Respirazione cellulare, Slide di Biologia

Scarica Respirazione cellulare e più Slide in PDF di Biologia solo su Docsity! RESPIRAZIONE CELLULARE COS’È 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 energetiche viene liberata attraverso una serie di reazioni di ossidoriduzione e infine immagazzinata sotto forma di molecole di ATP, che rappresentano l'energia utilizzabile dai processi cellulari. Lo schema tipico della respirazione cellulare si può suddividere in 4 fasi: Glicolisi Decarbossilazione del Piruvato Ciclo di Krebs Fosforilazione Ossidativa GLICOLISI La prima fase della respirazione cellulare consiste nella Glicolisi, ovvero l'ossidazione del Glucosio in molecole di Piruvato (o Acido Piruvico). La Glicolisi avviene nel citoplasma ed è il sistema metabolico più antico e comune a tutti gli organismi, sia aerobi che anaerobi. È una serie di 10 reazioni in cui una molecola di Glucosio a 6 atomi di carbonio viene ossidata a 2 molecole di Piruvato a 3 atomi di carbonio ciascuna. La prima metà della Glicolisi viene detta fase di investimento e in essa vengono consumate 2 molecole di ATP FASE 1 DECARBOSSILAZIONE DEL PIRUVATO La reazione di decarbossilazione del piruvato è l’anello di congiunzione tra le vie metaboliche della glicolisi e del ciclo di Krebs noto come ciclo dell’acido citrico Dopo la glicolisi, il piruvato si sposta dal citosol alla matrice dei mitocondri dove reagisce con il coenzima A (CoA) per formare acetil CoA. Nel processo, è prodotta una molecola di NADH e una molecola di anidride carbonica per ogni piruvato prodotto. Piruvato + NAD + + CoA → Acetil-CoA + NADH + CO2 È un processo di ossidazione irreversibile in cui il gruppo carbossilico è rimosso dal piruvato sotto forma di CO2 e i due carboni rimanenti diventano il gruppo acetilico dell’acetil-CoA. REAZIONE La decarbossilazione del piruvato è catalizzata dalla piruvato deidrogenasi (PDH) FASE 1 La citrato sintasi è responsabile della velocità di reazione nella prima fase del ciclo quando l’acetil-CoA è combinato con acido ossalacetico per formare citrato. È inibito da alte concentrazioni di ATP, acetil-CoA e NADH che indicano un già alto livello di approvvigionamento energetico. La molecola prodotta nella reazione, il citrato, può anche agire da inibitore della reazione. Poiché la citrato sintasi è inibita dal prodotto finale del ciclo dell’acido citrico come ATP, l’ADP (adenosina difosfato) agisce come attivatore allosterico dell’enzima quando l’ATP è formato da ADP. Pertanto, la velocità del ciclo si riduce quando la cella ha un alto livello di ATP. FASE 2 L’enzima isocitrato deidrogenasi è un catalizzatore importante nella terza fase della reazione. Regola la velocità alla quale l’isocitrato isomero citrato perde un carbonio per formare la molecola a cinque carbonio α-chetoglutarato. Il coenzima NADH è un prodotto della reazione e, a livelli elevati, agisce come un inibitore spostando direttamente le molecole NAD + da cui è formato. FASE 3 L’enzima isocitrato deidrogenasi è un catalizzatore importante nella terza fase della reazione. Regola la velocità alla quale l’isocitrato isomero citrato perde un carbonio per formare la molecola a cinque carbonio α-chetoglutarato. Il coenzima NADH è un prodotto della reazione e, a livelli elevati, agisce come un inibitore spostando direttamente le molecole NAD + da cui è formato. FASE 6 Nella sesta fase il succinato viene ossidato nei carboni 2 e 3 formando un doppio legame tra i due con la formazione di un FADH2. L’enzima è la succinato deidrogenasi e la molecola formata è il fumarato. FASE 7 Nella settima fase Il doppio legame viene idratato tramite la fumarasi formando L-malato. L’enzima è altamente stereospecifico e l’isomero che può formarsi è solo il “trans L”. FASE 8 Nell’ottava fase il gruppo ossidrilico viene ossidato dalla malato deidrogenasi formando nuovamente ossalacetato e un NADH La catena di trasporto degli elettroni è un processo cellulare di ossidoriduzione che avviene nei mitocondri tramite trasferimento di elettroni. È un meccanismo fondamentale per la respirazione cellulare e costituisce la prima parte della fosforilazione ossidativa, che termina con la sintesi di ATP. Gli elettroni passano attraverso una catena di trasportatori disposti in maniera asimmetrica nella membrana interna. 1. CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI Nella seconda fase della fosforilazione ossidativa il gradiente protonico della prima fase, viene sfruttato per azionare l'enzima transmembrana ATP-Sintasi, in grado di sintetizzare molecole di ATP a partire da ADP+P.. 2. LA SINTESI DI ATP BILANCIO ENERGETICO FINALE La resa energetica dell'intero processo di respirazione è quindi molto elevata: 36 ATP contro i 2 prodotti dalla sola glicolisi, corrispondenti a 686 kcal/mole. Quindi si ricava circa il 40% di energia contro il 3% della glicolisi. Si parte dal glucosio che ha 6C. Le manifestazioni cliniche più frequenti sono: Convulsioni Ipotonia Oftalmoplegia Episodi di simili ad ictus Debolezza muscolare Grave stipsi Cardiomiopatia Acidosi lattica COME E PERCHE’ ACIDOSI NASO LATTI o ACIDO LATTICO Viene prodotto dalle cellule quando esse non ricevono un apporto adeguato di ossigeno per permettere loro di metabolizzare il glucosio fino ad anidride carbonica ed acqua. L'acido lattico aumenta nel sangue per eccesso di produzione di lattato e per ridotta rimozione da parte del fegato. In condizioni normali aumenta dopo un esercizio fisico intenso, per lo sbilanciamento tra le necessità energetiche dei muscoli e l'apporto di ossigeno attraverso la circolazione del sangue. Biochimicamente, vi può essere una grave acidosi lattica perché il rapporto NADH:NAD aumenta, spostando l'equilibrio della reazione della lattato deidrogenasi verso il lattato. L'aumento del rapporto lattato:piruvato differenzia il deficit di fosforilazione ossidativa dalle altre cause genetiche di acidosi lattica, come il deficit di piruvato carbossilasi o piruvato deidrogenasi, in cui il rapporto lattato:piruvato rimane normale. Il fattore di crescita dei fibroblasti-21 (FGF-21) e il fattore di differenziazione della crescita-15 (GDF-15) sono biomarcatori aggiuntivi che possono suggerire una disfunzione mitocondriale. Sono stati descritti numerosi difetti della fosforilazione ossidativa. IN SINTE SI L'acidosi lattica è un' acidosi metabolica ad elevato gap anionico causata da elevati livelli di acido lattico nel sangue. L'acidosi lattica deriva da un'aumentata produzione di lattati o da un metabolismo ridotto di acido lattico, o da entrambi.