La cellula al lavoro - sintesi, Schemi e mappe concettuali di Biologia

Scarica La cellula al lavoro - sintesi e più Schemi e mappe concettuali in PDF di Biologia solo su Docsity! LA CELLULAAL LAVORO Tutti gli esseri viventi, così come le loro cellule, scambiano continuamente materia ed energia con l’ambiente. Essi prelevano dall'esterno le sostanze, le trasformano e infine eliminano i prodotti di scarto. Gli organismi hanno bisogno di energia per costruire biomolecole o per compiere lavoro. Possiamo dire che un corpo possiede energia quando può liberare calore o quando può compiere un lavoro. Lavoro e calore sono due modi differenti per trasferire energia. Gli esseri viventi utilizzano l’energia per: - realizzare trasformazione, - per produrre movimento, - e anche per costruire strutture complesse. L’energia, definita come la capacità di eseguire un lavoro, si presenta in diverse forme: chimica, elettrica, luminosa e meccanica. Tutte le tipologie di energia possono essere riconducibili a due tipi fondamentali: l’energia cinetica e l’energia potenziale. ❖ energia potenziale: si trova in una forma immagazzinata, pronta a trasformarsi in azione; ❖ energia cinetica: è energia di movimento. 1 2 LA TERMODINAMICA La termodinamica è lo studio delle trasformazioni energetiche che avvengono nella materia. In termodinamica si definiscono “sistema” l’insieme dei corpi materiali in esame e “ambiente” tutto ciò che circonda tale sistema. I sistemi possono scambiare con l’ambiente materia ed energia (sistema aperti), solamente energia (sistema chiusi), oppure non scambiare né materia né energia (sistema isolati). Due principi importanti regolano le trasformazioni dell'energia ➢ Il primo principio della termodinamica afferma che l’energia può essere trasferita in vari modi ma non può essere né creata né distrutta. Quindi, “in ogni trasferimento di energia, la quantità di energia totale prima e dopo il cambiamento è la stessa”. ➢ Il secondo principio della termodinamica afferma che “nel corso delle trasformazioni spontanee il disordine di un sistema isolato aumenta”...es. la combustione del carburante, definita una trasformazione spontanea. In un sistema, l’energia totale comprende sia l’energia utilizzabile (energia libera che serve per svolgere un lavoro), sia l’energia inutilizzabile (dispersa sotto forma di disordine). Consideriamo ora il discorso dal punto di vista della variazione dell'energia: la variazione di energia libera che è uguale alla differenza di energia libera tra prodotti e reagenti 2 5 La maggior parte degli enzimi ha dimensioni notevoli rispetto al substrato su cui agisce, il sito attivo è in genere molto piccolo. Difatti il principale compito dell'enzima è quello di selezionare il substrato corretto,e questo dipende dal preciso incastro tra sito attivo e substrato. Alla fine della reazione, l'enzima libero riacquista la stessa forma chimica che aveva all’inizio, nonostante le trasformazioni alle quali può essere andato incontro mentre era legato al substrato. Talvolta, affinchè si manifesti l’attività di un enzima, è necessaria la partecipazione di molecole non proteiche, chiamate a seconda della natura chimica coenzimi, cofattori o gruppi prostetici ➔ I coenzimi sono composti organici, i quali creano un legame transitorio con l’enzima; ➔ i cofattori sono ioni inorganici come lo zinco o il ferro; ➔ i gruppi prostetici sono gruppi molecolari legati covalentemente all’enzima. L’attività di ciascun enzima è influenzata dai fattori ambientali; il pH e la temperatura ★ L’attività di un enzima è massima in corrispondenza di un determinato valore di pH e diminuisce quando la soluzione diventa più acida o più basica. ★ L’effetto della temperatura su una reazione è pressoché più semplice: all’aumentare della temperatura, la velocità di una reazione enzimatica tende ad aumentare poiché a temperature più alte aumenta la percentuale di molecole di reagente dotate di energia cinetica sufficiente a fornire l’energia di attivazione per la reazione. 5 6 LA STRUTTURA DELLE MEMBRANE BIOLOGICHE I componenti principali della membrana sono: i lipidi (fosfolipidi), le proteine e carboidrati. ➔ I fosfolipidi che, organizzati a formare un doppio strato, creano la continuità materiale della membrana e formano un’efficace barriera al passaggio rapido di materiale idrofilo, come l’acqua e gli ioni. Inoltre, il doppio strato fosfolipidico serve “lago” lipidico in cui “galleggiano” varie proteine. Questa struttura generale va sotto il nome di modello a mosaico fluido. ➔ Le proteine inserite nel doppio strato fosfolipidico svolgono numerose funzioni, tra cui spostare materiali attraverso la membrana e ricevere segnali chimici dall’ambiente esterno alla cellula. ◆ Proteine canale permettono alle molecole o agli ioni di attraversare la membrana; ◆ Proteine di trasporto assistono le sostanze nel passaggio. ◆ Proteine di riconoscimento aiutano la cellula a riconoscere elementi estranei e a innescare le reazioni immunitarie; ◆ Proteine recettrici sono dotate di un sito di legame che aggancia specifiche molecole di segnale. ◆ Proteine enzimatiche svolgono reazioni metaboliche; ◆ Proteine di giunzione formano collegamenti tra cellule adiacenti per dare consistenza ad un tessuto; usati anche per la comunicazione intercellulare. ➔ I carboidrati associati alle membrane sono fissati o ai lipidi o alle molecole proteiche. Nella membrana plasmatica sono situati sulla faccia esterna, dove sporgono dalla cellula spingendosi nell’ambiente. LE MEMBRANE REGOLANO LE SOSTANZE IN ENTRATA E IN USCITA DALLA CELLULA La diffusione è il movimento casuale e spontaneo verso uno stato di equilibrio. Sebbene tutte le singole particelle si muovano assolutamente a caso, finchè non viene raggiunto l’equilibrio il saldo dei loro movimenti è direzionale. Questo significa che la diffusione è il movimento netto delle particelle secondo il proprio gradiente di concentrazione maggiore verso una a concentrazione minore. Il trasporto attraverso la membrana può avvenire con o senza dispendio di energia. 6 7 La diffusione semplice è il passaggio di piccole molecole attraverso il doppio strato fosfolipidico di una membrana. Una molecola idrofobica, e quindi solubile nei lipidi, penetra facilmente nella membrana e la attraversa. Sappiamo che le sostanze polari (amminoacidi, zuccheri, sostanze dotate di carica) non diffondono molto facilmente nella membrana, eppure queste sostanze riescono a penetrare all’interno di essa attraverso un processo passivo, la cosiddetta diffusione facilitata che può essere costituita da due processi: 1) alcuni tipi di ioni attraversano il doppio strato fosfolipidico grazie a canali formati da proteine intrinseche di membrana; 2) le molecole polari si legano a una proteina di trasporto che ne accelera la diffusione. Un altro tipo di diffusione dell'acqua attraverso le membrane è l’osmosi. L’osmosi è un processo completamente passivo, non consuma energia ed è spiegabile in termini di concentrazione dei soluti. Per comprendere l’osmosi è importante ricordare due cose: 1) Ai due lati della membrana l’acqua è sempre mescolata con diversi soluti, cioè con ioni e molecole: la concentrazione dei soluti è inversamente proporzionale alla concentrazione dell'acqua; 2) al contrario dell’acqua, la maggior parte dei soluti non diffonde liberamente attraverso la membrana Quando due soluzioni a concentrazione diversa sono separate da una membrana permeabile all’acqua ma non ai soluti, le molecole d’acqua diffondono attraverso la membrana verso la soluzione dove la concentrazione di soluto è più alta. ➔ La direzione dell'osmosi è determinata solo dalla differenza di concentrazione totale dei soluti e non dalla loro natura. ❖ La soluzione in cui la concentrazione del soluto è maggiore si chiama ipertonica. ❖ La soluzione nella quale la concentrazione del soluto è più bassa si chiama ipotonica:l’acqua attraversa la membrana finché la concentrazione del soluto diventa uguale in entrambe le soluzioni. ❖ Quando si hanno due soluzioni con una concentrazione identifica dei soluti è chiamata: isotonica 7