STORIA

• Inizi ‘800 – sviluppo della chimica organica• 1937 – uso di isotopi radioattivi usati come

traccianti per identificare le tappe del metabolismo intermedio

Necessità cellulare: COSTRUIRE, DEMOLIRE, RINNOVARE

FUNZIONI DEL METABOLISMO

• Fornire energia per permettere alla cellula di svolgere le sue attività.

• Fornire materia per la costruzione di molecole specifiche.

• Assicurare il ricambio molecolare, permettendo alla cellula di regolare il suo ambiente interno e le sue attività.

METABOLISMO IN SINTESI

• Ingestione di macromolecole (proteine, glucidi e lipidi)• L’apparato digerente riduce le macromolecole in

molecole più piccole• Le molecole piccole passano al citoplasma dove vengono

ulteriormente demolite attraverso i processi di:– Glicolisi – degradazione del glucosio– Fermentazione (assenza di O2) ATP

– Respirazione cellulare (presenza di O2)

GLICOLISI

• Via metabolica antica già usata dai batteri 3,5 miliardi di anni fa.

• Si tratta del metabolismo dei glucidi e stadio di estrazione di energia dal glucosio.

• GLICOLISI = DEGRADAZIONE DEL GLUCOSIO

GLICOLISI

• A cosa serve:

– Fonte di energia• In anaerobiosi – 2 ATP• In aerobiosi – 38 ATP

– Fonte di materia• Precursore di molecole di interesse biologico (es.

Pentosi - ribosio, desossiribosio)

GLICOLISI

• Origine del glucosio:– Alimentare – digestione dei polisaccaridi e

disaccaridi– Metabolica – prodotta dalle cellule del fegato

• Dove avviene:– Nel citoplasma delle cellule e avviene

CONTINUAMENTE (tessuti glucosio-dipendenti: globuli rossi e cervello).

GLICOLISI

• É una serie di reazioni, mediante le quali il glucosio viene trasformato in due molecole di un composto a tre atomi di carbonio, la gliceraldeide 3-fosfato o fosfogliceraldeide (PGAl), e successivamente in due molecole di piruvato.

• Nella prima serie di tappe, il glucosio viene trasformato in PGAl, previo utilizzo di due molecole di ATP.

• La tappa 3 è catalizzata dall'enzima fosfofruttochinasi. Questo meccanismo viene utilizzato dalle cellule per evitare di produrre ATP quando non serve

GLICOLISI

GLICOLISI

RESPIRAZIONE CELLULARE

• Permette di estrarre dal glucosio la maggior quantità di ATP in presenza di Ossigeno.

• Avviene nei mitocondri.

RESPIRAZIONE CELLULARE

RESPIRAZIONE CELLULARE

• In presenza di ossigeno: l’acido piruvico entra nel mitocondrio e si pone nella matrice mitocondriale e qui grazie agli enzimi perde il gruppo O2

Ac.piruvico

Ac. Piruvico perde:

• CO2 – decabossilazione• H - deidrogenazione

RESPIRAZIONE CELLULARE

• Il gruppo acetile si attacca alla grande molecola di coenzima A (COA), quindi si ottiene l’acetil coenzima A

Gruppo acetile

RESPIRAZIONE CELLULARE

• Chi permette questa reazione è un’enzima chiamata piruvato-deidrogenasi (complesso proteico grande attivato da vitamine del complesso B di cui la tiamina - vitamina B1 – è particolarmente importante

RESPIRAZIONE CELLULARE

• L’acetil-CoA è molto importante perché è il punto di convergenza del metabolismo dei glucidi, dei lipidi e delle proteine.

• Questo acetil-CoA entra nella matrice

mitocondriale, in un ciclo di reazione che si chiama ciclo di Krebs.

RESPIRAZIONE CELLULARE

• Il Ciclo di Krebs è una sequenza di reazioni cicliche che ha come finalità ossidare completamente l’acetil-CoA a CO2, prodotto di rifiuto della cellula.

Sir Hans Adolf Krebs, vincitore del premio Nobel per la medicina nel 1953.

RESPIRAZIONE CELLULARE

• Il ciclo di Krebs è una sorgente di energia che si libera dalla rottura dei legami che si uniscono agli atomi di carbonio.

• Ad ogni giro l’energia viene immagazzinata in 1 ATP, 3 di NADH e 1 di FADH2.

• Per ossidare una molecola di glucosio sono necessari quindi 2 giri del ciclo di Krebs.

CICLO DI KREBS

Citrato 6C

Isocitrato 6C

Chetoglutarato 5C

Succinile Co-A 4C

Succinato 4C

Fumarato 4C

Malato 4C

Ossalacetato 4C

H2O

NADH

FADH2

H2O

Acetil Co-A 2C

CO2

CO2

NADH

NADH

ATP Co-A

RESPIRAZIONE CELLULARE

RESPIRAZIONE CELLULARE

• Il ciclo di Krebs è sempre seguito dalla fosforilazione ossidativa, una catena di trasporto di elettroni.

• Questa respirazione cellulare estrae energia da NADH e FADH2, ricreando NAD+ e FAD, permettendo in tal modo al Ciclo di continuare.

RESPIRAZIONE CELLULARE

Catena respiratoria o catena di trasporto degli elettroni:- Il NADH (proveniente dalla glicolisi, dall’ossidazione del piruvato in acetil-CoA e dal ciclo di Krebs) ha immagazzinato energia che per poter essere usata dalla cellula, deve essere convertita in ATP.

RESPIRAZIONE CELLULARE

SISTEMA DI TRASPORTO DI ELETTRONI

• NADH → flavoproteina → proteine Fe-S → coenzima Q.

• Succinato → FAD → proteine Fe-S → coenzima Q• coenzima Q → proteine FeS → cit c1 → cit c• Cit c → CuA → cit a → cit a3 → CuB → O2

RIASSUNTO ENERGETICO

GLUCOSIO 2 ATP 2 ATP 2 NADH 6 ATPPIRUVATO PIRUVATO

1 NADH 1 NADH 2 NADH 6 ATPAcetil Co-A Acetil Co-A

Ciclo Krebs Ciclo Krebs

3 NADH 3 NADH 6 NADH 18 ATP1 FADH2 1 FADH2 2 FADH 4 ATP1 ATP 1 ATP 2 ATP 2 ATP

TOTALE ATP 38 ATPOGNI NADH = 3 ATPOGNI FADH2 = 2 ATP

FERMENTAZIONE

Processo mediante il quale organismi ricavano energia chimica dalla demolizione parziale del glucosio in assenza di ossigeno molecolare (anaerobiosi)

FERMENTAZIONE

• Funzione nell’uomo:– Permette ai muscoli di lavorare quando l’apporto

di O2 è insufficiente– Permette ai globuli rossi di ricavare energia

giacché sono sprovvisti di mitocondri• Dove avviene:– Nel citoplasma cellulare

FERMENTAZIONE• LATTICA– Formazione di Acido lattico – sensazione di

affaticamento da parte dei muscoli• Casi di acidosi metabolica – insufficienza epatica o

cardiaca, ustioni, leucemie

• ALCOLICA– Formazione di alcol etilico• Bibite alcoliche – es: Saccaromyces cervisiae• Panifici – lieviti – liberazione di CO2• Formazione dell’acido acetico

FERMENTAZIONE• LATTICA– Formazione di Acido lattico – sensazione di

affaticamento da parte dei muscoli• Casi di acidosi metabolica – insufficienza epatica o

cardiaca, ustioni, leucemie

• ALCOLICA– Formazione di alcol etilico• Bibite alcoliche – es: Saccaromyces cervisiae• Panifici – lieviti – liberazione di CO2• Formazione dell’acido acetico

FERMENTAZIONE