Bioenergetica Flashcards
Cos’è ?
È quella parte della biochimica che ci da informazioni sulle varie forme di energia indispensabili per
i processi biologici
Da dove prendono energia gli organismi, e come si dividono in base a come la ottengono ?
L’uomo a quale categoria fa parte ?
La fonte di energia è diversa a seconda del microrganismo che si considera:
- fototrofi: ottengono l’energia dalla luce
- chemiotrofi: ottengono energia dalle reazioni chimiche.
fotoautotrofi * fotoeterotrofi * chemioautotrofi * chemioeterotrofi
L’uomo è un organismo chemioeterotrofo.
In biochimica i processi che si realizzano infatti sono di due tipi:
- Anabolici, ossia tutti i processi in cui avviene la biosintesi, in cui avvengono reazioni di
riduzione e che partendo da molecole molto semplici si formano molecole più complesse. - Catabolici, ossia processi ossidativi dove si parte da molecole di grosse dimensioni a
molecole più piccole.
Energia libera ( G ) di Gibbs
Energia libera (G) di Gibbs
Dal punto di vista termodinamico le reazioni che avvengono nelle cellule e negli organismi viventi,
vengono suddivise in:
- endoergoniche, se le reazioni per potersi realizzare hanno bisogno di energia, quindi si dice
che il prodotto che si forma si arricchisce di energia,
- esoergoniche, quando si ha liberazione di energia.
Alla reazione che si realizza nella cellula ci sarà una quantità di energia associata ai prodotti che si
formano e un’altra associata ai reagenti; alla reazione è associato quindi un valore di energia libera
(delta G), questo parametro:
- se è negativo (<0) ci dirà che la reazione avviene spontaneamente e che è esoergonica.
- Viceversa se l’equazione all’equilibrio, quindi non c’è differenza di energia tra quella
associata ai prodotti e quella associata ai reagenti e DeltaG=0.
- Se invece l’energia associata ai reagenti è superiore rispetto a quella associata ai prodotti,
avremo un DeltaG>0,
Cos’e’ il metabolismo ?
E’ l’insieme del anabolismo e del catabolismo.
È un insieme di reazioni chimiche che cooperano tra di loro per potersi realizzare e ognuna
catalizzata da uno specifico enzima per rendere possibili due processi fondamentali:
1. estrarre energia
2. sintetizzare prima i precursori delle macromolecole e poi le macromolecole.
catabolismo si realizza grazie alla presenza di nutrienti e la demolizione di questa macromolecola
determinerà la liberazione di energia.
L’energia che viene liberata, è sotto forma di energia chimica o di ATP o riducenti NADPH. Le reazioni biochimiche avvengono o perché si formano legami
carbonio-carbonio o perché si spezza il legame carbonio-carbonio
ATP
Molecola ad alto contenuto energetico. L’ATP è un nucleotide, formato da una base azotata (adenina), da uno zucchero (ribosio) e da tre
gruppi fosfato legati in alfa, in beta e in gamma. Se perde un gruppo fosfato si trasforma in ADP, se
ne perde due si trasforma in AMP.
È una molecola ad alto contenuto energetico perché i tre gruppi fosfato che presentano gli atomi di
ossigeno ionizzati realizzano una forte repulsione tra di loro che rende la molecola poco stabile,
quindi i legami si spezzano e librano energia. Quindi tra l’ATP, l’ADP e l’AMP quella che risulterà
energeticamente più stabile è la prima perché man mano che si perdono i gruppi fosfato le
molecole successive saranno più stabili e non avranno la possibilità si liberare energia.
L’ATP a pH 7 presenta quattro cariche negative. È
stabilizzato da ioni magnesio, che neutralizza le cariche negative; al contrario quando deve essere
liberata energia, l’allontanamento del magnesio favorisce la rottura del legame.
Ciclo dell’ATP
L’ATP quindi crea un ciclo perché nel momento in cui viene idrolizzato, si stabilizza e diventa ADP e
fosfato, l’energia che è contenuta nell’ADP verrà utilizzata per varie reazioni biosintetiche, quindi sarà
necessario che avvengono le reazioni cataboliche per trasformare nuovamente l’ADP con il fosfato
in ATP. L’ATP quindi, permette al glucosio di essere trasformato in un composto più reattivo, l’ATP serve solo a formare intermedi molto reattivi, come per
esempio nella trasformazione da glutammato a glutammina.
Fosfocreatina
Un’altra molecola ad alto contenuto energetico è la fosfocreatina, instabile, che se idrolizzata andrà a liberare il fosfato, prodotto finale, che è la creatina e il DeltaG.
Acetil-CoA
Si dice che il catabolismo è convergente verso un unico metabolita che è l’Acetil-CoA, potrà o andare in contro alla demolizione completa nel ciclo di Krebs o rappresentare il precursore di
altre macromolecole.
Reazioni biologiche di ossidoriduzione
Le ossidoriduzioni sono genericamente reazioni in cui si ha trasferimento di elettroni dal punto di vista inorganico. Nel caso delle ossidoriduzioni biochimiche gli elettroni, invece, devono passare da
un intermedio metabolico e l’altro. Sono reazioni catalizzate da enzimi e queste reazioni
consentono la librazione di lavoro e di energia. possono anche essere acquistate o perse molecole di ossigeno, possono essere acquistati o persi atomi di idrogeno
Equivalente riducente
Equivalente riducente: una sostanza che cede elettroni e protoni. Reazione redox: una sostanza si ossida (cede elettroni) e un’altra si riduce (li acquista). Ossigeno: spesso partecipa a queste reazioni, aggiungendosi o rimuovendosi dalle molecole
NAD
Quindi nelle reazioni ossidative biochimiche, dove da una parte abbiamo il catabolismo, che è
ossidativo e dall’altro abbiamo l’anabolismo che è riduttivo, quelli che vengono trasferiti sono gli
equivalenti riducenti, per esempio il glucosio che viene completamente ossidato a CO2 e acqua,
nella sua combustione trasferirà gli equivalenti riducenti ad un substrato in grado di accettarli che
genericamente è il NADP. Nelle ossidoriduzionI interviene spesso l’acqua. Le molecole che cedono o si fanno carico degli equivalenti riducenti sono i coenzimi e nelle
ossidoriduzioni un coenzima che solitamente è coinvolto è il NAD o NADPH, sono forma attivate di
una vitamina, derivano dalla nicotammide. il NAD in forma ossidata partecipa prevalentemente alle vie cataboliche
trasformandosi poi in NAD ridotto, mentre il NADPH in forma ridotta è il coenzima che partecipa
principalmente alle reazioni anaboliche.
FAD
Altro coenzima coinvolto nelle ossidoriduzioni biologiche è il FAD nella forma ossidata e nella
forma ridotta con la sigla FADH2.
Catena respiratoria mitocondriale
La catena respiratoria è una serie di reazioni che avviene nei mitocondri (le “centrali energetiche” delle cellule) e serve per produrre ATP, la molecola che fornisce energia alla cellula.
Come funziona la caten. resp. mitoc. ?
Partono gli elettroni:
Molecole come il NADH e il FADH₂ (prodotte in processi come la glicolisi e il ciclo di Krebs) cedono elettroni alla catena respiratoria.
Questi elettroni “scorrono” lungo una serie di proteine e molecole (come i citocromi) presenti nella membrana mitocondriale.
Mentre gli elettroni passano da una molecola all’altra, rilasciano energia.
Questa energia viene usata per pompare protoni (H+) dall’interno del mitocondrio all’esterno, creando un “gradiente” (una differenza di concentrazione).
I protoni tornano dentro il mitocondrio attraverso una proteina chiamata ATP-sintetasi.
Questo flusso di protoni fornisce l’energia necessaria per trasformare ADP in ATP.
Gli elettroni, dopo aver attraversato la catena, si combinano con l’ossigeno e i protoni per formare acqua (H₂O).
Quanto ATP si produce?
Ogni molecola di NADH produce circa 2,5 ATP.
Ogni molecola di FADH₂ produce circa 1,5 ATP.
Cosa si intende per alimentazione, nutrizione e nutrirsi ?
Per Alimentazione si intende fornire cibo all’organismo, che attraverso la digestione,
l’assorbimento ed i processi metabolici, ne estrarrà energia e le sostanze fondamentali per far
funzionare l’organismo e svolgere le funzioni indispensabili per “vivere”.
- La nutrizione è la scienza che studia il corretto apporto dei tre gruppi principali di nutrienti
(zuccheri, grassi e proteine), che in modo servono al nostro organismo per il mantenimento
delle funzioni vitali.
- Nutrirsi significa dare al nostro corpo le sostanze di cui ha bisogno per rimanere efficiente ed in salute.
Quali sono i principali metaboliti, e cosa fanno ?
I metaboliti complessi cioè carboidrati, proteine e lipidi vengono degradati prima nelle loro unità
monomeriche, cioè glucosio, amminoacidi, acidi grassi e glicerolo, e poi trasformati
nell’intermedio comune che è l’acetil-CoA.
