IL METABOLISMO ENERGETICO

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1 IL METABOLISMO ENERGETICO

2 IL METABOLISMO L insieme delle reazioni chimiche che riforniscono la cellula e l organismo di energia e materia SI DIVIDE IN: CATABOLISMO produce ENERGIA METABOLISMO ENERGETICO ANABOLISMO richiede ENERGIA

3 CARATTERISTICHE DELLE REAZIONI METABOLICHE sono reazioni di ossidoriduzione utilizzano degli accettori di elettroni l energia è immagazzinata nell ATP

4 LA GLICOLISI Avviene nel citoplasma; non ha bisogno di ossigeno partendo dal GLU (6C), attraverso una serie di reazioni, tutte controllate da enzimi specifici, arriva all ACIDO PIRUVICO (3C), che è un composto più ossidato; contemporaneamente si riducono 2 NAD + in NADH 2 si consumano 2 ATP nella prima parte; se ne formano 4 di ATP nella seconda parte; C 6 H 12 O 6 + 2NAD+ +4ADP+ 4Pi + 2ATP = 2C 3 H 4 O 3 +2 NADH 2 +2ADP+2Pi + 4ATP

5 LA FERMENTAZIONE In assenza di ossigeno, quindi negli anaerobi, negli aerobi facoltativi e anche in alcuni tessuti umani quando arriva poco ossigeno (ad esempio nei muscoli), l acido piruvico non può essere ulteriormente ossidato. Allora nel citoplasma avviene la FERMENTAZIONE. Lo scopo della fermentazione è quello di rigenerare il NAD +, necessario per poter continuare la GLICOLISI. Abbiamo diverse fermentazioni ciascuna delle quali produce sostanze diverse. Prendiamo in considerazione le più importanti: LATTICA ALCOLICA

6 FERMENTAZIONE LATTICA Reazione di ossidoriduzione che avviene in un'unica tappa. RIDUZIONE: l a. piruvico è ridotto a lattato. OSSIDAZIONE: NADH 2 è ossidato a NAD + Viene così rigenerato il NAD + necessario alla glicolisi. Ac.Piruvico > Ac.Lattico: produce NAD + per la glicolisi. C 3 H 4 O 3 + NAD H 2 = C 3 H 6 O 6 + NAD+ a.piruvico NAD ridotto a.lattico NAD ossidato Questa reazione avviene nei nostri muscoli quando ci sottoponiamo ad uno sforzo eccessivo e l ossigeno che arriva al muscolo non è sufficiente. Avviene anche nel latte quando è trasformato in yogourt da alcuni batteri.

7 FERMENTAZIONE ALCOLICA Reazione di ossidoriduzione che avviene in due tappe. Prima tappa: l a. piruvico perde una molecola di CO 2 e si forma un composto a due atomi di carbonio CH 3 COH (acetaldeide) (2C). Seconda tappa: NADH 2 è ossidato a NAD + e l acetaldeide (2C) è ridotta ad etanolo CH 3 CH 2 OH (2C). Viene così rigenerato il NAD + necessario alla glicolisi. Ac.Piruvico > etanolo + anidride carbonica: produce NAD + per la glicolisi. C 3 H 4 O 3 + NAD H 2 = CH 3 CH 2 OH + CO 2 + NAD+

8 IN PRESENZA DI OSSIGENO In presenza di ossigeno, l acido piruvico è ulteriormente ossidato nei mitocondri; ma per entrare nei mitocondri subisce una trasformazione: ac.piruvico NAD + NAD H 2 CoA Acetil CoA CO 2 L acido piruvico perde una molecola di anidride carbonica, e si forma una molecola di NAD ridotto; il composto a due atomi di carbonio che si forma si lega con il coenzima A, formando l acetil coenzima A che entra nei mitocondri.

9 Il composto a due atomi di carbonio che rimane Si lega ad un composto a quattro atomi di carbonio, formando un composto a sei atomi di carbonio CICLO DI KREBS L acetilcoenzimaa entra nei mitocondri, il coenzima A si stacca ed esce dal mitocondrio Attraverso una serie di passaggi si riforma il composto a quattro atomi di carbonio di partenza, Alla fine del ciclo tutto il carbonio che costituiva il glucosio è ossidato a CO 2 e l idrogeno è stato accettato dal NAD + e dal FAD +. I due atomi di carbonio entrati con il CoA, si ossidano a CO 2, contemporaneam ente si formano 3NADH 2 1FADH 2 e un ATP (o GTP nucleotide simile)

10 BILANCIO Alla fine delle reazioni del ciclo di Krebs GLICOLISI 2 (in realtà se ne formano 4, ma due sono usati nella glicolisi) formazione acetilcoa ATP NADH 2 FADH Ciclo di KREBS totale

11 CATENA RESPIRATORIA NADH 2 La terza fase della respirazione cellulare è denominata fosforilazione ossidativa, e avviene a livello delle creste mitocondriali, ossia dei ripiegamenti della membrana interna. Essa consiste nel trasferimento degli elettroni dell idrogeno del NADH a una catena di trasporto (detta catena respiratoria), formata da citocromi (particolari pigmenti), fino all ossigeno, che rappresenta l accettore finale, con formazione di acqua. Il passaggio degli elettroni comporta la liberazione di energia che viene immagazzinata nei legami di molecole di ADP, tramite il legame di gruppi fosfato e la sintesi di molecole di ATP. ATP FADH 2 ADP+P H 2 H 2 H 2 ATP ATP H 2 ADP+P ADP+P O 2 H 2 O

12 FADH 2 BILANCIO IN ATP ATP che si producono nella catena respiratoria 2x2= 4 Forma 2 ATP NADH 2 3x10=30 Forma 3 ATP ATP che proviene dalla glicolisi, e dal ciclo di Krebs 2 glicolisi. 2 ciclo di kreb s= 4 TOTALE ATP 38 EQUAZIONE GENERALE DELLA RESPIRAZIONE CELLULARE: C 6 H 12 O 6 + 6O ADP + 38 Pi = 6CO 2 + 6H 2 O + 38 ATP

13 LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA Processo anabolico effettuato dagli organismi AUTOTROFI, in grado di costruirsi da soli il cibo, fondamentale per tutta la BIOSFERA nel quale le sostanze inorganiche, CO 2 e H 2 O, sono trasformate in sostanze organiche C 6 H 12 O 6, utilizzando la luce del Sole. Tutte le sostanze organiche che utilizziamo come cibo sono, in ultima analisi, prodotte dagli autotrofi attraverso la fotosintesi.. Altro prodotto di scarto è l ossigeno.

14 Nelle piante la FOTOSINTESI avviene in particolari organuli i CLOROPLASTI, che contengono le molecole di CLOROFILLA, un pigmento in grado di catturare l energia luminosa. Oltre alla CLOROFILLA intervengono altri pigmenti i CAROTENOIDI. Si divide in due fasi: FASE LUMINOSA richiede la luce solare e avviene sui TILACOIDI della membrana interna dei cloroplasti. FASE OSCURA avviene anche in assenza di luce, nello STROMA del cloroplasto

15 FASE LUMINOSA NADP + LUCE ADP+Pi O 2 Entrano acqua, luce un accettore di elettroni, l ADP; Escono ATP, l accettore ridotto e l ossigeno ATP NADPH 2 H 2 O

16 2H + + 2e - H 2 O O 2 luce FASE LUMINOSA La luce colpisce la clorofilla del fotosistema 1 che perde un elettrone ad alta energia, che attraverso vari accettori arriva al NADP + riducendolo. Il buco elettronico del fotosistema 1 viene colmato da un elettrone ad alta energia proveniente dal fotosistema 2, colpito a sua volta dalla luce,nel passaggio si forma ATP. Il buco del fotosistema 2 viene riempito da elettroni provenienti dalla scissione dell acqua, con formazione di ossigeno e - ADP e - luce ATP Fotosistema 2 Fotosistema 1 NADPH 2

17 FASE OSCURA ATP NADPH 2 Avviene nello stroma del cloroplasto. Avviene anche al buio E un ciclo (ciclo di Calvin) ADP+Pi C 6 H 12 O 6 NADP + CO 2 Equazione finale della fotosintesi 6CO H 2 O + luce = C 6 H 12 O 6 + 6O 2

18 ESOENERGETICA Reazione chimica che produce energia A + B = C + ATP ENDOENERGETICA Reazione chimica che richiede energia A+B+ATP= C

19 OSSIDAZIONE/RIDUZIONE Reazioni chimiche che avvengono attraverso lo scambio di elettroni/idrogeno. Una molecola organica si ossida se cede elettroni/idrogeno; Una molecola organica si riduce se acquista elettroni/idrogeno Per valutare il grado di riduzione di una molecola organica consideriamo il rapporto H/O. C 6 H 12 O 6 = GLUCOSIO H/O=12/6=2

20 ATP La molecola energetica per eccellenza. E un nucleotide, formato da: Ribosio Adenina Tre gruppi fosfato L energia è immagazzinata nel legame del terzo gruppo fosforico. La reazione ADP + Pi = ATP è endoenergetica e nelle reazioni cataboliche incamera l energia. La reazione ATP = ADP + Pi è esoenergetica e nelle reazioni anaboliche fornisce l energia necessaria.

21 ANABOLISMO Reazioni endoenergetiche che portano alla formazione di. molecole biologiche. Queste reazioni utilizzano ATP formato dalle reazioni cataboliche.

22 CATABOLISMO Reazioni esoenergetiche che portano all ossidazione, parziale o completa, di molecole biologiche. Con produzione Composti del carbonio più ossidati o con un numero di atomi di C minore NADH 2 Molecole di ATP

23 TRASPORTATORI DI ELETTRONI Sono molecole che accettano facilmente elettroni /idrogeno e altrettanto facilmente li cedono a molecole che hanno verso gli elettroni/idrogeno una maggiore affinità. Queste molecole esistono in due forme: La forma ossidata es. NAD + la forma ridotta es. NADH 2 La reazione è: NAD + + H 2 NADH 2 Inserimento dell H + H 2