Metabolismo: Sintesi e Demolizione Biomolecole - ATP, Fosforilazione, Glucosio e Glicolisi, Appunti di Scienze umane e sociali

Scarica Metabolismo: Sintesi e Demolizione Biomolecole - ATP, Fosforilazione, Glucosio e Glicolisi e più Appunti in PDF di Scienze umane e sociali solo su Docsity! METABOLISMO: L’ATP L’energia prodotta dalla demolizione di zuccheri, grassi e proteine, non è sfruttata direttamente dalla cellula, ma serve per sintetizzare l’adenosina trifosfato o ATP. L’ATP è una molecola organica costituita da:  una base azotata (l’adenina);  uno zucchero aldopentoso (il ribosio);  tre gruppi fosfato, legati tra loro da legami covalenti  questi legami che tengono uniti i gruppi fosfato racchiudono un alto contenuto energetico che la cellula può utilizzare. L'ATP quando reagisce con l’acqua viene scisso in ADP (cioè adenosina difosfato)  si rompe un legame covalente e la rottura di questo legame libera energia che è di circa 7 kilocalorie per ogni mole e avremo anche un gruppo fosfato libero. ATP + H2O  ADP + gruppo fosfato libero + energia A partire dall’ADP può venire rimosso sempre per mezzo di idrolisi anche un altro gruppo fosfato ottenendo AMP (cioè adenosina monofosato) e quindi circa altre 7 kilocalorie di energia per mole ma di solito la molecola di ADP viene convertita nuovamente in ATP grazie all’apporto di energia. REAZIONI ACCOPPIATE  avvengono nelle cellule Le cellule ricavano l’energia per le reazioni endoergoniche come il trasporto attivo di membrana (energia dei prodotti è maggiore di quella dei reagenti) di biosintesi accoppiando queste reazioni con reazioni esoergoniche come la respirazione cellulare (energia dei prodotti inferiore di quella dei reagenti), che forniscono il surplus energetico necessario. Tale accoppiamento è possibile grazie all’ATP, che agisce da agente accoppiante L'ATP è l’anello di bilanciamento tra queste reazioni.  Endoergoniche = richiedono energia.  Esoergoniche = liberano energia L'energia liberata durante le reazioni esoergoniche viene utilizzata per ricaricare le molecole di ADP in ATP che saranno poi impiegate nelle reazioni endoergoniche. Il sistema ADP/ATP funge come sistema universale di scambio energetico tra reazioni che liberano energia e reazioni che invece la richiedono LA FOSFORILAZIONE L’ATP può essere idrolizzata in ADP e un gruppo fosfato libero  il gruppo fosfato terminale non viene rimosso ma viene trasferito ad un’altra molecola tramite una reazione di fosforilazione. Questa reazione ha il compito di spostare parte dell'energia del gruppo fosfato della molecola di ATP a un altro composto che diviene fosforilato caricandosi così di energia e può svolgere la sua funzione principale. Molti enzimi:  Sono attivati grazie all’azione di enzimi chinasi che legano un gruppo fosfato  Sono disattivati da enzimi che fosfatasi rimuovono il gruppo fosfato Inoltre, la fosforilazione è importante per la formazione del saccarosio nelle piante a partire dai monosaccaridi glucosio e fruttosio  l'energia per questo processo è fornita dalla fosforilazione delle molecole di glucosio e fruttosio ATP + glucosio  glucosio fosfato + ADP ATP + fruttosio  fruttosio fosfato + ADP In seguito, il glucosio fosfato reagisce con il fruttosio fosfato formando saccarosio e rilasciando due gruppi fosfato liberi Glucosio fosfato + fruttosio fosfato  saccarosio 2 gruppi fosfato liberi IL METABOLISMO: L’insieme di processi che determinano la sintesi o la demolizione delle biomolecole costituiscono il metabolismo In natura ci sono 2 metabolismi: LE CELLULE AUTOTROFE = costruiscono autonomamente le biomolecole di cui necessitano utilizzando fonti esterne di energia  si distinguono in due gruppi principali:  fotosintetiche: utilizzano la co2 (ovvero i vegetali)  chemiosintetiche: ottengono energia attraverso le reazioni chimiche ma sono meno efficienti LE CELLULE ETEROTROFE = si procurano le biomolecole con l’alimentazione. Sia le cellule autotrofe che eterotrofe demoliscono le biomolecole per ottenere energia per le attività cellulari. REAZIONI DI OSSIDORIDUZIONE Le reazioni di ossidoriduzione avvengono per il trasferimento di elettroni da un atomo o molecola (che si ossida in quanto perde elettroni) a un altro atomo o molecola (che si riduce in quanto acquista elettroni). ossidazione e riduzione avvengono contemporaneamente Queste reazioni si basano sul numero di ossidazione  di solito la molecola che si riduce ha un numero di ossidazione più basso rispetto a quella che si ossida la quale ha un numero di ossidazione più alto Ex. LA FOTOSINTESI: è una reazione endoergonica in quanto richiede energia e poiché il prodotto finale possiede più energia dei composti iniziali. Inoltre, è una riduzione del carbonio, poiché gli atomi di H sono trasferiti dall’H2O al CO2 che si riduce formando glucosio. Per l’ossidazione di una molecola di glucosio servono 2 cicli di Krebs NELLA CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI Gli elettroni rimossi dagli atomi di C e trasferiti al NAD+ e al FAD durante la glicolisi, l’ossidazione del piruvato e il ciclo di Krebs, si trovano a un livello energetico elevato. Nella catena di trasporto degli elettroni, questi sono trasferiti a livelli energetici via via decrescenti sino a raggiungere l’accettore finale (ossigeno)  questo passaggio graduale è garantito dalla catena respiratoria che è costituita da una serie di trasportatori di elettroni, tra cui uno dei principali il coenzima Q o ubichinone e i citocromi b,c,a A mano a mano che scendono a livello inferiore di energia gli elettroni vengono  accettati dall'ossigeno che caricato negativamente si combina con gli ioni idrogeno e forma molecole di acqua Scendendo lungo la catena di trasporto, gli elettroni liberano energia che viene poi utilizzata dai mitocondri per la sintesi finale di ATP. o Gli elettroni trasportati da NADH e FADH2 alimentano i trasportatori di elettroni della membrana mitocondriale interna che trasferiscono i protoni al di fuori della matrice nello spazio inter-membrana. o ll trasferimento di protoni crea uno squilibrio di H+ (e quindi un gradiente elettrochimico) tra lo spazio Inter-membrana e la matrice. Questo gradiente genera la forza proton-motrice. o La forza proton-motrice sospinge i protoni nella matrice attraverso il canale della sintetasi parla in movimento di protoni è accoppiato alla formazione di ATP 3. fosforilazione: è legata alla catena di trasporto degli elettroni. L’energia liberata è usata per la sintesi dell’ATP grazie alla differenza di concentrazione degli ioni H+, che si instaura tra lo spazio inter-membrana e matrice. Muovendosi secondo il gradiente elettrochimico (gli elettroni vanno nella zona dove ci sono meno ioni per dare equilibrio) gli ioni H+ attraversano il canale interno dell’ATP sintetasi (proteina) e liberano energia che aziona la sintesi di ATP da ADP e gruppi fosfato liberi.  Questo meccanismo che sfrutta l'energia potenziale del gradiente protonico per sintetizzare ATP è detto accoppiamento chemiosmotico  il termine deriva dal fatto che nella fosforilazione ossidativa la produzione di ATP comprende sia processi chimici sia processi di trasporto attraverso la membrana selettivamente permeabile delle creste mitocondriali. RENDIMENTO DELLA RESPIRAZIONE CELLULARE Rendimento teorico massimo è di 38 molecole Rendimento reale è tra 30-32 molecole FERMENTAZIONE Dopo la glicolisi avviene il processo di fermentazione In base al tipo di cellula in cui avviene la fermentazione, l’acido piruvico (2^) proveniente dalla glicolisi viene trasformato:  ALCOL ETILICO (l’unico bevibile della famiglia dell’alcol) la fermentazione alcolica avviene mediante due processi: 1. libera CO2 e forma acetaldeide 2. ossida il NADH trasformando l’acetaldeide in etanolo  In uno dei numerosi acidi organici, il più comune dei quali è l’ACIDO LATTICO (può innescarsi durante uno sforzo fisico, se l’ossigeno che raggiunge i muscoli non è sufficiente): fermentazione lattica: trasforma l’acido piruvico in acido lattico METABOLISMO DEI LIPIDI Le lipasi (enzimi presenti nell’intestino tenue) idrolizzano i trigliceridi (glicerolo e tre catene di acidi grassi) emulsionati dai Sali biliari  le particelle lipidiche possono essere usate:  nelle cellule adipose = funzione di deposito  nelle cellule muscolari = funzione energetica  gli acidi grassi sono condotti all’interno dei mitocondri successivamente vengono trasformati in frammenti a 2 atomi di C, ai quali viene legato un coenzima A per ottenere l’Acetil-CoA. Quest’ultimo può entrare nel ciclo di Krebs dove verrà ossidato a CO2 e H2O, generando energia. METABOLISMO DELLE PROTEINE Le proteine vengono scomposte in amminoacidi grazie a succhi gastrici (acidi) e agli enzimi pepsina (nello stomaco) e tripsina (nell’intestino tenue) Tramite la rottura dei legami peptidici si ottengono gli amminoacidi singoli che possono attraversare le pareti interne intestinali ed entrare prima nel flusso sanguigno e poi nelle cellule. Gli amminoacidi non utilizzati dai ribosomi nella sintesi delle proteine vengono degradati  durante la degradazione il gruppo amminico di ciascun amminoacido viene separato dallo scheletro carbonioso seguono 2 vie diverse di degradazione:  il gruppo amminico contiene azoto, quindi, deve essere eliminato poiché produce prodotti tossici  quindi i gruppi amminici devono prima essere trasferiti all’acido alfa-chetoglutarico (presente nel ciclo di Krebs)  è una reazione catalizzata dagli enzimi transaminasi Questo processo da origine all’acido glutannico mentre ciò che rimane dell’amminoacido privato del gruppo amminico diventa un chetoacido  successivamente l’acido glutammico perde il gruppo amminico sotto forma di ione ammonio (NH4 +) il quale è tossico per l’organismo, quindi, deve essere eliminato  il fegato utilizza gli ioni NH4+ per formare l’urea che poi verrà eliminata attraverso urina. Perdendo l’NH4+ ritorna ad essere acido alfa cheto glutarico  Successivamente si trasforma di nuovo in alfa-chetoglutarico = questa reazione avviene nei mitocondri e prende il nome deaminazione ossidativa  lo scheletro carbonioso può̀ andare incontro all’ossidazione e fornire energia all’organismo: - gli amminoacidi chetogenici sono trasformati in molecole di acido piruvico o in gruppi acetile che entrano nel ciclo di Krebs sotto forma di acetil-CoA; - gli amminoacidi glucogenici sono convertiti in uno dei composti che partecipano direttamente al ciclo di Krebs, come l’acido succinico, l’acido fumarico o l’acido ossalacetico. CATABOLISMO E ANABOLISMO CATABOLISMO = insieme dei processi di demolizione delle biomolecole (ex. Glicolisi) ANABOLISMO = insieme dei processi di sintesi delle biomolecole (ex. gluconeogenesi cioè il processo inverso della glicolisi in quanto si parte dall’acido piruvico per giungere alla glicolisi)