Biologia. La cellula al lavoro

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1 Biologia La cellula al lavoro

2 Capitolo 5 La cellula al lavoro 1. Il metabolismo cellulare: come le cellule ricavano energia 2. La glicolisi è la prima fase della demolizione del glucosio 3. La respirazione cellulare e la fermentazione 4. La fotosintesi produce glucosio a partire da acqua e CO 2 Cavazzuti Biologia Zanichelli editore 2011

3 Lezione 1 Il metabolismo cellulare: come le cellule ricavano energia Cavazzuti La vita intorno a noi Zanichelli editore 2010

4 1. Le cellule hanno bisogno di energia per vivere Durante una reazione chimica si verifica quasi sempre assorbimento o rilascio di energia. All interno delle cellule avvengono costantemente delle reazioni che nel loro complesso costituiscono il metabolismo cellulare.

5 1. Le cellule hanno bisogno di energia per vivere Le reazioni metaboliche si dividono in due gruppi: anaboliche: sintetizzano molecole complesse a partire da molecole più semplici e richiedono un apporto di energia; cataboliche: riducono le molecole complesse in molecole più semplici liberando l energia intrappolata nei legami chimici.

6 2. L ATP è una molecola speciale capace di immagazzinare energia e rilasciarla quando serve L ATP o adenosintrifosfato è una molecola formata da un nucleotide e da altri due gruppi fosfato. Cavazzuti Biologia Zanichelli editore 2011

7 2. L ATP è una molecola speciale capace di immagazzinare energia e rilasciarla quando serve Durante la demolizione del glucosio, l energia liberata viene utilizzata per legare un gruppo fosfato a una molecola di ADP. Cavazzuti Biologia Zanichelli editore 2011

8 2. L ATP è una molecola speciale capace di immagazzinare energia e rilasciarla quando serve L ATP consente di immagazzinare piccole quantità di energia da utilizzare a seconda delle necessità. Cavazzuti Biologia Zanichelli editore 2011

9 L ATP è una molecola speciale capace di immagazzinare energia e rilasciarla quando serve

10 Gli enzimi Un enzima è una proteina che ha una forma globulare. All interno della sua struttura molecolare è presente una regione molto particolare detta sito attivo dove sono ospitate le molecole che devono reagire, dette substrato.

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12 Lezione 2 La glicolisi è la prima fase della demolizione del glucosio Cavazzuti La vita intorno a noi Zanichelli editore 2010

13 4. Il glucosio è il combustile più usato dagli organismi viventi

14 Il glucosio è una molecola con un elevato contenuto energetico, paragonabile a quello di un combustibile.

15 5. Il metabolismo del glucosio comprende tre processi La glicolisi è un processo anaerobico (si svolge in assenza di O 2 ) e ha una resa di 2 ATP; la respirazione cellulare è un processo aerobico (si svolge in presenza di O 2 ) e ha una resa di 32 ATP; la fermentazione è un processo anaerobico (si svolge in assenza di O 2 ) e non produce ATP.

16 Il metabolismo del glucosio produce energia sotto forma di ATP.

17 6. Le reazioni redox trasferiscono elettroni ed energia Si chiama reazione di ossidoriduzione o reazione redox una reazione in cui una sostanza cede uno o più elettroni a un altra sostanza. La riduzione è l acquisto di uno o più elettroni da parte di un atomo, un ione o una molecola; l ossidazione è la perdita di uno o più elettroni.

18 l ossidoriduzione Molte reazioni chimiche nel metabolismo sono reazioni di ossidoriduzione o reazioni redox.

19 7. Il NAD e il FAD sono navette che trasportano elettroni Il NAD (nicotinamideadenindinucleotide) e il FAD (flavinadenindinucleotide) sono esempi di coenzimi.

20 8. La glicolisi spezza la molecola di glucosio in due molecole a tre atomi di carbonio La glicolisi è la scissione di una molecola di glucosio (6 atomi di carbonio) in due molecole di acido piruvico (3 atomi di carbonio).

21 Lezione 3 La respirazione cellulare e la fermentazione Cavazzuti La vita intorno a noi Zanichelli editore 2010

22 9. La respirazione cellulare avviene nei mitocondri La respirazione cellulare avviene in due fasi: il ciclo di Krebs che demolisce l acido piruvico, liberando CO 2. Si svolge nella matrice dei mitocondri il trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa che si svolgono sulla membrana interna dei mitocondri. In questa fase si forma H 2 O

23 10. Il ciclo di Krebs completa la demolizione del glucosio L acido piruvico viene convertito in acetilcoenzima A all interno del mitocondrio.

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25 11. Il trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa convertono in ATP l energia contenuta nel NADH e nel FADH 2 La catena di trasporto degli elettroni, anche detta catena respiratoria, è un processo a cascata in cui gli elettroni passano da un trasportatore all altro liberando energia.

26 11. Il trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa convertono in ATP l energia contenuta nel NADH e nel FADH 2 Durante il passaggio lungo la catena di trasporto, gli elettroni rilasciano gradualmente la propria energia che viene utilizzata per sintetizzare ATP tramite la fosforilazione ossidativa.

27 La resa energetica dei singoli stadi è la seguente: glicolisi = 4 molecole di ATP (2 vengono spese inizialmente); ciclo di Krebs = 2 molecole di ATP; catena di trasporto degli elettroni = fino a un massimo di 34 molecole di ATP.

28 13. La fermentazione avviene in assenza di O 2 e rigenera il NAD + consumato dalla glicolisi La fermentazione avviene nel citoplasma e non richiede ossigeno. Ci sono due tipi di fermentazione: la fermentazione alcolica; la fermentazione lattica.

29 13. La fermentazione avviene in assenza di O 2 e rigenera il NAD + consumato dalla glicolisi La fermentazione alcolica è svolta dai lieviti. Si ottengono due molecole di etanolo e si libera CO 2

30 13. La fermentazione avviene in assenza di O 2 e rigenera il NAD + consumato dalla glicolisi La fermentazione lattica è svolta da batteri e funghi. Si ottengono due molecole di acido lattico.

31 Lezione 4 La fotosintesi produce glucosio a partire da acqua e CO 2 Cavazzuti La vita intorno a noi Zanichelli editore 2010

32 14. La cellula vegetale non ha bisogno di mangiare per nutrirsi Il processo attraverso cui si generano biomolecole a partire da sostanze inorganiche è detto fotosintesi. Questo processo viene utilizzato dagli organismi autotrofi. La fonte di energia è la luce solare che viene catturata da speciali molecole chiamate pigmenti, sensibili alle radiazioni luminose. Il pigmento più diffuso è la clorofilla.

33 15. La fotosintesi avviene nei cloroplasti e trasforma il diossido di carbonio e l acqua in glucosio cloroplasto I cloroplasti all interno delle singole cellule

34 16. La fotosintesi è suddivisa in due fasi: la fase luminosa e il ciclo di Calvin Avviene nello stroma ed è anche detta fase indipendente dalla luce, perché non utilizza direttamente la luce solare.

35 17. La clorofilla cattura l energia luminosa e la trasforma in energia chimica Durante la fase luminosa le molecole di clorofilla catturano la luce solare, che viene utilizzata per scindere una molecola di acqua in idrogeno e ossigeno (fotolisi). L ossigeno formato si libera nell ambiente, mentre l idrogeno e gli elettroni vengono catturati dal NADP + che si riduce a NADPH + H +.

36 18. Attraverso le reazioni del ciclo di Calvin il diossido di carbonio si trasforma in zucchero La seconda fase della fotosintesi (fase oscura) comprende una serie di reazioni chimiche che costituiscono il ciclo di Calvin. Vengono sintetizzate biomolecole complesse come l amido e la cellulosa.