energia dal cibo: produzione di ATP

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1 Come le cellule traggono energia dal cibo: produzione di ATP

2 L energia è contenuta nei legami chimici delle molecole nutritive; la cellula estrae questa energia e la conserva nell ATP: respirazione cellulare C 6 H 12 O O 2 6 C O H 2 O + energia (ATP)

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5 le cellule trasferiscono energia attraverso il trasferimento di gruppi fosfato un altro modo per trasferire l energia è attraverso il trasferimento di elettroni reazioni di ossidazione: perdita di elettroni (trasferimento di elettroni) reazioni di riduzione: acquisto di elettroni reazioni redox gli elettroni non vengono allontanati facilmente dai composti cui appartengono, è più facile rimuovere un atomo intero che generalmente nelle reazioni redox biologiche è un atomo di idrogeno: H + + e -

6 trasportatori attivati ATP Nicotinamide adenina dinucleotide: NAD + (ossidazioni) Nicotinamide adenina dinucleotide fosfato: NADP + (riduzioni) Flavina adenina dinucleotide: FAD

7 demolizione macromolecole in subunità più semplici (es. polisaccaridi in glucosio) Glicolisi Ciclo di Krebs o ciclo dell acido citrico Fosforilazione ossidativa respirazione cellulare

8 Membrana mitocondriale esterna Membrana mitocondriale interna (creste) Spazio intermembrana Matrice mitocondriale m.m.e.: porina

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11 demolizione macromolecole in subunità più semplici (es. polisaccaridi in glucosio) Glicolisi Ciclo di Krebs o ciclo dell acido citrico Fosforilazione ossidativa respirazione cellulare

12 Glicolisi glucosio acido piruvico

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14 Anaerobiosi acido lattico fermentazioni etanolo

15 CH 3 C O COOH matrice mitocondriale acido piruvico complesso della piruvato deidrogenasi: decarbossilazione del piruvato acetil coenzima A

16 l acetil-coa è un altro trasportatore attivato in quanto il legame tioestere con l acetato è ad alta energia

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18 matrice mitocondriale: ciclo di Krebs o ciclo dell acido citrico ogni ciclo catalizza l ossidazione dei due atomi di C dell acetil-coa convertendoli in due molecole di CO 2 l energia viene recuperata nei trasportatori attivati

19 Flavina adenina dinucleotide: FAD

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21 un modo per trasferire l energia è attraverso il movimento di elettroni: reazioni redox

22 I gradienti elettrochimici sono forme di immagazzinamento di energia

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24 come viene utilizzata l energia contenuta negli elettroni per generare il gradiente di protoni a cavallo della mmi?

25 sulla membrana mitocondriale interna i trasportatori si organizzano in una catena di trasporto degli elettroni

26 complesso della NADH deidrogenasi ogni complesso: - capta elettroni - è una pompa protonica complesso del citocromo b-c1 complesso della citocromo ossidasi

27 ogni complesso capta elettroni grazie alla presenza di atomi di metallo fissati alle proteine centri ferro-zolfo nel complesso della NADH deidrogenasi citocromi nel complesso del citocromo b-c 1 e nel complesso della citocromo ossidasi atomi di ferro trasportano elettroni alternandosi tra Fe 2+ (ridotto) ed Fe 3+ (ossidato)

28 il passaggio di elettroni da un trasportatore all altro è mediato da: ubichinone citocromo c

29 basso potenziale redox: bassa affinità per gli elettroni alto potenziale redox: alta affinità per gli elettroni la tendenza al trasferimento di elettroni di una coppia redox è detta potenziale redox

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31 si genera un ripido gradiente protonico a cavallo della mmi I gradienti elettrochimici sono forme di immagazzinamento di energia

32 ATP sintasi o F 0 -F 1 ATPasi

33 fosforilazione ossidativa: consumo di O 2 ed aggiunta di un gruppo fosfato all ADP per dare ATP accoppiamento chemiosmotico: il flusso di elettroni lungo la catena respiratoria è accoppiato alla sintesi di ATP attraverso il gradiente protonico

34 ½ O 2 + 2H + + 2e - H 2 O O 2 + 4H + + 4e - 2 H 2 O

35 agenti disaccoppianti: 2,4-dinitrofenolo (DNP), disaccoppiano l ossidazione del NADH dalla produzione di ATP il disaccoppiamento della fosforilazione dal flusso di elettroni può essere anche utilizzato fisiologicamente per produrre calore (es. neonati o animali che vanno in ibernazione). Le cellule del tessuto adiposo bruno producono una proteina, la termogenina, che funziona da agente disaccoppiante in modo che l energia del gradiente protonico è convertita in calore

36 C 6 H 12 O O 2 6 C O H 2 O + energia (ATP)

37 i batteri aerobi fanno fosforilazione ossidativa?

38 Localizzazione cellulare dei percorsi energetici negli eucarioti e nei procarioti aerobi eucarioti citosol: glicolisi, fermentazione matrice mitocondriale: ciclo di Krebs membrana mitocondriale interna: fosforilazione ossidativa procarioti aerobi citosol: glicolisi, fermentazione, ciclo di Krebs membrana plasmatica: fosforilazione ossidativa

39 Teoria endosimbiontica prove a favore della teoria DNA circolare mitocondriale doppia membrana meccanismo di divisione dei mitocondri (scissione)