IL METABOLISMO CELLULARE, Sintesi del corso di Biologia

Scarica IL METABOLISMO CELLULARE e più Sintesi del corso in PDF di Biologia solo su Docsity! IL METABOLISMO CELLULARE Il metabolismo è un processo scaturito da una serie di reazioni chimiche che comprende sia la sintesi di biomolecole complesse sia la demolizione di composti organici in molecole più semplici con liberazione di energia. Nel caso del metabolismo cellulare, le biomolecole possono essere assimilate in due modi: in maniera autotrofa o eterotrofa. Per quanto riguarda la prima, le cellule sfruttano fonti di energia estreme, come quella solare; mentre le cellule eterotrofe sono in grado di sintetizzare le proprie molecole organiche a partire da altre molecole organiche, come l’utilizzo di anidride carbonica. Un esempio di organismo autotrofo è quello che sfrutta la fotosintesi, il quale ricava dal sole l’energia necessaria per compiere la sua attività. Questo è possibile grazie a particolari molecole, ovvero i pigmenti che permettono l’assorbimento della luce. Una volta in possesso dell’energia necessaria, gli autotrofi sintetizzano il glucosio e altre molecole complesse; di queste una parte avrà funzione strutturale, mentre altre verranno demolite per ottenere energia. L’intero processo di fotosintesi può essere riassunto nell’equazione: diossido di carbonio + acqua + energia luminosa glucosio + ossigeno. Quindi in questo caso l’energia di attivazione è fornita dal sole, in laboratorio, invece, è somministrato sotto forma di calore; in generale, nelle cellule dove avvengono molte reazioni diverse contemporaneamente, si sfruttano gli enzimi, molecole che hanno la funzione di catalizzatori. Questi indeboliscono i legami chimici dei reagenti per formarne di nuovi, facendo diminuire la quantità di energia di attivazione necessaria a far partire la reazione. La molecola su cui agisce un enzima è detto substrato, mentre la parte della molecola con cui l’enzima aderisce al substrato è detta sito attivo. In determinate eventualità, gli enzimi svolgono le loro funzioni solo in presenza di coenzimi, molecole di natura non proteica che si legano in prossimità del loro sito attivo permettendo all’enzima di lavorare. La respirazione cellulare è l’insieme dei processi metabolici con cui le cellule ottengono energia attraverso la scomposizione dei nutrienti in molecole più semplici. L’energia di legame delle fonti più energetiche viene liberata attraverso una serie di reazioni di ossidoriduzione e infine immagazzinata sotto forma di ATP (adenosina trifosfato), che rappresentano l’energia utilizzabile dai processi cellulari. La respirazione cellulare è generalmente di tipo aerobico, ossia si serve dell’ossigeno come accettore finale di elettroni e prevede l’ossidazione del glucosio a molecole di anidride carbonica e acqua. In caso di assenza di ossigeno, la respirazione cellulare, infatti, non può avvenire e viene sostituita dalla fermentazione, che avviene nel citoplasma. Qui l’acido piruvico della glicolisi viene trasformato in acido lattico o in etanolo, in base alla necessità. Ad esempio quando si estrae il succo zuccherino dell’uva e lo si tiene in condizioni anaerobiche, le cellule del lievito trasformano il succo in vino convertendo il glucosio in etanolo dando origine a una fermentazione alcolica. In molti microrganismi e in alcune cellule animali, invece, quando l’ossigeno è assente o scarso si forma acido lattico. Questo è molto importante per l’uomo che lo produce durante durante un intenso sforzo fisico, dove, nonostante si riesca s soddisfazione i bisogni immediati delle cellule, esse continuano a lavorare andando incontro a un debito di ossigeno. Successivamente, quando l’ossigeno è più abbondante e la domanda di ATP è minore, l’acido lattico viene ritrasformato in acido piruvico, che verrà poi utilizzato per sintetizzare di nuovo il glucosio. La glicolìsi è un processo metabolico mediante il quale una molecola di glucosio viene scissa in due molecole di piruvato al fine di generare molecole a più alta energia, come 2 molecole di ATP e 2 molecole di NADH per ogni molecola di glucosio utilizzata. In una prima fase del processo (fase di investimento), composta da cinque passaggi, viene consumata energia (fase di consumo energetico) per ottenere dal glucosio molecole di un derivato del glucosio a più alta energia (gliceraldeide-3-fosfato), che verranno poi trasformate nella fase successiva (fase di rendimento), composta di altri cinque passaggi, in molecole nettamente meno energetiche di piruvato, con produzione di energia superiore a quella consumata nella prima fase. Il processo nel suo insieme è quindi di tipo catabolico , cioè in cui molecole più complesse ed energetiche, vengono trasformate in altre più semplici e meno energetiche, con accumulo di energia. Le reazioni che compongono la glicolisi, ciascuna catalizzata da uno specifico enzima, avvengono nel citoplasma delle cellule. La decarbossilazione del piruvato è una tappa intermedia che permette di passare dalla glicolisi al ciclo di Krebs e consiste nella rimozione di un atomo di carbonio dal piruvato. Esso viene trasportato all’interno del mitocondrio, dove ad opera dell’enzima piruvato- deidrogenasi viene ossidato rimuovendo un atomo di carbonio sotto forma di CO2 e la contemporanea formazione di una molecola di NADH ridotto (da moltiplicare per due visto che per ogni molecola di glucosio si formano due molecole di piruvato). Il risultato è una molecola con 2 atomi di carbonio che forma un gruppo acetile, il quale viene legato dal coenzima-A per formare l’acetil-CoA. Il ciclo di Krebs è il gruppo di reazioni chimiche che avvengono all'interno della cellula durante il processo di respirazione cellulare. Tali reazioni sono responsabili della trasformazione delle molecole provenienti dalla glicolisi in anidride carbonica, acqua ed energia. Al termine della glicolisi si formano due molecole di piruvato, che entrano nei mitocondri e vengono trasformate in gruppi acetilici. Ciascun gruppo acetilico, contenente due atomi di carbonio, si lega a un coenzima, formando un composto denominato acetilcoenzima A. Questo, a sua volta, si combina con una molecola a quattro atomi di carbonio, l'ossalacetato, per formare un composto a sei atomi di carbonio, l'acido citrico. Nei successivi passaggi del ciclo, la molecola di acido citrico viene gradualmente rielaborata, perdendo così due atomi di carbonio che vengono eliminati sotto forma di anidride carbonica. In questi passaggi vengono, inoltre, liberati quattro elettroni che verranno utilizzati per l'ultimo passaggio della respirazione cellulare, la fosforilazione ossidativa. La fosforilazione ossidativa è la terza fase della respirazione cellulare è denominata fosforilazione ossidativa ed avviene a livello delle creste mitocondriali (ripiegamenti della membrana interna dei mitocondri). Essa consiste nel trasferimento degli elettroni dell'idrogeno del NADH a una catena di trasporto (detta catena respiratoria), formata da citocromi, fino all'ossigeno, che rappresenta l'accettore finale degli elettroni. Il passaggio degli elettroni comporta la liberazione di energia che viene immagazzinata nei legami di 36 molecole di adenosin difosfato (ADP) tramite il legame di gruppi fosfato e che porta alla sintesi di 36 molecole di ATP. Dalla riduzione dell'ossigeno e dagli ioni H+ che si formano dopo il trasferimento degli elettroni dal NADH e dal FADH, derivano molecole di acqua che si aggiungono a quelle prodotte con il ciclo di Krebs. Tutto il processo può così essere sintetizzato: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38ATP.