1 IL METABOLISMO a cura di ANTONIO CANGIANO. 2 IL METABOLISMO Linsieme delle reazioni chimiche che...
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IL METABOLISMO
a cura
di
ANTONIO CANGIANO
2
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