I Lincei per una nuova didattica nella Scuola: una rete nazionale Polo di Brescia

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1 I Lincei per una nuova didattica nella Scuola: una rete nazionale Polo di Brescia Edizione Metabolismo: equilibrio e omeostasi dei processi cellulari Lezione: Le principali vie metaboliche, il metabolismo energetico e l omeostasi dei processi cellulari Docenti: Prof. Roberto Bresciani roberto.bresciani@unibs.it Dr.ssa Marta Manzoni marta.manzoni@unibs.it Pratica: L equilibrio metabolico visto da vicino

2 Il metabolismo è suddivisibile in catabolismo e anabolismo. Il catabolismo è l insieme delle reazioni biochimiche che consentono di ricavare energia chimica (ATP) dalle molecole complesse (nutrienti). L energia ricavata servirà per compiere lavoro (meccanico, chimico). L anabolismo è l insieme delle reazioni biochimiche che consentono la biosintesi di molecole complesse (macromolecole) a partire da molecole semplici (precursori) sfruttando l energia chimica dell ATP. Le reazioni per l ottenimento dell energia sono prevalentemente reazioni di ossidoriduzione: i carboni dei nutrienti vengono ossidati a CO 2 ; i carboni delle molecole precursori vengono ridotti per la sintesi delle macromolecole.

3 In termini generali il metabolismo riguarda i carboidrati, i lipidi, le proteine, i nucleotidi, i cofattori e le vitamine. Esistono poi reazioni specifiche che riguardano il metabolismo energetico. Le vie metaboliche possono essere paragonate ad una rete stradale dove le molecole (ogni singolo punto dello schema) seguono una particolare via subendo modificazioni chimiche specifiche (i tratti che collegano ogni singolo punto dello schema). Esistono reazioni a irreversibili (a senso unico) e reazioni reversibili (a doppio senso). Molti intermedi metabolici che riguardano una specifica via sono anche intermedi metabolici di altre vie.

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5 Schema generale del catabolismo + ATP Gli amminoacidi e gli acidi grassi sono convertiti ad acetil-coa attraverso l ossidazione dei carboni. Nel citoplasma il glucosio invece viene prima convertito a piruvato sempre attraverso l ossidazione dei carboni e con la resa di due molecole di ATP. Successivamente il piruvato è convertito ad acetil-coa. Nel mitocondrio l acetil-coa entra nel ciclo di Krebs e i carboni vengono completamente ossidati a CO 2. Gli elettroni strappati ai carboni e caricati sui coenzimi NADH e FADH 2 passano alla catena di trasporto di elettroni fino ad arrivare all O 2. Attraverso il passaggio di elettroni si genera un gradiente di concentrazione di protoni H + tra i due lati della membrana interna mitocondriale Il gradiente di H + serve come forza elettromotrice per la sintesi di ATP.

6 Numero di ossidazione del C

7 I possibili destini metabolici del glucosio

8 Le prime 5 reazioni della glicolisi. Sono anche chiamate reazioni di investimento energetico

9 Le seconde 5 reazioni della glicolisi. Sono anche chiamate reazioni di ottenimento energetico

10 I destini del Piruvato: Ossidazione Fermentazione lattica Fermentazione alcolica

11 Nel tessuto muscolare e nel tessuto adiposo l entrata in cellula del glucosio è subordinata al reclutamento di specifici trasportatori del glucosio verso la membrana Il fenomeno è mediato dall insulina Nelle cellule del sistema nervoso centrale e negli eritrocitici l entrata del glucosio è indipendente dall insulina

12 Il ciclo di Krebs o ciclo degli acidi tricarbossilici avviene nella matrice del mitocondrio. E la una serie di reazioni che rappresentano un ciclo (si parte da una molecola iniziale e si arriva poi alla medesima molecola). Rappresenta la parte del metabolismo in cui i carboni dei nutrienti vengono completamente ossidati a CO 2.

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14 Struttura del mitocondrio Il ripiegamento della membrana interna del mitocondrio è il modo con cui si riesce ad aumentare notevolmente la superficie della membrana stessa, contenendola in un organulo cellulare. E proprio a livello della membrana interna mitocondriale che avvengono le reazioni fondamentali per l ottenimento di energia (ATP).

15 La catena di trasporto degli elettroni (complessi I-IV) accoppiata alla fosforilazione ossidativa (sintesi di ATP) rappresentano la respirazione cellulare: passaggio di elettroni dal complesso I al IV con conseguente consumo di O2; estrusione di protoni H+; formazione di gradiente elettrochimico che rappresenta una forza elettromotrice (energia potenziale); conversione dell energia potenziale in energia chimica (ATP) tramite il rientro dei protoni H+.

16 Potenziali di ossido-riduzione

17 Le cellule beta del pancreas sono dei biosensori del glucosio presente in circolo

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