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Biologia Lezione: 05

Bioenergetica

La valuta energetica delle cellu le: ATP. I trasportator i di energia: NAD, FAD.

Reazioni di ossido-riduzione nei viventi. Fotosintesi. Glicolisi. Respirazione

aerobica. Fermentazione

Alla base della vita degli esseri viventi, e quindi, a livello microscopico, delle cellule,

c lenergia . Lenergia si divide in due tipi: l energia potenziale (cio quella che c

ma ancora non viene utilizzata) e l energia cinetica (cio lenergia in uso). La

principale forma di energia per gli esseri viventi proviene dal sole. Lenergia solare

viene raccolta e trasformata in modo da potere essere utilizzata dai vari organismi.

Nelle cellule, alla base dellutilizzo energetico, c la molecola di ATP (adenosin

trifosfato). LATP un ribonucleotide formato da una base azotata (l adenina ), da

uno zucchero pentano ( ribosio ) e da tre gruppi fosfato. Per via della sua alta

capacit energetica, alla base della maggior parte delle reazioni che avvengononelle cellule, cui dona energia mediante una reazione di idrolisi. A sua volta lATP si

forma dalla reazione dellADP con laggiunta di un fosfato ed energia, come vedremo

in seguito.

Poich lATP funge da catalizzatore per gli enzimi, viene considerato un coenzima

per un gran numero di reazioni tra cui le reazioni metaboliche, i processi fisiologici, la

respirazione cellulare, la contrazione muscolare, la sintesi di proteine

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Lenergia messa a disposizione dallATP deve poi essere trasportata dove serve. A

trasportare lenergia ci pensano due enzimi, il FAD (flavin-adenin-dinucleotide) e il

NAD (nicotinammide-adenin-dinucleotide).

Il FAD costituito da da riboflavina+1 molecola ADP e la sua funzione principale di

trasportare lidrogeno.

Il NAD invece ha come funzione principale lintervento nei processi di ossidazione,

soprattutto di alcol primari e secondari.

Linsieme delle trasformazioni che avviene in un organismo prende il nome di

metabolismo, che a sua volta si divide in catabolismo (che comprende le reazioni

degradative) e anabolismo (che comprende le reazioni di sintesi). Come detto

precedentemente, per generare energia e quindi attivare il metabolismo, c bisogno

di ATP, che a sua volta viene trasportato dal FAD e dal NAD. NAD e FAD si possono

trovare in forma ridotta o ossidata, per cui si parla di NAD+ e FAD per le forme

ossidate e di NADH e FADH 2 per le forme ridotte. Inoltre si possono avere le forme di

NAD fosfato ossidato (NADP +) e NAD fosfato ridotto (NADPH)

Reazioni di ossido-riduzione nei viventi

Alla base della formazione dellenergia cellulare, oltre allATP, ci sono degli organelli

che attivano il metabolismo energetico: i cloroplasti nelle cellule vegetali e imitocondri in tutte le cellule. I cloroplasti hanno una forma a lente biconvessa con

contorno ellittico. Ogni cloroplasto circondato da due citomembrane, I cloroplasti

hanno una funzione fonadamentale allinterno del processo di fotosintesi.

Fotosintesi: La fotosintesi quel processo tramite cui il carbonio C dellanidride

carbonica (CO 2) diventa carbonio organico che entra nelle strutture di vari elementi

tra cui soprattutto il glucosio (C 6H12 O 6). Il processo della formazione di radicali HCOH

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viene detto fissazione della CO 2 e richiede una grande quantit di energia che le

piante assorbono dal sole mediante la clorofilla, una grossa molecola dalla formula

C 55 H72 O5N4Mg. Latomo di Mg quello che d il colore verde alla clorofilla. La

reazione generale della fotosintesi clorofilliana la seguente:

6CO 2 + 6H 2O + energia solare C 6H12 O 6 +6O 2

Questa reazione non immediata, ma si svolge in pi fasi che si possono

suddividere in una fase detta fase luminosa (o fotochimica, che avviene solo in

presenza della luce solare, utilizzando lenergia solare per costruire coenzimi e

molecole energetiche e per attuare la fotolisi dellacqua) e in una successiva fase

detta fase oscura (o termochimica, che avviene anche al buio e libera calore

portando alla fissazione della CO 2 dellaria e alla formazione del glucosio e degli altri

prodotti organici).

Glicolisi e fermentazione: La formazione e la messa a disposizione dellenergiaprodotta dalle cellule non istantanea, ma procede sempre per piccoli passaggi per

evitare che troppa energia distrugga le cellule. La principale fonte di energia degli

organismi il glucosio , un monosaccaride in grado di fosforilare l'ADP e trasformarlo

in ATP. Le reazioni che portano alla rottura del glucosio o di altre molecole ad alto

contenuto energetico, sono reazioni di ossido-riduzion e che avvengono in passaggi

successivi. La prima fase viene detta glicolisi anaerobia. E una fase che non

richiede ossigeno e si svolge nel citoplasma. La seconda fase, invece, si svolge neimitocondri e poich consuma ossigeno viene detta glicolisi aerobia o respirazione .

Durante la prima fase, vari enzimi attaccano la molecola di glucosio trasformandola,

tramite il processo di glicolisi anaerobia, in due molecole di acido piruvico (C 3H4O 3).

Nelle cellule eucariote, lacido piruvico, dopo aver perso un altro atomo di carbonio,

entra nei mitocondri dove inizia la seconda fase dellossidazione. Nei batteri e nei

lieviti, che non respirano ossigeno (e infatti sono detti anaerobi), la glicolisi lunico

modo per ottenere energia a partire dallossigeno. Questi microorganismi trasformano

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http://www.anisn.it/omodeo/omodeo/ATP.htmhttp://www.anisn.it/omodeo/omodeo/MNO/ossido.htmhttp://www.anisn.it/omodeo/omodeo/MNO/ossido.htmhttp://www.anisn.it/omodeo/omodeo/ATP.htm

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lacido piruvico in acido lattico (C 3H6O 3) o alcool etilico (C 2H5OH) e danno origine alla

fermentazione, un processo a basso rendimento energetico che li costringe ad

attaccare grandi quantit di zucchero per ottenere lenergia necessaria. Prodotti tipici

della fermentazione sono lalcol etilico, lacido lattico, lacido acetico.

Nelle cellule eucariote, si passa poi alla seconda fase, quella della respirazione , in

cui si hanno una serie di reazioni chimiche che avvengono nei mitocondri. Tra

queste, la reazione pi importante quella che porta alla formazione dellacetil

coenzima A (Acetil CoA) grazie al quale si verificano una serie di reazioni note con il

nome di ciclo di Krebbs . Nel corso di ogni ciclo si formano, tra le 3 molecole di

NADH, una di FADH 2, 2 di ATP e 3 di CO 2 che fuoriescono dal mitocondrio portando

con loro grandi quantit di energia. Questa reazione porta al recupero di 38 molecole

di ATP pari al 40% dellenergia di legame del glucosio, mentre il rimanente 60% si

libera sotto forma di calore.

La terza fase della respirazione cellulare denominata fosfor ilazione ossidativa ed

avviene a livello delle creste mitocondriali (ripiegamenti della membrana interna dei

mitocondri). Essa consiste nel trasferimento degli elettroni dell'idrogeno del NADH a

una catena di trasporto (detta catena respiratoria), formata da citocromi, fino

all'ossigeno, che rappresenta l'accettore finale degli elettroni. Il passaggio degli

elettroni comporta la liberazione di energia che viene immagazzinata nei legami di 36

molecole di ADP tramite il legame di gruppi fosfato e che porta alla sintesi di 36

molecole di ATP. Dalla riduzione dell'ossigeno e dagli ioni H+ che si formano dopo il

trasferimento degli elettroni dal NADH e dal FADH, derivano molecole di acqua che si

aggiungono a quelle prodotte con il ciclo di Krebs.

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