Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Il metabolismo energetico

No description
by

davide prezi

on 5 June 2014

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Il metabolismo energetico

Il Metabolismo energetico è costituito dall'insieme delle
VIE METABOLICHE
che permettono alla cellula di ricavare energia dall'ambiente.
Il metabolismo energetico
Il metabolismo cellulare comprende sia reazioni ANABLOLICHE (cioè di costruzione, che richiedono energia) sia reazioni CATABOLICHE (cioè di demolizione, che liberano energia).

Il metabolismo energetico ha il compito di estrarre energia dall'ambiente ricavandola da sostanze nutrienti oppure convertendo la luce solare in energia chimica, come fanno le piante.
Questo processo è simile in tutti gli organismi, ma negli eucarioti le singole reazioni avvengono in
ORGANULI SPECIFICI
Il Metabolismo energetico
Immagazzina l'energia generata dal
METABOLISMO DEL GLUCOSIO
sotto forma di ATP
I processi metabolici più importanti per sfruttare l'energia del glucosio sono: la
GLICOLISI
, la
FERMENTAZIONE
e la
RESPIRAZIONE CELLULARE
Le reazioni del metabolismo procedono gradualmente, attraverso una serie di tappe. In ogni tappa si forma uno
SPECIFICO PRODOTTO INTERMEDIO
che verrà utlizzato nella fase successiva fino alla formazione del
PRDOTTO FINALE
.
- Ogni reazione di una via metabolica (v.m.) è catalizzata da un enzima speicifico

- le v.m. sono simili in tutti gli organismi

-negli eucarioti le v.m. sono organizzate per compartimenti

-ogni v.m. è regolata da enzimi chiave che determina la velocità delle reazioni
Le vie metaboliche
non comprendono
un numero sempre uguale di reazioni e non procedono sempre in modo lineare
Le cellule hanno bisogno di ricavare energia dalla demolizione di sostanze nutrienti. Il nutriente più comune è lo zucchero glucosio C6 H12 O6.
Il glucosio ha un elevato contenuto energetico: se lo mettiamo sulla fiamma si comporta come il metano, reagisce con l'ossigeno O2 formarndo diossido di
carbonio
e
acqua
. Liberando energia sottoforma di calore. (reazione esoergonica)

C6 H12 O6
6CO2 + 6H2O + energia
Un processo omologo avviene nelle cellule ma l'energia non viene liberata sottoforma di calore ma viene utilizzata per costruire molecole di ATP
ADP + Pi + energia
ATP
Gli organismi viventi ricavano energia dai composti prodotti della fotosintesi e si trasformano tali composti in glucosio, che poi metabolizzano attraverso la glicolisi producendo piruvato, un composto a tre atomi di carbonio. Le molecole di piruvato saranno ulteriormente metabolizzate attraverso la fermentazione anaerobica o la respirazione cellulare. L'energia liberata attraversi tali processi viene immagazzinata sottoforma di molecole di ATP.
Le
reazioni REDOX
operano un trasferimento di elettroni e di energia.In una reazione di ossidoriduzione o reazione redox una sostanza cede uno o più elettroni ad un'altra sostanza;

-
Riduzione
: acquisto elettroni

-
Ossidazione
: perdita elettroni

H = H(+) + e-
I coenzimi
sono piccole molecole che favoriscono le reazioni enzimatiche;

ADP
: preleva energia per sintetizzare ATP

FAD
: traferisce elettroni durante il metabolismo del glucosio

NAD
: agisce da trasportatore di elettroni durante le reazioni redox. Si presenta in due forme chimicamente distinte: NAD+ (forma ossidata) e NADH+ + H+ (forma ridotta)
LA GLICOLISI
La glicolisi ha luogo nel citoplasma dove il glucosio si scinde e si ossida. Avviene in 10 tappe ciascuna delle quali catalizzata da uno specifico enzima. Produce 2 molecole di piruvato e energia (2 ATP; riduzione di 2 molecole di NAD+ a NADH + H+)
Si divide in due fasi:

la prima consuma ATP

la seconda produce ATP
1a: Si divide in 5 reazioni endoergoniche. Idrolizzate due molecole di ATP vengono aggiunti due gruppi fosfati allo zucchero che diventa cosi una molecola instabile e reattiva in modo da render facile la rotture dei legami. Il glucosio si trasforma in due molcole di
GLICERALDEIDE 3 FOSFATO
(G3P), zucchero fosfato a 3 atomi di carbonio
2a: Un gruppo fosfato passa dai prodotti intermedi alla molecola di ADP. Due molecole di G3P vengono ossidate (processo esoergonico: libera energia: 4 molecole di ATP e due molecole di NAD+ diventano NADH + H+) formando cosi 2 molecole di
PIRUVATO
BILANCIAMENTO ENERGETICO
Glucosio + 2 ATP + 4 ADP + 2 Pi + 2NAD+
2 piruvato + 4 ATP + 2 NADH + 2H+ + 2H20
2 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio nette - 5% dell'energia che una cellula può ricavare da una molecola di glucosio
LA FERMENTAZIONE
Rigenera il NAD+ consumato dalla glicolisi.
Avviene nel citosol in assenza di ossigeno e serve ad ossidare. La resa energetica di glicolisi e fermentazione è molto scarsa: 2 o al massimo 3 molecole di ATP
La fermentazione lattica: dal piruvato all'acido lattico. Può avvenire nei muscoli o in molto procarioti. Viene utilizzata per produrre formaggi e yogurt. Si trasforma lo zucchero lattosio in acido lattico. La fermentazione dell'acido lattico utilizza come reagente l' NADH + H+ per ridurre il piruvato al lattato rigenerando NAD+.
La fermentazione alcolica: dal piruvato all'aclol etilico. Si verifica in certi lieviti e in alcune cellule vegetali. Nella fermentazione alcolica il piruvato, derivato della glicolisi si trasforma in
acetaldeide
con liberazione di CO2 (responsabile della lievitazione della pasta di pane + glutine).
L'acetaldeide si riduce a etanolo utlizzando come agente riducente il NADH + H+ prodotto dalla glicolisi.
LA RESPIRAZIONE CELLULARE
Avviene nei mitocondri e comprende 3 vie metaboliche:
1. Ossidazione piruvato
2. Ciclo di Krebs
3. Conversione ADP in ATP
Dalle prime due vie metaboliche che avvengono nella matrice mitocondriale, otteniamo CO2 e H2O ed energia che viene immagazzinata in NADH e FADH2
Nella terza v.m. che avviene sulla membrana interna dei mitocondri, si converte ADP in ATP con l'aiuto dell'ossigeno e dell'energia contenuta in NADH e dall'FADH2.
L'ossidazione del piruvato connette la glicolisi al ciclo di Krebs
Dopo la glicolisi il piruvato si ossida e diventa acetile, una molecola a due atomi di carbonio. Successivamente subisce una nuova trasformazione legandosi al
coenzima A
(un composto derivato da una vitamina del gruppo B) e formando l'
acetilcoenzima A
(
acetil-CoA
).

Il Processo inizia quando una proteina di trasporto fa entrare il piruvato nel mitocondrio, qui si converte in acetil-CoA attraverso una reazione catalizzata dalla piruvato Deidrogenasi (un enorme complesso enzimatico addossato alla membrana mitocndriale interna):
1. Il piruvato si ossida ad acetato con liberazione di una molecola di CO2
2. Una parte dell'energia derivante dall'ossidazione viene utlizzata per ridurre NAD+ a NADH+ H+.
3. L'altra parte dell'energia viene utlizzata come carburante per il ciclo di Krebs.
Piruvato + NAD+ + CoA
acetil-CoA + NADH + H+ + CO2
Il ciclo di Krebs completa l'ossidazione del glucosio fino a CO2
Il ciclo di Krebs si svolge in otto tappe. Si parte dall'acetil-CoA che si lega all'ossalacetato formando cosi il citrato: un composto a 6 atomi di carbonio. Il gruppo acetile, che forma l'acetil-CoA viene ossidato completamente. Per ogni gruppo acetile:
1. Vengono allontanati sottoforma di CO2 due atomi di carbonio utlizzando quattro coppie di atomi di idrogeno per ridurre i trasportatori di elettroni.
2.Si producono 3 molecole di NADH + H+ e una di FADH2.
3.Si produce una molecola di ATP.
Al termine del ciclo di Krebs avremo 6 molecole di CO2
La respirazione cellulare: il trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa
NADH e FADH2 si ossidano cedendo elettroni e idrogeno all'ossigeno che si riduce in acqua attraverso una catena di trasportatori. L'energia liberata da questa ossidazione viene utlizzata per sintetizzare ATP. Ogni molecola di ATP viene riciclata 300 volte al giorno attraverso la
fosforilazione ossidativa
.
Negli eucarioti il trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa avvengono sulla membrana interna dei mitocondri
In una cellula sono presenti circa 2000 mitocondri (organuli circondati da due membrane). I mitocondri hanno una membrana interna (molto estesa ripiegata a formare delle creste; impermeabile a ioni e a molecole polari che per attraersarla necessitano di proteine di trasporto); e da una membrana esterna (liscia e permeabile alla maggior parte delle piccole molecole e ioni). Sono dotati di uno spazio di intermembrana e di una matrice, ovvero una soluzione gelatinosa delimitata da una membrana interna dove troviamo il DNA, l'RNA e i ribosomi. La catena di trasporti degli elettroni deve comprendere cosi tanti componenti e passaggi complessi perchè questa reazione libera una grossa quantità di energia. Infatti, controllare il rilascio di energia prodotto dall'ossidazione del NADH è possibile proprio grazie alla catena di trasporto degli elettroni: una serie di reazioni ciascuna delle quali libera una quantità di energia contenuta e gestibile.
La catena di trasporto degli elettroni traghetta elettroni e libera energia.

Nella catena respiratoria gli elettroni provenienti dall'NADH e dall'FADH2 passano all'ossigeno; questi prendono parte alle reazioni redox rilasciando gradualmente la propria energia. La struttura della catena respiratoria negli eucarioti:

1. I trasportatori di elettroni sono contenuti in 4 complessi proteic, tre dei quali sono proteine transmembrana, cioè sporgono su entrambi i lati della membrana. Ciascun complesso contiene centri redox (molecole che contengono atomi di ferro come i citocromi o le proteine ferro-zolfo).

2.Il coenzima Q o ubichinone è una piccola molecola polare che accetta e cede elettroni e si muove liberamente nella membrana mitocondriale interna.

3. Il citocromo è una piccola proteina estrinseca.
Possiamo immaginare
la catena di trasporto come una cascata in cui gli elettroni scendono lungo un pendio costituito dai trasportatori. Ciò che fa muovere gli elettroni è il fatto che ogni trasportatore ha un'affinità maggiore per gli elettroni rispetto a quello precedente.
La fosforilazione ossidativa produce la maggior parte dell'ATP cellulare
Tutti i complessi respiratori sono alloggiati nella membrana mitocondriale interna. Sono vere e proprie pompe protoniche. L'energia rilasciata dalla catena di trasporto serve per pompare H+ nello spazio intermembrana.
Nella
chemiosmosi
gli ioni H+ si diffondono attraverso la membrana interna utilizzando
ATP sintetasi
(un trasportatore), che impiega la forza protonomotrice per generare ATPa partire da ADP e Pi (
fosforilazione ossidativa
)
La respirazione cellulare ha una resa energetica molto maggiore della fermentazione
La fosforilazione ossidativa prudce un numero di molecole di ATP molto più grande della fermentazione. La glicolisi seguita dalla respirazione cellulare arriva a 32 molecole di ATP.
Nei prodotti finale della fermentazione acido lattico ed etanolo, resta molta più energia che nel prodotto finale della respirazione cellulare, la CO2.
I collegamenti tra le vie metaboliche
Le vie metaboliche all'interno della cellula costituiscono una rete complessa.
Le reazioni cataboliche convertono carboidrati, lipidi e proteine in molecoe utli per entrare in veri punti della glicolisi e del ciclo di Krebs
Le reazioni anaboliche utlizzano alcune molecole alimentari e certi prodotti intermedi della glicolisi e del ciclo di Krebs per la sintesi di altre biomolecole
Full transcript