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IL METABOLISMO

a cura

di

ANTONIO CANGIANO

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IL METABOLISMOL’insieme delle reazioni chimiche che

riforniscono la cellula e l’organismo di energia e materia

SI DIVIDE IN:

CATABOLISMO ANABOLISMO

METABOLISMO ENERGETICO

ENERGIAENERGIA

produce richied

e

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CARATTERISTICHE DELLE REAZIONI METABOLICHE

• sono reazioni di ossidoriduzione

• utilizzano degli accettori di elettroni

• l’energia è immagazzinata nell’ATP

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LA GLICOLISI•Avviene nel citoplasma;

• non ha bisogno di ossigeno

• partendo dal GLU (6C), attraverso una serie di reazioni, tutte controllate da enzimi specifici, arriva all’ ACIDO PIRUVICO (3C), che è un composto più ossidato;

• contemporaneamente si riducono 2 NAD+ in NADH2

• si consumano 2 ATP nella prima parte;

• se ne formano 4 di ATP nella seconda parte;

C6 H12 O6+ 2NAD+ +4ADP+ 4Pi + 2ATP = 2C3 H4 O3 +2 NADH2 +2ADP+2Pi + 4ATP

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LA FERMENTAZIONEIn assenza di ossigeno, quindi negli anaerobi, negli aerobi facoltativi e anche in alcuni tessuti umani quando arriva poco ossigeno (ad esempio nei muscoli), l’acido piruvico non può essere ulteriormente ossidato.

Allora nel citoplasma avviene la FERMENTAZIONE.

Lo scopo della fermentazione è quello di rigenerare il NAD+, necessario per poter continuare la GLICOLISI.

Abbiamo diverse fermentazioni ciascuna delle quali produce sostanze diverse.

Prendiamo in considerazione le più importanti:

• LATTICA

• ALCOLICA

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FERMENTAZIONE LATTICA

• Reazione di ossidoriduzione che avviene in un'unica tappa. • RIDUZIONE: l’ a. piruvico è ridotto a lattato .

OSSIDAZIONE: NADH2 è ossidato a NAD+ • Viene così rigenerato il NAD+ necessario alla glicolisi. • Ac.Piruvico ------> Ac.Lattico: produce  NAD+ per la glicolisi.

C3 H4 O3 + NAD H2 = C3H6O6 + NAD+

a. Piruvico NADridotto a.lattico NAD ossidato

Questa reazione avviene nei nostri muscoli quando ci sottoponiamo ad uno sforzo eccessivo e l’ossigeno che arriva al muscolo non è sufficiente.

Avviene anche nel latte quando è trasformato in yogourt da alcuni batteri.

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• Reazione di ossidoriduzione che avviene in due tappe.

• Prima tappa: l’ a. piruvico perde una molecola di CO2 e si forma un composto a due atomi di carbonio CH3COH (acetaldeide) (2C) .

• Seconda tappa: NADH2 è ossidato a NAD+ e l’acetaldeide (2C) è ridotta ad etanolo CH3CH2OH (2C).

• Viene così rigenerato il NAD+ necessario alla glicolisi.

• Ac.Piruvico ------> etanolo + anidride carbonica: produce  NAD+ per la glicolisi.

FERMENTAZIONE ALCOLICA

C3 H4 O3 + NAD H2 = CH3CH2OH + CO2 + NAD+

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IN PRESENZA DI OSSIGENO

In presenza di ossigeno, l’ac.piruvico è ulteriormente ossidato nei mitocondri; entra nei mitocondri trasportato da un carrier;

Una volta dentro subisce una trasformazione:

ac.piruvico

NAD+ NAD H2

CO2CoA

Acetil CoA

L’acido piruvico perde una molecola di anidride carbonica, e si forma una molecola di NAD ridotto; il composto a due atomi di carbonio che si forma si lega con il coenzima A, formando l’acetil coenzima A che porta la molecola a 2 atomi di C, acido acetico, nel ciclo di Krebs cedendolo all'acido ossalacetico che si riforma alla fine del ciclo.

Ciclo di KREBS

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CICLO DI KREBS

Alla fine del ciclo tutto il carbonio che costituiva il glucosio è ossidato a CO2 e l’idrogeno è stato accettato dal NAD+ e dal FAD+.

L’acetilcoenzimaA entra nei mitocondri, il coenzima A si stacca ed esce dal mitocondrio

il composto a due atomi di carbonio che rimane Si lega ad un composto a quattro atomi di carbonio, formando un composto a sei atomi di carbonio

Attraverso una serie di passaggi si riforma il composto a quattro atomi di carbonio di partenza,

i due atomi di carbonio entrati con il CoA, si ossidano a CO2, contemporaneamente si formano 3NADH2 1FADH2 e un ATP (o GTP nucleotide simile)

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BILANCIO

ATP NADH2 FADH2

GLICOLISI 2(in realtà se ne formano 4, ma due sono usati nella glicolisi)

2 0

formazione acetilCoA

0 2 0

Ciclo di KREBS 2 6 2

totale 4 10 2

Alla fine delle reazioni del ciclo di Krebs

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CATENA RESPIRATORIA

La terza fase della respirazione cellulare è denominata fosforilazione ossidativa, e avviene a livello delle creste mitocondriali, ossia dei ripiegamenti della membrana interna. Essa consiste nel trasferimento degli elettroni dell’idrogeno del NADH a una catena di trasporto (detta catena respiratoria), formata da citocromi (particolari pigmenti), fino all’ossigeno, che rappresenta l’accettore finale, con formazione di acqua. Il passaggio degli elettroni comporta la liberazione di energia che viene immagazzinata nei legami di molecole di ADP, tramite il legame di gruppi fosfato e la sintesi di molecole di ATP.

ADP+P

ATP

ADP+P

ATP

ADP+P

ATP

O2

H2H2 H2

H2

H2O

NADH2

FADH2

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BILANCIO IN ATP ATP che si producono nella catena respiratoria

FADH2

Forma 2 ATP

2x2= 4

NADH2

Forma 3 ATP

3x10=30

ATP che proviene dalla glicolisi, e dal ciclo di Krebs

2 glicolisi.

2 ciclo di kreb s= 4

TOTALE ATP 38EQUAZIONE GENERALE DELLA RESPIRAZIONE CELLULARE:

C6 H12 O6 + 6O2 + 38 ADP + 38 Pi = 6CO2 + 6H2O + 38 ATP

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LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA

Processo anabolico effettuato dagli organismi AUTOTROFI, in grado di “costruirsi da soli il cibo”, fondamentale per tutta la BIOSFERA nel quale le sostanze inorganiche, CO2 e H2O, sono trasformate in sostanze organiche C6 H12 O6, utilizzando la luce del Sole.

Tutte le sostanze organiche che utilizziamo come cibo sono, in ultima analisi, prodotte dagli autotrofi attraverso la fotosintesi..

Altro prodotto di “scarto” è l’ossigeno.

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Nelle piante la FOTOSINTESI avviene in particolari organuli i CLOROPLASTI, che contengono le molecole di CLOROFILLA, un pigmento in grado di catturare l’energia luminosa.

Oltre alla CLOROFILLA intervengono altri pigmenti i CAROTENOIDI.

Si divide in due fasi:

• FASE LUMINOSA richiede la luce solare e avviene sui TILACOIDI della membrana interna dei cloroplasti.

• FASE OSCURA avviene anche in assenza di luce, nello STROMA del cloroplasto

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FASE LUMINOSA

LUCE

ADP+Pi

H2 O

ATP

NADP+

NADPH2

O2

Entrano acqua, luce un accettore di elettroni, l’ADP;

Escono ATP, l’accettore ridotto e l’ossigeno

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FASE LUMINOSA

Fotosistema 2

e-

Fotosistema 1

ADP

ATP

NADPH2

e-

H2 O O2

2H+ + 2e-

luce

luce

La luce colpisce la clorofilla del fotosistema 1 che perde un elettrone ad alta energia, che attraverso vari accettori arriva al NADP+ riducendolo.

Il buco elettronico del fotosistema 1 viene colmato da un elettrone ad alta energia proveniente dal fotosistema 2, colpito a sua volta dalla luce,nel passaggio si forma ATP.

Il buco del fotosistema 2 viene riempito da elettroni provenienti dalla scissione dell’acqua, con formazione di ossigeno

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FASE OSCURA

Avviene nello stroma del cloroplasto.

Avviene anche al buio

E’ un ciclo (ciclo di Calvin)ATP

NADPH2

CO2

C6 H12 O6

NADP+

ADP+Pi

Equazione finale della fotosintesi

6CO2 + 6 H2 O + luce = C6 H12 O6 + 6O2

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ESOENERGETICA

Reazione chimica che produce energia

A + B = C + ATP

ENDOENERGETICA

A+B+ATP= C

Reazione chimica che richiede energia

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OSSIDAZIONE/RIDUZIONE• Reazioni chimiche che avvengono attraverso lo scambio di elettroni/idrogeno.• Una molecola organica si ossida se cede elettroni/idrogeno;• Una molecola organica si riduce se acquista elettroni/idrogenoPer valutare il grado di riduzione di una molecola organica consideriamo il

rapporto H/O.

C6 H12 O6 = GLUCOSIO H/O=12/6=2

C3 H4 O3 = ACIDO PIRUVICO H/O=4/3=1,33

Il Glucosio è una molecola più ridotta dell’acido piruvico, in quanto il rapporto H/O ha un valore maggiore.

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ATP• La molecola energetica per eccellenza.

E’ un nucleotide, formato da:

• Ribosio

• Adenina

• Tre gruppi fosfato

L’energia è immagazzinata nel legame del terzo gruppo fosforico.

La reazione ADP + Pi = ATP è endoenergetica e nelle reazioni cataboliche incamera l’energia.

La reazione ATP = ADP + Pi è esoenergetica e nelle reazioni anaboliche fornisce l’energia necessaria.

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ANABOLISMO

Reazioni endoenergetiche che portano alla formazione di. molecole biologiche.

Queste reazioni utilizzano ATP formato dalle reazioni cataboliche.

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CATABOLISMO

Reazioni esoenergetiche che portano all’ossidazione, parziale o completa, di molecole biologiche .

produzione

Con

Composti del carbonio più ossidati o con un numero di atomi di C minore

Molecole di ATP

NADH2

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TRASPORTATORI DI ELETTRONI

Sono molecole che accettano facilmente elettroni /idrogeno e altrettanto facilmente li cedono a molecole che hanno verso gli elettroni/idrogeno una maggiore affinità.

Queste molecole esistono in due forme:

•La forma ossidata es. NAD+

• la forma ridotta es. NADH2

La reazione è: NAD+ + H2 NADH2

Inserimento dell’ H

+ H2