6. metabolismo Flashcards
Come si definisce il metabolismo di una cellula?
Insieme delle trasformazioni della materia e dell’energia all’interno della cellula.
Si divide in
- catabolismo: insieme delle reazioni di degradazione con cui molecole complesse vengono trasformate in complessi semplici (si libera energia)
- anabolismo: insieme delle reazioni di sintesi di molecole complesse a partire da composti semplici (occorre energia).
Catabolismo
Insieme di reazioni di degradazione.
Molecole complesse -> composti semplici.
Si libera energia.
Anabolismo
Insieme di reazioni di sintesi.
Composti semplici -> molecole complesse.
Serve energia.
Organismi fotoautotrofi
Organismi che utilizzano direttamente la luce del Sole per produrre molecole ad alta energia.
Organismi chemiotrofi
Organismi che ottengono energia dall’ossidazione delle molecole ad alta energia prodotte dai fotoautotrofi.
Primo principio della termodinamica (e applicazione nella biologia)
L’energia si può trasformare, ma non si può né creare né distruggere.
In biologia, tutta l’energia usata dagli organismi viventi proviene, in origine, dal Sole.
L’energia solare entra nel sistema biologico tramite la fotosintesi, con cui l’energia solare viene convertita in energia chimica e immagazzinata nei legami chimici degli zuccheri.
Secondo principio della termodinamica (e applicazione nella biologia)
I sistemi evolvono spontaneamente verso un maggiore grado di entropia.
I sistemi biologici tendono ad aumentare l’ordine al loro interno, provocando un aumento di entropia nell’ambiente.
Relazione tra fotosintesi e respirazione
Processi complementari.
Fotosintesi (piante, alghe, alcuni batteri): energia solare → molecole organiche
CO2 + H2O → O2 + zuccheri
Respirazione (gran parte degli organismi viventi): molecole organiche → energia di legame chimico utilizzabile
zuccheri + O2 → H2O + CO2
Quali organismi fanno la fotosintesi?
Piante, alghe, alcuni batteri
Le reazioni chimiche cellulari possono raggiungere tutte l’equilibrio chimico?
No, altrimenti morirebbe la cellula.
Infatti, le reazioni che raggiungono l’equilibrio chimico si fermano.
La cellula scambia continuamente sostanze con l’ambiente esterno, in modo tale da non raggiungere mai l’equilibrio chimico.
Ossidazione
- perdita di elettroni
- guadagno di ossigeno
- perdita di idrogeno
- rilascio di energia → esoergonica ed esotermica
Riduzione
- guadagno di elettroni
- perdita di ossigeno
- guadagno di idrogeno
- immagazzinamento di energia → endoergonica ed endotermica
Come funziona l’ossidazione di molecole organiche per liberare l’energia immagazzinata nei legami?
molecola organica + O2 → CO2 + H2O
(respirazione cellulare)
Reazione esoergonica
Reazione che libera energia.
Si passa da un’elevata energia potenziale chimica a bassa energia potenziale chimica; si scende di energia potenziale → spontanee.
ΔG<0: i prodotti hanno un contenuto energetico minore dei dei reagenti.
es. Respirazione cellulare (ossidazione del glucosio), ΔG = -686 kcal/mol
Reazione endoergonica
Reazione che necessita un apporto energetico.
Si passa da bassa energia potenziale chimica ad alta energia potenziale chimica, quindi c’è bisogno di energia per portare a termine la reazione → NON spontanee.
ΔG>0: i prodotti hanno un contenuto energetico più alto dei reagenti.
es. Fotosintesi clorofilliana, ΔG = 686 kcal/mol
ΔG
La variazione di energia libera ΔG è la differenza tra l’energia libera dei prodotti finali e quella dei reagenti iniziali.
Si misura in kcal/mol.
Reazioni accoppiate
Molte reazioni biologiche sono energeticamente sfavorevoli (endoergoniche). Perciò, per farle avvenire con minore energia libera (<0), vengono spesso accoppiate a reazioni energeticamente favorevoli (esoergoniche), di modo che l’energia rilasciata dalla reazione esoergonica venga usata per far avvenire la reazione endoergonica.
Qual è la molecola usata per immagazzinare energia nelle cellule?
ATP (adenosin trifosfato)
ATP
Adenosina 5’-trifosfato.
3 gruppi fosfato carichi negativamente legati tra loro da legami fosfoanidride (fosfato inorganico Pi HPO4(2-) + H+ si legano all’O- dell’altro fosfato, rilasciando H2O) e legati a 1 ribosio, legato a 1 adenina (adenosina = ribosio + adenina).
“Moneta di scambio energetico”, molecola trasportatrice di energia.
Può passare da uno stato ad alta energia (ATP) a uno a bassa energia (ADP) grazie alla presenza dei gruppi fosfato: ATP + H2O → ADP + P, ΔG = -7,2 kcal/mol (reazione esoergonica).
Durante i processi anabolici (sintesi), l’energia è trasferita dall’ATP, che diviene ADP, a molecole complesse (glicogeno, proteine, trigliceridi).
Durante i processi catabolici (demolizione), l’energia è trasferita dalle molecole complesse all’ATP (ADP+P)
Idrolisi
Reazione di demolizione a opera di molecole d’acqua.
Fosforilazione
Reazione che consiste nell’aggiunta di uno o più gruppi fosfato PO4(3-) a una molecola.
L’aggiunta è catalizzata da una proteina chinasi.
La rimozione è operata da una fosfatasi.
L’aggiunta di gruppi fosfato a una proteina può modificare la sua conformazione e dunque la sua funzione (binomio struttura-funzione).
Energia di attivazione
Barriera energetica. È l’energia necessaria perché una reazione abbia inizio.
Può essere abbassata dagli enzimi.
Enzimi
Catalizzatori biologici proteici.
Elevata specificità: catalizzano un solo tipo di reazione → hanno un sito attivo (regione proteica a cui aderisce il substrato) altamente specifico.
Rimangono inalterati dopo aver catalizzato una reazione.
Elevata efficienza: poche molecole di enzima agiscono su grandissime quantità di substrato.
Agiscono in diversi modi:
- abbassano l’energia di attivazione → accelerano la velocità di reazione
- accoppiano reazioni esoergoniche a reazioni endoergoniche.
NON modificano:
- direzione della reazione
- bilancio energetico (ΔG)
- prodotti finali
- punto di equilibrio.
Catalisi enzimatica
Il substrato (reagente) aderisce al sito attivo dell’enzima, formando il complesso enzima-substrato (reversibile e temporaneo), che viene tenuto insieme da forze elettrostatiche o interazioni idrofobiche.
Il complesso enzima-substrato segue uno di due modelli:
- chiave-serratura: il substrato si incastra perfettamente nel sito attivo dell’enzima
- adattamento indotto: il sito attivo è flessibile e si adatta alla forma del substrato, cambia conformazione man mano che si lega il substrato.
L’enzima catalizza la reazione abbassando la sua energia di attivazione:
- provoca tensione nelle molecole del substrato,
- modifica la reattività del substrato,
- colloca le molecole del substrato in allineamento favorevole.
Si formano i prodotti, che si staccano dal sito attivo.
L’enzima può catalizzare un’altra reazione.
