Metabolismo e respirazione cellulare, Appunti di Zoologia

Scarica Metabolismo e respirazione cellulare e più Appunti in PDF di Zoologia solo su Docsity! Metabolismo e respirazione cellulare CELLULA EUCARIOTICA VITALE - Compie un ciclo vitale (ciclo cellulare) - Ha un proprio metabolismo IL METABOLISMO Il metabolismo è un complesso di reazioni attraverso le quali la materia e l’energia vengono trasformate al fine di permettere le attività caratteristiche della vita. Esso è la somma di tutte le reazioni chimiche che si verificano nelle cellule di un organismo. I sistemi aperti, come le cellule viventi, scambiano materia ed energia con l’ambiente circostante. Una cellula vivente è un sistema aperto che deve ottenere dall’ambiente l’energia e il materiale grezzo che le sono necessari. In un sistema aperto possono entrare e uscire materia ed energia. FLUSSO DI ENERGIA E CICLI BIOGEOCHIMICI NEGLI ECOSISTEMI Gli elementi chimici essenziali per la vita vengono riciclati, mentre l’energia, che entra in un ecosistema come luce ne fuoriesce come calore. RESPIRAZIONE CELLULARE Composti organici + Ossigeno —> Biossido di carbonio + Acqua + Energia IL METABOLISMO CELLULARE Le reazioni procedono in sequenze, dette vie metaboliche, formate da più tappe, ciascuna catalizzata da uno specifico enzima. Per esempio in questa immagine viene rappresentata la degradazione del glucosio (catabolico). In tutte le cellule avvengono 2 tipi di reazioni metaboliche: - Reazioni anaboliche, portano alla costruzione di molecole complesse a partire da molecole più semplici (endoergoniche, cioè necessitano di energia per avvenire); - Reazioni cataboliche, degradano molecole complesse formando molecole più semplici (esoergoniche, cioè producono energia). ATP (ADENOSINTRIFOSFATO) Le cellule viventi dipendono dall’ATP per quanto riguarda la cattura, il trasferimento e l’utilizzo dell’energia necessaria per le attività cellulari. Da che cosa è composta l’ATP? Adenina (base azotata), ribosio (zucchero pentoso) e gruppi fosfato. IL CICLO DELL’ATP All’interno del ciclo si susseguono: - Fosforilazione dell’ADP ad ATP (reazione endoergonica) - Idrolisi dell’ATP (reazione esoergonica) L’idrolisi dell’ATP genera l’energia libera secondo le reazioni: ATP + H O —> ADP + Pi + energia ADP + Pi + energia —> ATP + H O 2 2 L’ATP accoppia le reazioni esoergoniche a reazioni endoergoniche. Poichè l’ATP è responsabile dell’accoppiamento di molte reazioni esoergoniche ed endoergoniche, esso è un importante collegamento tra le reazioni cellulari cataboliche e quelle anaboliche. - Reazioni esoergoniche, catabolismo (ad esempio respirazione cellulare); - Reazioni endoergoniche, anabolismo (ad esempio sintesi proteica, divisione cellulare, mantenimento cellulare). ATP E LAVORO CELLULARE L’ATP alimenta i lavori cellulari trasferendo gruppi fosfato (fosforilazione) in reazioni mediate da specifici enzimi. 1. L’acetilCoA CoA aggiunge il suo frammento bicarbonioso all’ossalacetato, producendo citrato; 2. Il citrato viene convertito nell’isomero isocitrato per rimozione e successiva riaggiusta di una molecola di acqua; 3. Il citrato perde una molecola di CO , e il composto risultante viene ossidato con riduzione del NAD+ a NADH; 4. Un’altra molecola di CO viene perduta e il composto risultante viene ossidato con riduzione di NAD+ a NADH. La molecola che rimane viene quindi legata al coenzima A attraverso un legame covalente instabile; 5. Il CoA viene spostato da un gruppo fosfato, che è quindi trasferito su una molecola di GDP, con formazione di un GTP, e da qui sull’ADP, con formazione di una molecola di ATP (fosforilazione a livello del substrato); 6. Due atomi di idrogeno vengono trasferiti al FAD, con formazione di FADH ; 7. L’aggiunta di una molecola di acqua riarrangia i legami nel substrato; 8. Il substrato viene ossidato, con la conseguente riduzione di una molecola di NAD+ a NADH e rigenerazione dell’ossalacetato. La maggior parte di ATP (32-34 molecole) prodotto nella respirazione cellulare viene sintetizzato nell’ultima fase che prevede la formazione di una catena di trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa che hanno luogo nella membrana mitocondriale interna. 2 2 2 1. I trasportatori di elettroni della membrana mitocondriale interna pompano protoni (H+) dalla matrice allo spazio tra la membrana interna e quella esterna; 2. La pompa protonica crea uno squilibrio tra lo spazio intermembrana e la matrice. Questo squilibrio è analogo alla carica elettrica di una batteria; 3. A causa dello squilibrio, i protoni tornano alla matrice passando attraverso una ATP sintasi presente nella membrana interna. Questo “rilassamento” dello squilibrio protonico è accoppiato alla formazione di ATP nel complesso. Le “protuberanze” sferiche si proiettano verso la matrice mitocondriale; queste protuberanze catalizzano la sintesi dell’ATP. - La glicolisi ha una resa netta pari a due molecole di ATP per molecola di glucosio utilizzata; - I successivi cicli dell’acido citrico e della catena respiratoria producono altre 34 molecole di ATP per molecola di glucosio. La maggior parte di queste ulteriori molecole di ATP è prodotta in seguito all’ossidazione nella catena respiratoria dei trasportatori di idrogeno ridotti (generati nella glicolisi, nell’ossidazione del piruvato e nel ciclo dell’acido citrico); - Reagenti e prodotti: C H O + 6O —> 6CO + 6H O + 36ATP6 12 6 2 2 2 LA RESPIRAZIONE CELLULARE AVVIENE NEI MITOCONDRI Le quattro fasi della respirazione aerobica sono: Il primo stadio, la glicolisi, avviene nel citoplasma. Il piruvato, prodotto nella glicolisi, entra nei mitocondri dove la respirazione cellulare prosegue con la formazione dell’acetil coenzima A, il ciclo dell’acido citrico, il sistema di trasporto degli elettroni e la chemiosmosi. La maggior parte dell’ATP è sintetizzata mediante la chemiosmosi. LA RESPIRAZIONE ANAEROBIA - In assenza di ossigeno, molte cellule utilizzano la fermentazione per produrre ATP; - I due tipi di fermentazione più comuni sono quella alcolica e quella lattica; - In presenza di quantità ridotte di ossigeno, le cellule muscolari umane sintetizzano ATP attraverso la fermentazione lattica. LA RESPIRAZIONE CELLULARE - Il piruvato è uno snodo centrale del catabolismo; - In una cellula capace sia di respirazione sia di fermentazione, il piruvato viene specificatamente indirizzato in una di queste vie, di solito in base alla presenza, o meno, di ossigeno. CELLULA EUCARIOTICA - Glicolisi e fermentazione (citoplasma) - Ciclo acido citrico (matrice mitocondriale) - Catena respiratoria e fosforilazione ossidativa (membrana interna del mitocondrio)