BIOENERGETICA E METABOLISMO Flashcards
Perché abbiamo bisogno di nutrirci?
Essendo degli organismi eterotrofi, che significa che non riusciamo a sintetizzare i nutrienti da soli ma dobbiamo assumerli dall’esterno, abbiamo bisogno di ricavare energia dal catabolismo delle sostanze che ingeriamo. L’energia si ricava dalla rottura dei legami chimici. Il processo che permette di ricavare energia e consiste nella demolizione delle macromolecole nei loro mattoncini fondamentali, le biomolecole.
Quali sono i due processi fondamentali del metabolismo?
- CATABOLISMO: demolizione di grandi molecole in molecole più piccole e semplici. Avviene grazie all’ossidazione e rilascia energia. Per esempio la glicolisi.
- ANABOLISMO: è la sintesi di molecole complesse partendo da molecole semplici, tipica degli organismi autotrofi come le piante che sintetizzano glucosio a partire da CO2 e H2O utilizzando energia luminosa. Queste reazioni richiedono energia e agenti riducenti per avvenire.
Viene a crearsi un equilibrio (omeostasi) tra reazioni cataboliche e anaboliche nell’organismo.
Ci sono forme di immagazzinamento di biomolecole?
- tessuto adiposo: magazzino di acidi grassi sotto forma di trigliceridi
- glicogeno: riserva di glucosio nel fegato e nei muscoli
NON esiste una riserva di amminoacidi nel corpo, ma c’è un pool di amminoacidi liberi circolanti che se servono vengono riutilizzati per assemblare proteine e enzimi.
Cos’è il catabolismo ossidativo?
Successivamente alla digestione, che consiste nella semplice rottura delle macromolecole in biomolecole più piccole, c’è la fase di catabolismo ossidativo che consiste nella rottura di legami chimici attraverso l’utilizzo di ossigeno e reazioni di combustione in cui si ossidano fortemente gli atomi di carbonio. Questi processi catabolici rilasciano energia sotto forma di ATP e coenzimi ridotti (NAD, FAD, ecc). L’ATP è energia pronta all’uso, mentre i coenzimi ridotti sono in grado di rendere un certo numero di molecole di ATP dopo una serie di reazioni di riossidazione.
Quali sono le principali funzioni del metabolismo?
- ottenere energia chimica dalla degradazione di sostanze nutritive ricche di energia, dall’ambiente o dall’energia solare
- convertire le molecole nutritive nei precursori di base
- unire le biomolecole più piccole per formare le macromolecole: proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici con utilizzo di energia
- formare e degradare biomolecole continuamente
- il mantenimento dell’omeostasi attraverso una fine regolazione evitando cicli futili
Qual’è l’intermedio delle varie vie metaboliche?
L’acetil-CoA è l’intermedio che unisce le vie cataboliche, poi da esso si produrranno CO2, H2O e NH3 attraverso delle vie specifiche. Infatti si dice che le vie cataboliche siano CONVERGENTI, cioè arrivano ad un risultato comune.
Parla dell’ ossidazione del carbonio.
Un atomo di carbonio può essere più o meno ridotto e questo lo si può notare dal suo numero di ossidazione e dagli atomi legati ad esso. Per esempio un atomo di carbonio legato a quattro atomi di idrogeno avrà numero di ossidazione -4 e sarà al suo stato di riduzione massimo. Nel caso in cui il carbonio leghi un gruppo OH avrà numero di ossidazione -2. Un gruppo carbonilico di un’aldeide fa assumere al carbonio numero di ossidazione pari a 0, perché se è presente un doppio legame è come se il carbonio fosse legato a due atomi di ossigeno. Nell’ acido carbossilico corrispondente il carbonio diventerà +2 ed infine nella CO2 avrà numero di ossidazione +4 (ci sono due doppi legami, quindi ipoteticamente quattro ossigeni). Notiamo che man mano che si aggiungono atomi di ossigeno il numero di ossidazione aumenta e il carbonio si ossida.
I carboidrati sono ricchi di gruppi ossidrilici quindi si pongono a livello degli alcoli come stato di ossidazione.
Gli acidi grassi invece posseggono catene idrocarburiche, talvolta anche lunghe, quindi sono molto ridotti. Una molecola ricca di carboni ridotti dovrà essere sottoposta a più step di ossidoriduzione per ricavare energia.
Ecco perché i lipidi dal punto di vista energetico sono più favorevoli dei carboidrati, si libererà più energia dal catabolismo degli acidi grassi piuttosto che dal catabolismo dei glucidi. Verrà rilasciato più ATP.
Per quali motivi l’idrolisi di ATP genera energia?
La rottura dei legami fosfoanidridici dell’ATP genera prodotti più stabili, ADP e gruppo fosfato sono più stabilizzati dell’ATP, questo per i seguenti motivi:
- risonanza: il fosfato liberato ha diverse forme di risonanza (la stabilizzazione aumenta all’aumentare delle forme di risonanza) e anche l’ADP è stabilizzato da risonanza
- repulsione elettrostatica: rompendo un legame fosfoanidridico allontaniamo cariche negative che essendo prima vicine si respingevano e davano instabilità alla molecola
- motivo entropico: una molecola che si scinde in due molecole polari in soluzione acquosa aumenta la dissoluzione e l’energia di solvatazione (è più facile che si disciolgano)
Quali sono altri composti fosforilati ad alta energia?
- ATP: ha legami fosfoanidridici
- FOSFOCREATINA: legame tra gruppo fosfato acido, e gruppo amminico, per ragioni di stabilizzazione del legame questa molecola libera energia sotto forma di ATP
- 1,3-BISFOSFOGLICERATO: tre atomi di carbonio che lega 2 gruppi fosfato con un legame estere (bassa energia) e un legame anidridico (alta energia)
- FOSFOENOLPIRUVATO: ha un legame estere tra il tautomero enolico e il fosfato. I tautomeri enolici vengono trasformati nei rispettivi tautomeri chetonici liberando energia.
Quali sono i composti fosforilati a bassa energia?
- glucosio-6-fosfato
- glucosio-1-fosfato
- glicerolo fosfato
Perché esiste l’accoppiamento di reazioni?
È un meccanismo attraverso il quale una reazione fortemente endoergonica, come la formazione del glucosio-6-fosfato, è accoppiata a una reazione fortemente esoergonica, ad esempio l’idrolisi di ATP.
A sua volta la sintesi di una molecola di ATP per avvenire necessita energia, quindi viene accoppiata ad un’altra reazione che rilasci più energia. Come abbiamo visto precedentemente ci sono composti a più alta energia dell’ATP come l’1,3-difosfoglicerato.
Solitamente le reazioni endoergoniche sono accompagnate dall’ idrolisi di ATP che ricava l’energia necessaria.
Cos’è l’acetil-coA?
È il catabolita intermedio di tutti i nutrienti che vengono degradati nelle reazioni cataboliche ed è costituito da un gruppo acetilico legato al coenzima A. Il legame che unisce il gruppo acetilico al coenzima A è un legame ad alta energia, un TIOESTERE, perché è molto instabile. I tioesteri sono trasportatori di gruppi acilici.
L’acetil-coA non solo è il punto di raccordo del catabolismo, ma è anche un punto di partenza per la sintesi di molti composti biologici come grassi, steroli e corpi chetonici.
La parte che contiene lo zolfo è irrilevante dal punto di vista delle dimensioni. L’acetato si lega al gruppo sulfidrilico con un legame tioestere.
Riassumi brevemente le due tipologie di reazioni che avvengono nel metabolismo.
- reazioni cataboliche: i nutrienti vengono degradati e producono energia e coenzimi ridotti attraverso reazioni di ossidazione che portano alla formazione di CO2 e H2O.
- reazioni anaboliche: utilizzo di ATP e coenzimi ridotti per sintetizzare nuove biomolecole
Parla dei mitocondri.
I mitocondri sono organelli deputati alla produzione di energia. Sono complessi e costituiti da un sistema di due membrane, una interna e una esterna, che creano delle invaginazioni. Nella membrana interna ha luogo la respirazione cellulare. L’emoglobina trasporta ossigeno e lo rilascia nei tessuti e si diffonde nei mitocondri che lo utilizzano per riossidare coenzimi ridotti.
Con l’ossidazione gli atomi di carbonio dei nutrienti si trasformano in CO2 e i coenzimi riossidati vengono ridotti ad H2O. In pratica l’acqua non deriva dai nutrienti ma dai coenzimi (NAD e FAD) che vengono ridotti acquistando idrogeno o ioni idruro.
Qual è il meccanismo della catena respiratoria?
È il meccanismo secondo il quale si devono riossidare i coenzimi ridotti per essere riutilizzati in altre reazioni, questo meccanismo avviene nei mitocondri nella catena di trasporto degli elettroni. Ad esempio il NADH che ha un potenziale di reazione abbastanza negativo, riesce a donare i suoi elettroni ad una coppia redox con un potenziale di riduzione meno negativo, e così via fino ad arrivare all’accettore ultimo che è l’ossigeno. Vi è una concatenazione di reazioni successive. Gli elementi della catena respiratoria sono ordinati secondo un potenziale redox crescente: dal più negativo al più positivo.
