Metabolismo: Catabolismo e Anabolismo, ATP, Glicolisi e Respirazione Cellulare, Appunti di Chimica

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Metabolismo È l'insieme delle reazioni chimiche che, degrada e sintetizza le biomolecole cellulari Tre funzioni principali * ricavare energia utile per la cellula attraverso la degradazione di sostanze nutrienti * convertire i nutrienti in molecole utili per la cellula *. sintetizzare macromolecole e polimeri a partire dai precursori Si divide in * Catabolismo —> Scomposizione delle biomolecole che porta alla produzione di energia sotto forma di ATP * Anabolismo —> Formazione di nuove biomolecole, ATP prodotta durante il catabolismo serve alla costruzione di nuove biomolecole nella fase di anabolismo ATP Principale fonte di energia per le reazioni metaboliche, perché è una molecola ad alta energia di idrolisi Composta da * 1 molecola di ribosio (zucchero pentoso) © Legato all’adenina tramite il C1 ° Legato al fosfato alfa tramite il legame fosfoestere cè frego. N (CH20 + P) del C5 Ù 5 " ST * 1adenina (base azotata) Ò H © Legata al ribosio tramite il C1 * 3 molecole di fosfato (ione dell’acido fosforico) © Fosfato alfa è legato al ribosio tramite il legame fosfoestere (CH20O + P) © Fosfato beta e gamma legati tramite il legame a Phosphate groups H H (high potential energy) OH OH fosfoanidridico ADP io AP . . Lu. , Do. . La notevole quanti di enegia 919 9 Si forma per idrolisi dell’ATP, ovvero per eliminazione del Rage rt azione cl . ‘ ” MFATPO soniasiiocte || O_{_0-{_0-{_0- REMD- AdGiR fosfato gamma e formazione di una molecola di H20 rolatvamente instabile ò è 6 = rl AG” = -30,5 kJ/mol soprattutto one osiato, sono ‘pece chimiche molto stabili o o © O-H_0H + HO-P-0—b—0— Ribosio — Adenina * Trasferimento fosfato —> ATP perde il fosfato gamma © Quando si spezza il legame l’energia viene rilasciata e la reazione è spontanea © ATP si scinde per idrolisi, formando ADP come prodotto * Reazione di condensazione —> ADP + P fa si che l'energia venga inglobata e si forma ATP AG = (Nostazioni du ertollia. -T.AT — AG SO ren spontanea - AG4O spontanea CATABOLISMO Fase metabolica nella quale le molecole grandi (carboidrati, lipidi, proteine) vengono scomposte in molecole più piccole (acido lattico, anidride carbonica, ammoniaca), scindendo i legami tramite l'ossidazione che libera energia conservata sotto forma di ATP Formato da due processi * Respirazione cellulare —> processo aerobico (presenza ossigeno) ° Glicolisi © Ciclo di Krebs © Catena respiratoria * Fermentazione —> recesso anaerobico (assenza ossigeno) ° Glicolisi © Fermentazione » Alcolica » Lattica Trasportatori Il glucosio viene spezzettato e trasformato in anidride carbonica, acqua e 32 molecole di ATP CotluOg > 600, + 6H,O +32 ATP Tutte le reazioni che avvengono sono redox, quindi si ha il passaggio di elettroni * Se la molecola cede elettroni si ossida * Se la molecola acquista elettroni si riduce —> il movimento di cariche genera potenziali elettrici, infatti esistono dei trasportatori di elettroni, dei coenzimi che trasportano elettroni e atomi di idrogeno durante i processi catabolici * NAD+/NADH —> Nicotinammide - Adenin - Dinucleotide * FAD/FADH2 —> Flavin - Adenin - Dinucleotide * € NADP+/NADPH H+ — > Nicotinammide - Adenin - Dinucleotide - Fosfato Questi trasportano non solo elettroni ma anche idrogeno, infatti sono accompagnati —> a ogni H+ corrisponde un elettrone Esempio Acido malico, nella reazione di trasformazione ad acido ossalacetico (reazione di ossidazione), elimina una molecola di idrogeno (2 atomi): questi 2 atomi vengono trasportati dai trasportatori insieme agli elettroni * II NAD+ (ossidato) acquista l’idrogeno ottenendo NADH H+ (ridotto) oo” + + HoTe=i NAR__NADII A o =C— C00° H-C-H E Lu H,C — COO coO Malato Holoto dirdrosinasi OssaLaceto Fosforilazione ossidativa Processo che avviene nello spazio inter-membrana e composto da due tappe * Catena di trasporto degli elettroni —> elettroni passano dal NADH all’O formando H20 © l trasportatori di idrogeno e di elettroni ridotti entrano nella catena di trasporto degli elettroni, costituita da enzimi e altri trasportatori di elettroni posizionati nella membrana in ordine di potenziale ossidoriduttivo crescente, in modo che gli elettroni possano passare per tutte le molecole. Gli elettroni sono accompagnati da atomi di idrogeno ° Complesso 1: NADH + H+ entra in contatto con il primo enzima (NADH Riduttasi) che prende il NADH e lo ossida in NAD+ e rilascia nella matrice mitocondriale ioni H+ © Complesso 2: gli elettroni vanno da un enzima all’altro e ogni volta che si ossida rilascia ioni H+ nello spazio intermembrana ° Complesso 3: gli elettroni arrivati nell'ultimo enzima si vanno ad attaccare a un atomo di O aper creando H20 MOT 11) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA 1) CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI è è Ve è Complesso | Complesso Il Complesso Ill Complesso IV NADH SUCCINATO citocROMO C CITOCROMO . ; : DEIDROGENASI —DEIDROGENASI OSSIDORIDUTTASI —OSSIDASI Formazione di ATP trasferisce trasferisce Foe trasferisce tramite la forza proton- elettroni dal elettroni dal » elettroni del . pr NADH al FADH, al Siettroniidal citocromo c motrice —> energia CoenzimaQ Coenzima Q coenzimaQ ° all'O) produce ATP —>l’ATP sintesi grazie alla spinta degli ioni H+ produce ATP © Gli ioni H+ presenti nello spazio intermembrana spingono per andare in alto; ATP sintasi fa passare questi ioni H+ dallo spazio intermembrana alla matrice mitocondriale. Grazie a questa spinta degli ioni H+, l’ATP sintasi produce ATP (perché mentre passano gli ioni questa porzione della molecola ruota su se stessa come un rotore e trasforma energia meccanica in energia chimica e crea il legame chimico tra i fosfati beta e gamma dell'ATP) Bilancio energetico totale della respirazione cellulare * Glicolisi 21 molecola di glucosio —> 2 molecole di piruvato —>2 ATP * Decarbossilazione ossidativa © 2 molecole di piruvato —> 2 acetil-CoA GRuods Caxoso LATP LATP * Ciclo di Krebs 2ya0% | ATE —>2 ATP 2 ed voto * Fosforilazione ossidativa Pecasbosaxtazion] 2 NADH SAT —> 28 ATP a reo, 2A - CoA | GAD SATA Totale = 32 ATP eo di Urbe LFADU, 3ATE (& formono anda, Core W$) uco, 2670 zaTe Toto 3LATP FERMENTAZIONE Avviene in assenza di ossigeno —> il glucosio subisce il processo di glicolisi e poi di fermentazione con formazione di sole 2 molecole di ATP (bilancio energetico estremamente ridotto) Esistono due tipi di fermentazione: Fermentazione alcolica H H H OD Audo pirvvico perdi CO, GO H- dh H-d-H naprent nno” H- t-H DD Acetaldude c=0 3 c=0 ND H=e-0H © Rataldudi ridato. ricenendo e=0 » H Res catena H VI dal ADH +4" na0H Aotadind Banato di a Ugo “ Aa0 LAal . . 2? Etanolo (ARcat ehtco) Produzione vino: 1. Si schiaccia l’uva nei tini per far uscire il fruttosio e il galattosio, che devono entrare in contatto con le cellule della buccia, i saccaromiceti (lieviti) 2. L’uva schiacciata viene messa nelle botti per far sì che il processo avvenga in anaerobiosi 3. Trasformazione dello zucchero in alcol etilico e CO2 —> visibile dalla presenza di bollicine 4. Reazione terminata si avranno come prodotti A. CO2 che si diffonde nell’aria B. Acqua C. Alcol D. Residui dei raspi dell'uva 1. L’impasto che contiene farina, con amido a contatto con acqua e zucchero, viene messo a riposare al chiuso —> l'impasto si gonfia per formazione di CO2 e l'alcol evapora 2. lsaccaromiceti devono essere aggiunti Fermentazione lattica H H H=-ly + H=-d-H ® fado pirvuco viene idroginatio I NADI+1" — NAD' Ì att Q _ faverso iL NAD ciduetto c=0 n H-ce-OH Lao NI, Lao © NAD ridotto trasporta. 1drogani du tate du Aha » Gugano all corbentii Aud pirvnco Auto Cattico Avviene quando il muscolo lavora in anaerobiosi e lo sforzo intenso dura nel tempo. Per la contrazione del muscolo serve energia e se esso non ricevere abbastanza glicogeno e mioglobina (proteina dei muscoli che contiene ossigeno), invece di produrre energia con il ciclo di Krebs e catena respiratoria, produce acido lattico tramite fermentazione * L’acido lattico abbassa il pH del sangue e viene smaltito nel fegato dove viene trasformato in acido piruvico —> 2 molecole acido piruvico vengono assemblate per formare glucosio che viene polimerizzato sotto forma di glicogeno e riportato al muscolo (gluconeogenesi) Processo utilizzato per la produzione dello yogurt * latte viene messo a contatto con lactobacilli in assenza di ossigeno * i lactobacilli scindono prima il lattosio in glucosio e galattosio e poi fermentano il glucosio producendo acido lattico Bilancio energetico 2 molecole di ATP: dopo la glicolisi non si formano altre molecole di ATP Fermentazione non è favorevole alla produzione energetica