Sintesi sul metabolismo e biotecnologie, Schemi e mappe concettuali di Biologia, microbiologia e tecnologie di controllo ambientale

Scarica Sintesi sul metabolismo e biotecnologie e più Schemi e mappe concettuali in PDF di Biologia, microbiologia e tecnologie di controllo ambientale solo su Docsity! IL METABOLISMO ENERGETICO: DAL GLUCOSIO ALL’ATP -le trasformazioni chimiche nella cellula- La vita di una cellula dipende dalle trasformazioni chimiche che avvengono al suo interno; le biomolecole come carboidrati, i lipidi e gli aminoacidi sono continuamente trasformate attraverso numero enorme di reazioni chimiche: L'insieme delle reazioni chimiche che, in modo coordinato e integrato, degrada e sintetizza le biomolecole cellulari prende il nome di metabolismo. Il metabolismo cellulare svolge tre funzioni principali: 1. Ricavare energia utile per la cellula attraverso la degradazione di sostanze nutrienti, 2. Convertire i nutrienti in molecole utili per la cellula, 3. Sintetizzare macromolecole e polimeri a partire dai precursori. Le reazioni metaboliche sono lente e vengono catalizzate da enzimi, che ne garantiscono lo svolgimento in tempi brevi senza alterare l’equilibrio della reazione stessa. -il catabolismo è il metabolismo degradativo- Il metabolismo è costituito da due fasi distinte ma interconnesse, chiamate catabolismo e anabolismo. Il catabolismo libera energia, l'anabolismo assorbe energia. Le reazioni di degradazione dei carboidrati, acidi grassi e amminoacidi costituiscono nel loro complesso il catabolismo. Le reazioni cataboliche, prevalentemente esoergoniche, determinano il rilascio di energia che viene in buona parte immagazzinata all'interno delle cellule sotto forma di adenosin trifosfato o ATP. L'energia ottenuta dal catabolismo consente di svolgere funzioni come la contrazione muscolare, la trasmissione dell'impulso nervoso, il trasporto delle sostanze attraverso le membrane cellulari e la biosintesi di molecole complesse. Formula di struttura della adenosin trifosfato (ATP) -l’anabolismo è il metabolismo sintetico- L'insieme delle reazioni di sintesi e condensazione all'interno delle cellule viene indicato come anabolismo, questo permette di ottenere una varietà di macromolecole utili alla cellula, come proteine, polisaccaridi, acidi grassi o eme. Le reazioni anaboliche, prevalentemente endoergoniche, non sono spontanee dal punto di vista termodinamico e avvengono solo grazie alla partecipazione di molecole di ATP. Durante le reazioni anaboliche le molecole di ATP si scindono e liberano l'energia necessaria per lo svolgimento della reazione. -le reazioni del metabolismo sono organizzate in vie metaboliche- Le centinaia di reazioni chimiche anaboliche e cataboliche che avvengono in una cellula non si verificano simultaneamente né in modo indipendente l'una dall'altra, ma sono regolate e coordinate all'interno di vie metaboliche. Una via metabolica è una sequenza di reazioni chimiche catalizzate da specifici enzimi in cui il prodotto della prima reazione è il reagente della seconda, il prodotto di questa è il reagente della terza, e così via fino al prodotto finale della via. Le molecole prodotte e utilizzate nei vari passaggi di una via metabolica prendono il nome di intermedi metabolici. Il metabolismo è quindi un insieme di vie metaboliche lineari e ramificate, spesso interconnesse; gli intermedi di una via possono partecipare anche ad altre reazioni ed essere utilizzati in più vie metaboliche diverse.In realtà, la perfetta sovrapposizione tra vie cataboliche e anaboliche non si verifica quasi mai. Ciò consente di regolare in modo indipendente i processi catabolici e anabolici a seconda delle esigenze della cellula. In ogni caso, la quantità di energia rilasciata è uguale a quella assorbita. Il ciclo dell’acido citrico è una via metabolica terminale: il metabolismo terminale completa l’ossidazione e la degradazione delle molecole di partenza producendo una serie di coenzimi ridotti. Le vie anaboliche al contrario, partono da pochi precursori semplici per dare origine a numerose molecole complesse diverse. L’anabolismo è pertanto costituito da un insieme di vie divergenti. ▷ L’ATP è la principale fonte di energia per le reazioni metaboliche L’ATP è una molecola ad alta energia idrolisi: le cellule ottengono energia dall’ossidazione di sostanze organiche e tale energia viene immagazzinata nelle molecole di ATP. Ciò significa che nella reazione di idrolisi dell’ATP, si libera una quantità di energia molto superiore a quella liberata dall’idrolisi di un normale legame covalente. Nel metabolismo cellulare, gran parte delle reazioni cataboliche sono esoergoniche, che avvengono spontaneamente; al contrario, molte reazioni anaboliche sono endoergoniche e non dovrebbero svolgersi. Queste reazioni in realtà possono avvenire perché sono accoppiate a reazioni fortemente esoergoniche, come quella dell’ATP. Questo processo di accoppiamento energetico è il motore di numerosi processi fisiologici che richiedono energia per svolgersi. ▷NAD e FAD sono importanti agenti ossidanti Il metabolismo energetico si basa su reazioni di ossidoriduzione: la molecola di ossigeno è il più potente agente ossidante cellulare. Per la sua elevata reattività, la molecola di ossigeno è potenzialmente pericolosa e in grado di generare specie reattive che possono danneggiare strutture cellulari. Per questo motivo la sua azione è circoscritta da due particolari enzimi, che agiscono come principali agenti ossidanti: NAD e FAD. I due coenzimi legano gli elettroni trasformandosi nella forma ridotta, rispettivamente, FADH2 e NADH. Questi coenzimi giocano un ruolo chiave nel metabolismo ossidativo cellulare in quanto trasferiscono gli elettroni nella catena di trasporto elettronico fino all’ossigeno, gettando le basi per la produzione della maggior parte dell’energia di cui la cellula ha bisogno. ▷ I processi metabolici sono finemente regolati Il metabolismo è un complesso intreccio di reazioni che deve essere regolato con precisione. Tale regolazione avviene secondo il principio di massima economia: vengono prodotte solo le sostanze di cui esiste effettiva necessità e soltanto nelle quantità e nei tempi opportuni evitando di sprecare molecole indispensabili. La regolazione del metabolismo avviene secondo tre meccanismi generali, che descriviamo di seguito. Controllo dell'attività catalitica degli enzimi La regolazione di una specifica via metabolica avviene mediante il controllo delle attività dell'enzima che catalizza la reazione più lenta. Il flusso metabolico è determinato dalla tappa