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Damiano Belloni
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1 Prof. Giorgio Sartor Il metabolismo Copyright by Giorgio Sartor. All rights reserved. Versione Mar-17 Metabolismo È il processo che permette di ricavare energia da legami chimici (sottoforma di nucleotidi trifosfati, equivalenti riducenti, ecc.) e di utilizzarla (per produrre legami chimici, energia, calore, ecc.) Tutta la chimica dei viventi! v gsartor B08 - Metabolismo - 2 -

2 Metabolismo È la somma delle reazioni ENZIMATICE che avvengono in una cellula, permette di: Estrarre energia dai composti organici o dalla luce solare, Convertire i nutrienti in unità costitutive di macromolecole, Legare insieme le unità costitutive per formare macromolecole CATABOLISMO ANABOLISMO v gsartor B08 - Metabolismo Metabolismo Nutrienti Carboidrati Grassi Proteine Macromolecole Carboidrati Grassi Proteine Calore CATABOLISMO (demolizione) ADP NAD + NADP + NAD NADP ANABOLISMO (sintesi) Prodotti finali semplici CO 2, 2 O, N 3 Luce Prodotti Intermedi monosaccaridi, aminoacidi, composti carbonilici, amine, nucleotidi FOTOSINTESI v gsartor B08 - Metabolismo - 4 -

3 Fonti di carbonio ed energia Organismo Fonte di carbonio Fonte di energia Donatore di elettroni Fotoautotrofi (piante, alghe verdi, cianobatteri fotosintetici) CO 2 Luce 2 O, 2 S, S, altri inorganici Fotoeterotrofi (rodobatteri non sulfurei) Composti organici Luce Composti organici Chemioautotrofi ( 2, Fe, S, batteri nitrificanti) CO 2 Reazioni redox 2, 2 S, N 4+, NO 2-, Fe ++, Mn ++ Chemioeterotrofi (Animali, microrganismi, tessuti di piante non fotosintetici) Composti organici Reazioni redox 2 O, composti organici v gsartor B08 - Metabolismo Fonti di carbonio ed energia D-Glucoso O O O O O O + O 2 Luce ETEROTROFI FOTOTROFI CaCO 3 2 O, CO 2 Ca ++ v gsartor B08 - Metabolismo - 6 -

4 Metabolismo del carbonio N.O. Carbonio < +4 D-Glucoso O O O O O O + N.O. Ossigeno = 0 O 2 Luce OSSIDAZIONE Cellule Cellule fotosintetiche 2 O, CO 2 N.O. Ossigeno = -2 N.O. Carbonio = +4 v gsartor B08 - Metabolismo Ciclo biogeochimico del carbonio hν FOTOSINTESI Zuccheri Metabolismo degli organismi fotosintetici e autotrofi non fotosintetici CO 2 Macromolecole Metabolismo organismi eterotrofi Metabolismo organismi degradatori (batteri e funghi) Macromolecole v gsartor B08 - Metabolismo - 8 -

5 Ossigeno Aerobi Usano l ossigeno come accettore finale degli elettroni Aerobi obbligati Usano SOLO l ossigeno come accettore finale degli elettroni Anaerobi facoltativi Possono usare altri accettori di elettroni Anaerobi obbligati NON possono usare l ossigeno come accettore di elettroni v gsartor B08 - Metabolismo Ciclo dell azoto L azoto in natura si trova in forma ossidata come come nitrato (NO 3- ) e come gas (N 2 ), Per essere utilizzato deve essere convertito in forma ridotta (N 4+ ) Ciò può avvenire in aerobiosi o anaerobiosi. v gsartor B08 - Metabolismo

6 Ciclo dell azoto AEROBIOSI NITRATAZIONE (Batteri nitratatori) NO 2 - Assimilazione del nitrato NITRIFICAZIONE (Batteri nitrificatori) NO 3 - N 4 + Azoto organico NO 2 - NO DENITRIFICAZIONE (Batteri denitrificanti) N 2 O Respirazione del nitrato ANAEROBIOSI v gsartor B08 - Metabolismo N 2 FISSAZIONE DELL'AZOTO (Batteri azotofissatori) Metabolismo dell azoto Piante superiori Aminoacidi Animali superiori Nitrati Batteri Nitriti Batteri fissatori dell azoto N 2 atmosferico N 3, Urea Batteri nitrificanti v gsartor B08 - Metabolismo

7 Vie metaboliche Sono l insieme di reazioni chimiche che portano alla trasformazione di un substrato in un prodotto passando attraverso composti intermedi. Vie cataboliche: producono energia chimica Vie anaboliche utilizzano energia chimica. v gsartor B08 - Metabolismo PROTEINE POLISACCARIDI LIPIDI GLICOLISI GLUCONEOGENESI Aminoacidi Esosi; Pentosi Ac. Grassi; Glicerolo α-chetoacidi Piruvato AcetilCoA I FASE IDROLITICA II FASE OSSIDATIVA Ciclo degli Acidi Tricarbossilici Fosforilazione ossidativa O 2 III N 3 2 O CO 2 v gsartor B08 - Metabolismo

8 Vie metaboliche ed intermedi Le vie metaboliche producono intermedi, Il destino dei composti intermedi può essere vario, Ogni punto di biforcazione di una via metabolica permette una regolazione, Le vie metaboliche più importanti sono comuni a tutti gli organismi, Organismi diversi in ambienti diversi sono caratterizzati da vie metaboliche alternative, Gli organismi vengono caratterizzati in funzione del modo con cui utilizzano carbonio, ossigeno ed energia. v gsartor B08 - Metabolismo Metabolismo v gsartor B08 - Metabolismo

9 v gsartor B08 - Metabolismo v gsartor B08 - Metabolismo

10 v gsartor B08 - Metabolismo v gsartor B08 - Metabolismo

11 v gsartor B08 - Metabolismo Metabolismo batterico v gsartor B08 - Metabolismo

12 Regolazione delle vie metaboliche La velocità di una via metabolica può essere regolata sia dalla disponibilità del substrato (K m ) che dalla disponibilità dell enzima (V max ). È controllata dal passaggio più lento nella via metabolica Termodinamicamente molto favorito Catalizzato da un enzima estremamente regolato Spesso in una biforcazione della via metabolica Le vie cataboliche (demolizione) ed anaboliche (sintesi) usano spesso gli stessi enzimi, ma hanno almeno un passaggio diverso. v gsartor B08 - Metabolismo Regolazione delle vie metaboliche A B B B B B BB B C Reazione limitata dalla concentrazione di enzima. (lontana dall equilibrio) D E Reazione limitata dalla concentrazione di substrato. (all equilibrio o vicina all equilibrio) E E E E EE E E E EE F v gsartor B08 - Metabolismo

13 Crediti e autorizzazioni all utilizzo Questo materiale è stato assemblato da informazioni raccolte dai seguenti testi di Biochimica: CAMPE Pamela, ARVEY Richard, FERRIER Denise R. LE BASI DELLA BIOCIMICA [ISBN ] Zanichelli NELSON David L., COX Michael M. I PRINCIPI DI BIOCIMICA DI LENINGER - Zanichelli GARRETT Reginald., GRISAM Charles M. BIOCIMICA con aspetti molecolari della Biologia cellulare - Zanichelli VOET Donald, VOET Judith G, PRATT Charlotte W FONDAMENTI DI BIOCIMICA [ISBN ] - Zanichelli E dalla consultazione di svariate risorse in rete, tra le quali: Kegg: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes Brenda: Protein Data Bank: Rensselaer Polytechnic Institute: Il materiale è stato inoltre rivisto e corretto dalla Prof. Giancarla Orlandini dell Università di Parma alla quale va il mio sentito ringraziamento. Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da: gsartor.org/pro Il materiale di questa presentazione è di libero uso per didattica e ricerca e può essere usato senza limitazione, purché venga riconosciuto l autore usando questa frase: Materiale ottenuto dal Prof. Giorgio Sartor Università di Bologna Giorgio Sartor Ufficiale: giorgio.sartor@unibo.it Personale: giorgio.sartor@gmail.com Aggiornato il 09/03/ :01:03

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