Metabolismo cellulare Flashcards
Definizione di metabolismo
il metabolismo cellulare è l’insieme delle reazioni di trasformazione della materia e dell’energia che si svolgono all’interno della cellula.
Catabolismo
l’insieme delle reazioni di degradazione delle molecole complesse in sostanze più semplici.
Anabolismo
l’insieme delle reazioni di sintesi dei costituenti cellulari a partire da composti semplici.
Reazioni esoergoniche
liberano l’energia necessaria alla cellula per mantenere le strutture e il livello di organizzazione che la caratterizzano.
Reazioni endoergoniche
richiedono energia, che è fornita loro dalle reazioni cataboliche attraverso un trasportatore intermedio: l’ATP.
Adenosintrifosfato (ATP)
è formato da un nucleoside, l’adenosina, legato a tre gruppi fosfato. Il legame fra il primo e il secondo fosfato e il secondo e il terzo sono legami ad alta energia.
Adenosindifosfato (ADP)
crea l’ATP attraverso l’unione con un gruppo fosfato.
Utilizzo ATP
è una “moneta di scambio energetico” cellulare e permette il collegamento tra le reazioni cataboliche e quelle anaboliche.
Ossidazione
perdita di elettroni.
Riduzione
acquisizione di elettroni. Quando una molecola si riduce entrano atomi di idrogeno perché se acquista un elettrone acquista anche uno ione (H+).
I trasportatori di elettroni più importanti
NAD (NADH), FAD (FADH2), NADP (NADPH)
NAD
nicotinammide adenina dinucleotide. Può accettare un protone e due elettroni. NAD + 2e + 2H —-> NADH + H
FAD
flavina adenina dinucleotide. Può accettare due elettroni e due protoni. FAD + 2e + 2H —-> FADH2
NADP
nicotinammide adenina dinucleotide fosfato. Può accettare un protone e due elettroni. NADP + 2e + 2H —-> NADPH + H.
Produce O2 partendo da H2O durante la frase luminosa della fotosintesi, viene poi utilizzato per sintetizzare glucosio a partire da CO2 durante la fase oscura della fotosintesi.
Enzimi
le reazioni metaboliche avvengono grazie all’intervento degli enzimi, proteine a struttura generalmente globulare. Gli enzimi sono catalizzatori biologici: aumentano la velocità delle reazioni biologiche senza parteciparvi direttamente e senza essere consumati.
Substrati
la sostanza o le sostanze che reagiscono legandosi a un certo enzimi. Il substrato si lega all’enzima in un punto preciso, detto SITO ATTIVO, creando un complesso enzima-substrato. Gli enzimi sono altamente specifici.
Cofattori
condizioni di temperatura e pH ben precise.
Coenzimi
piccole molecole, spesso vitamine o complessi derivati da queste, esse aiutano gli enzimi.
Formula del glucosio
C6H12O6
Anaerobiosi
in assenza di ossigeno il glucosio viene ridotto tramite il processo della fermentazione ad acido lattico, etanolo o altri composti.
Aerobiosi
in presenza di ossigeno il glucosio viene ossidato a CO2 durante la respirazione cellulare.
Glicolisi
il glucosio a 6 atomi di carbonio, viene gradualmente trasformata in due molecole di acido piruvico a 3 atomi di carbonio, liberando energia. L’energia liberata durante la glicolisi viene sfruttata per produrre due molecole di ATP e due molecole di NADH.
Fasi della respirazione cellulare
questo processo ha luogo nei mitocondri e viene diviso in tre frasi principali: la decarbossilazione del piruvato, il ciclo di Krebs (o dell’acido citrico) e la catena respiratoria.
Decarbossilazione del piruvato
il piruvato entra nel mitocondrio,perde una molecola di CO2 e allo stesso tempo viene ossidata. Nel corso di questa reazione il piruvato si trasforma in un GRUPPO ACETILE (2 atomi di C) che si lega a un composto chiamato COENZIMA A (CoA); si forma così ACETIL-COENZIMA A, che entra nel ciclo di Krebs, e una molecola di NADH.
Ciclo di Krebs
è una serie ciclica di reazioni nella prima delle quali il gruppo acetile (2 atomi di C) si lega all’ ACIDO OSSALACETICO (4 antomi di C) formando ACIDO CITRICO (6 atomi di C). L’acido citrico subisce quindi una serie di ossidazioni che portano alla formazione di due molecole di CO2 e una di ATP e alla riduzione di tre molecole di NAD+ a NADH e una di FAD a FADH2.
Catena respiratoria (catena di trasporto degli elettroni)
i due condensatori ridotti infatti si ossidano cedendo elettroni alla catena respiratoria, costituita da una serie di proteine trasportatrici inserite nella membrana che forma le creste mitocondriali, ognuna delle quali fa passare gli elettroni a un livello energetico sempre più basso. L’energia che gli elettroni perdono gradualmente, passando da un trasportatore all’altro, viene sfruttata per produrre ATP: l’ossidazione del NADH produce tre molecole di ATP, quella del FADH2 ne produce due.
ATP prodotto dal NADH
3 molecole di ATP.
ATP prodotto dal FADH2
2 molecole di ATP.
Citocromi
molecole che fanno parte della catena respiratoria, potendo esistere in forma ossidata e una ridotta, fungono da trasportatori di elettroni. L’ultimo trasportatore della catena cede gli elettroni all’ossigeno, che è dunque l’accettore finale, trasformandolo in acqua.
Accoppiamento chemiosmotico
durante il trasporto degli elettroni, i protoni (ioni H+) sono pompati nello spazio tra le due membrane generando così un gradiente elettrochimico; gli ioni H+ rientrano poi nella matrice attraverso un canale presente in una proteina detta ATP SINTETASI e il loro flusso fornisce l’energia necessaria per sintetizzare l’ATP a partire da ADP e fosfato.
Bilanciamento energetico della demolizione del glucosio
dall’ossidazione completa di una molecola di glucosio si ottengono 38 molecole di ATP; di queste, solo 2 sono prodotte dalla glicolisi, contro le 36 prodotte dalla respirazione, che è dunque la via più efficacie per liberare l’energia contenuta nel glucosio. Il rendimento energetico dell’intero processo è dunque pari a circa il 40%.
La fosforilazione ossidativa
La produzione di ATP accoppiata al trasporto degli elettroni nella catena respiratoria.
Fonti alternative di energia (carboidrati)
polisaccaridi e disaccaridi sono trasformati in monosaccaridi, la maggior parte dei quali sono poi convertiti in glucosio o altri intermedi della glicolisi.
Fonti alternative di energia (lipidi)
trigliceridi sono scomposti in glicerolo e acidi grassi; il glicerolo viene convertito in fosfogliceraldeide che è un intermedio della glicolisi, mentre gli acidi grassi sono trasformati in acetilCoA che entra nel ciclo di Krebs.
Fonti alternative di energia (proteine)
sono idrolizzate ad amminoacidi; dopo aver perso il gruppo amminico, gli amminoacidi possono essere convertiti in piruvato, acetilCoA oppure in composti intermedi del ciclo di Krebs.
Produzione energia in assenza di ossigeno (anaerobiosi)
fermentazione (avviene nel citoplasma), che può essere di due tipi: fermentazione alcolica e fermentazione lattica. La sola utilità della fermentazione è quella di riossidare NADH prodotto attraverso la glicolisi, ripristinando così la scorta cellulare di NAD+, necessaria per lo svolgimento della glicolisi.
Fermentazione lattica
è operata da alcuni batteri del latte che trasformano il lattosio in acido lattico ed è il processo sfruttato per la produzione di yogurt e latticini. Questa fermentazione ha luogo anche nei muscoli quando l’apporto di ossigeno non è sufficiente a produrre abbastanza ATP con la respirazione.
Fermentazione alcolica
i lieviti (appartenenti al regno dei funghi) convertono il glucosio in alcol etilico
Organismi aerobi
vivono in presenza di ossigeno e utilizzano gas per demolire le sostanze organiche, tramite la respirazione cellulare.
Organismi anaerobi
vivono in ambienti privi di ossigeno e per riossidare il NADH, prodotto durante la glicolisi, utilizzano la fermentazione.
Organismi aerobi facoltativi
possono effettuare sia la respirazione sia la fermentazione, e sono in grado di modificare il proprio metabolismo in base alle circostanze ambientali.
Respirazione anaerobica
alcuni procarioti sono in grado di ricavare energia mediante demolizione ossidativa della sostanza organica, secondo vie metaboliche analoghe alla respirazione in cui però l’accettore finale di elettroni non è l’ossigeno.
Enzimi allosterici
oltre a riconoscere il proprio substrato sono in grado di legare in siti specifici, diversi dai siti attivi, molecole diverse dai substrati, che fungono da attivatori o da inibitori (regolatori allosterici). Molti farmaci devono la loro azione alla capacità di inibire specifici enzimi.
Le penicilline
inibiscono la transpeptidasi, enzima batterico coinvolto nella formazione della parete cellulare. Siccome le cellule umane non possiedono parete cellulare, l’enzima transpeptidasi non è presente nelle cellule umane, quindi le penicilline agiscono in modo specifico sui batteri e non danneggiano le cellule umane.
Organicazione del carbonio
trasformazione del carbonio (CO2), composto inorganico, in glucosio (C6H12O6), composto organico.
Fase luminosa
avviene nei tilacoidi e per progredire richiede luce che, catturata dalla clorofilla, viene trasformata in energia chimica sotto forma di ATP e NADPH e produce O2.
Fase oscura
comprende una serie ciclica dei reazioni, detta ciclo di Calvin, che si svolge nello stroma, indipendentemente dalla luce; nel corso di queste reazioni l’energia dell’ATP e il potere riducente del NADPH sono utilizzati per ridurre la CO2 e produrre glucosio.
Quantità di ATP e di NADPH per produrre una molecola di glucosio
per fissare una molecola di CO2 sono necessarie 3 molecole di ATP e due di NADPH, per produrre una molecola di glucosio (ottenuta mediante la fissazione di 6 molecole di CO2) ne occorrono dunque 18 di ATP e 12 di NADPH.
Ciclo di Calvin
sintesi del glucosio a partire da molecole di CO2. La CO2 entra nel ciclo di Calvin legandosi a uno zucchero a 5 atomi di C (RuDP), reazione catalizzata dell’enzima RIBULOSIODIFOSFATO CARBOSSILASI (o RUBISCO). Ciò porta alla formazione di un composto instabile a 6 atomi di C, che immediatamente si decompone in due molecole a 3 atomi di C (PGA). Ogni molecola di PGA si lega a un gruppo fosfato proveniente dalla scissione dell’ATP. Quest’ ultimo, utilizzando NADPH prodotto dalla fase luminosa, viene infine ridotto a G3P. Ogni 6 molecole di CO2 fissate nel ciclo di Calvin, si ha la formazione di 12 molecole di G3P: 10 di queste continuano il ciclo fino a ricostituire RuDP, mentre due si uniscono per formare il fruttosio difosfato dal quale poi si origina il glucosio fosfato. Quest’ultimo può essere utilizzato per produrre saccarosio che viene trasportato alle varie parti della pianta, oppure utilizzato per la sintesi di amido o di collagene.
Organismi autotrofi
sono in grado di produrre sostanze organiche (zuccheri) a partire da sostanze inorganiche semplici (CO2 e H2O) prelevate dall’ambiente. Essi si dividono in fotosintetici (o fotoautotrofi) e chemiosintetici (chemioautotrofi).
Fotoautrotofi
sfruttano come fonte di energia per organicare il carbonio la luce solare.
Chemioautotrofi
sfruttano l’energia liberata da reazioni di ossidazione.
Eterofrofi
sono gli organismi che non sono in grado di sintetizzare autonomamente molecole organiche partendo da molecole inorganiche semplici e devono perciò prelevarle dall’ambiente, cibandosi di autotrofi (animali erbivori), di altri eterotrofi (animali carnivori), di sostanza organica che ottengono dagli organismi viventi (parassiti) oppure di prodotti di rifiuto (saprobi).
