Scarica Respirazione cellulare e fotosintesi e più Schemi e mappe concettuali in PDF di Biologia solo su Docsity! La respirazione cellulare è un processo catabolico che riguarda gli organismi eterotrofi, cioè quelli che non sono in grado di auto procurarsi il nutrimento. Si dice catabolico perché trasforma gli zuccheri delle sostanze nutritive in energia sotto forma di ATP. La glicolisi è la prima fase dell'ossidazione del glucosio. - In presenza di ossigeno, il piruvato prodotto dalla glicolisi viene ossidato a CO2 e H2O; questo processo aerobico costituisce la respirazione cellulare→ 32 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio. - In assenza di ossigeno, alla glicolisi segue la fermentazione (processo anaerobico) trasforma il piruvato in lattato o in etanolo (ossidazione del glucosio incompleta)→ 2 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio ossidata. Avviene nei mitocondri, centrale energetica della cellula, avvolti da una doppia membrana interna (sede dei trasportatori della catena di trasporto degli elettroni) ed esterna, ma la maggior parte delle reazioni avvengono nella matrice mitocondriale (sede della piruvato deidrogenasi e degli enzimi del ciclo di Krebs). La respirazione cellulare comprende tre vie metaboliche: 1. Decarbossilazione ossidativa del piruvato: il piruvato viene trasformato in acetil-CoA = reazione catalizzata dalla piruvato deidrogenasi: ・decarbossilazione e ossidazione del piruvato (a 3 atomi di carbonio) ad acetile (a 2 atomi di carbonio) con liberazione di una molecola di CO2 e la riduzione di una molecola di NAD+ a NADH; ・formazione di un legame tra il gruppo acetile e il coenzima A per produrre acetil-CoA. Per ogni molecola di glucosio si ottengono 2 CO2, 2 acetil-CoA e 2 NADH. 2. Ciclo di Krebs: via metabolica costituita da 8 reazioni, ciascuna catalizzata da uno specifico enzima. 1. legame tra il gruppo acetile dell’acetil-CoA e l’ossalacetato (a 4 atomi di C) con formazione del citrato (a 6 atomi di C) 2. Il citrato è isomerizzato a isocitrato, poi decarbossilato per formare α-chetoglutarato (a 5 atomi di C) 3. α-chetoglutarato decarbossilato in succinil-CoA 4. succinil-CoA convertito in succinato. L'energia liberata nel processo è usata per catalizzare la sintesi di una molecola di GTP, usata per produrre ATP 5. Succinato ossidato a fumarato 6. Fumarato reagisce con una molecola di acqua formando il malato 7. Malato ossidato a ossalacetato. Può reagire con una nuova molecola di acetil-CoA e iniziare un altro giro del ciclo. Dato che ogni molecola di glucosio che entra nella glicolisi produce 2 molecole di piruvato ossidate a due molecole di acetil-CoA, il ciclo si compie due volte per ogni molecola di glucosio. ・I prodotti di due giri del ciclo di Krebs: l'energia rilasciata è accumulata sotto forma di coenzimi ridotti (6 NADH e 2 FADH2) +sintesi di 2 ATP. Tutto ciò porta all'ossidazione completa dei due atomi di carbonio del gruppo acetile con produzione di 4 CO2. 3. Fosforilazione ossidativa (membrana mitocondriale interna): riossida i coenzimi ridotti NADH e FADH2, liberando elettroni e protoni: ・gli elettroni sono trasferiti all'ossigeno attraverso la catena di trasporto o catena respiratoria, una serie di trasportatori di elettroni posti sulla membrana interna dei mitocondri. L'O2 è ridotto ad H2O. ・tra i due lati della membrana mitocondriale interna si crea un gradiente elettrochimico che sostiene la produzione di ATP attraverso il processo di chemiosmosi ⇓ Il trasferimento di elettroni lungo la catena respiratoria è accompagnato dal trasferimento di protoni dalla matrice mitocondriale verso lo spazio intermembrana. Questo processo produce un gradiente elettrochimico che costituisce la forza proton-motrice, la quale spinge i protoni verso la matrice fornendo l'energia necessaria per la sintesi di ATP. L'ATP sintasi: 1. proteina canale = diffonde i protoni nella matrice 2. utilizza l'energia associata alla diffusione dei protoni per sintetizzare ATP a partire da ADP e Pi La fotosintesi è un processo anabolico poiché in questo caso gli organismi autotrofi, in grado di procurarsi il nutrimento in maniera autonoma, trasformano l'energia solare in zuccheri. I risultati dell'esperimento condotto da Ruben e Kamen dimostrarono che l'ossigeno prodotto dalla fotosintesi proviene dall'acqua. Avviene nei cloroplasti ed è suddivisa in due fasi principali: 1. fase dipendente dalla luce (fase luminosa): avviene nella membrana dei tilacoidi, zona del cloroplasto anche detta fotosistema, formato da molecole di clorofilla e carotenoidi legati a proteine. [ pigmenti (molecole eccitate dalla luce = clorofilla, carotenoidi, ficobiline) assorbono alcune lunghezze d'onda della luce e ne riflettono altre: queste ultime sono responsabili della colorazione del pigmento. ] Il sistema antenna di ogni fotosistema assorbe l'energia luminosa, provocando l'eccitazione delle molecole. Quando l'eccitazione converge nel centro di reazione, avvengono processi di ossidoriduzione che convertono la luce in energia chimica. Il flusso di elettroni che ne consegue segue un percorso detto anche schema Z (così chiamato per l'andamento degli elettroni durante il percorso), simile alla catena di trasporto degli elettroni dei mitocondri nella respirazione cellulare. Nel percorso avviene la sintesi di ATP attraverso il processo di chemiosmosi, che è alla base della fosforilazione ossidativa nei mitocondri e che permette anche il processo di fotofosforilazione. L’accettore finale è il NADP+, sintetizzato a NADPH. 2. fase indipendente dalla luce (fase oscura): utilizza l'ATP e il NADPH prodotti dalla fase luminosa per sintetizzare altre molecole di CO2 in zuccheri. Il ciclo di Calvin è costituito da tre processi:
