7 Le biochimica CAPITOLO Indice Il metabolismo cellulare

Presentazione sul tema: "7 Le biochimica CAPITOLO Indice Il metabolismo cellulare"— Transcript della presentazione:

1 7 Le biochimica CAPITOLO Indice Il metabolismo cellulare
1. Il metabolismo dei carboidrati 2. La glicolisi 3. Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) 4. Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa 5. Il controllo della glicemia 6. Via del pentoso fosfato 7. Gluconeogenesi 8. I lipidi: fonte di energia 9. Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi) 10. Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi 11. Catabolismo dei trigliceridi (lipidi) 12. Biosintesi del colesterolo 13. Sintesi dei corpi chetonici 14. Metabolismo degli amminoacidi Mappa concettuale

2 Il metabolismo cellulare
La cellula svolge una serie di processi chimici per le sue funzioni vitali che prendono il nome di metabolismo. Il metabolismo si compone di due serie di reazioni: • Catabolismo, in cui molecole complesse sono degradate a molecole semplici. In questi processi distruttivi (glicolisi, fermentazioni, respirazione cellulare) si ha produzione di energia. • Anabolismo, in cui molecole complesse sono formate da molecole semplici con un consumo di energia (sintesi delle proteine, fotosintesi).

3 Il metabolismo dei carboidrati
1 Il metabolismo dei carboidrati Un posto importante nella dieta dell’uomo e degli animali è occupato dai carboidrati che forniscono circa il 50% dell’energia introdotta.

4 C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi  2CH3 – CO – COO– + 2ATP + 2NADH + 4H+
La glicolisi La glicolisi è il processo principale con cui gli organismi demoliscono il glucosio per ricavarne energia. Tutte le reazioni si verificano nel citosol e sono catalizzate da enzimi specifici, che possono essere debolmente legati a strutture cellulari come le membrane. Nella glicolisi si ha la conversione di una molecola di glucosio in due molecole di acido piruvico che, nelle condizioni fisiologiche, si presenta nella forma di ione piruvato, CH3 – CO – COO–. L’energia che viene liberata è conservata come ATP. La reazione complessiva della glicolisi è così rappresentata: C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi  2CH3 – CO – COO– + 2ATP + 2NADH + 4H+ glucosio piruvato

5 2 La glicolisi Glucosio  Lattato + 2 H+
Le fermentazioni: metabolismo anaerobico del piruvato In condizioni anaerobiche o in difetto di ossigeno, il piruvato viene convertito mediante fermentazione in un prodotto finale ridotto che nel muscolo è il lattato (fermentazione anaerobica omolattica), mentre in presenza di lieviti in etanolo e CO2 (fermentazione anaerobica alcolica). Il percorso completo, che include la glicolisi e la riossidazione di NADH, è chiamato fermentazione. La reazione complessiva della fermentazione lattica può essere così rappresentata: Glucosio  Lattato + 2 H+

6 Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico)
3 Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) Il piruvato, prodotto nella glicolisi, è una delle poche molecole in grado di attraversare la membrana mitocondriale. Il complesso delle reazioni metaboliche aerobiche, che si verificano nella matrice dei mitocondri, per mezzo delle quali si ha demolizione del piruvato in CO2, prende il nome di ciclo di Krebs o ciclo dell’acido citrico.

7 Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico)
3 Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) Schema semplificato

8 Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa
4 Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa Con la glicolisi, l’ossidazione del piruvato ad acetil-CoA e il ciclo di Krebs vengono prodotte per molecola di glucosio solo 4 molecole di ATP ed, inoltre, 10 molecole di NADH e 2 molecole di FADH2. L’ossidazione di NADH e di FADH2 da parte dell’ossigeno è esotermica e si verifica secondo le due reazioni: NADH + H+ + ½ O2  NAD+ + H2O ∆G° = −220 kJ/mol FADH2 + ½ O2  FAD + H2O ∆G° = −152 kJ/mol Trasporto elettronico Il trasferimento degli elettroni da NADH ad O2 avviene mediante una serie di reazioni redox (catena di trasporto degli elettroni). Fosforilazione ossidativa La differente concentrazione di H+ (gradiente protonico) che si viene a creare ai due lati della membrana mitocondriale costituisce energia disponibile per la sintesi di ATP.

9 Il controllo della glicemia
5 Il controllo della glicemia Il fegato svolge la funzione di mantenere a valori costanti la concentrazione di glucosio nel sangue.

10 Via del pentoso fosfato
6 Via del pentoso fosfato Nella glicolisi la demolizione ossidativa dei carboidrati serve a fini energetici, cioè per formare ATP e NADH. Una via alternativa del metabolismo dei carboidrati è l’ossidazione del glucosio-6-fosfato attraverso le reazioni della via del pentoso fosfato.

11 Via del pentoso fosfato
6 Via del pentoso fosfato Questa via metabolica, che avviene a livello del citoplasma, ha notevole importanza biologica perché porta alla formazione del ribosio-5-fosfato, uno zucchero a 5 atomi di carbonio, necessario per la sintesi dei nucleotidi e di NADPH che rappresenta la principale fonte di elettroni in molti processi riduttivi, quali la biosintesi degli acidi grassi, del colesterolo e degli ormoni steroidei. In seguito alle reazioni della via del pentoso fosfato, la cellula produce una molecola di ribosio-5-fosfato e 2 molecole di NADPH per ogni molecola di glucosio-6-fosfato: glucosio-6-P NADP+  ribosio-5-P + CO NADPH H+

12 7 Gluconeogenesi Con il nome gluconeogenesi (in senso letterale nuova sintesi di glucosio) s’intende la formazione di glucosio da molecole non saccaridiche. Questo processo, che si verifica prevalentemente nel fegato, si innesca quando una dieta è totalmente priva di glucidi. Le sostanze non saccaridiche che si possono trasformare in glucosio sono il lattato, il piruvato, e molti amminoacidi. Questi composti devono essere convertiti in ossalacetato, che rappresenta il punto di partenza della gluconeogenesi.

13 I lipidi: fonte di energia
8 I lipidi: fonte di energia I grassi rappresentano una riserva energetica metabolica superiore a quella del glicogeno. Infatti, in caso di digiuno prolungato il glicogeno, contenuto nel muscolo scheletrico e nel fegato, si esaurisce nel tempo di un giorno, invece il grasso cutaneo permette la sopravvivenza per uno o due mesi. Sotto forma di adipociti (figura), il grasso si deposita nelle cellule adipose, occupando in alcuni casi tutto il volume cellulare. Gli enzimi interessati alla digestione dei lipidi alimentari sono le lipasi e le fosfolipasi pancreatiche.

14 Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi)
9 Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi) Quando l’apporto dietetico di carboidrati e di proteine supera i nostri fabbisogni energetici, si innesca un meccanismo in cui l’energia in eccesso è disponibile per la formazione di acidi grassi che danno luogo al grasso che si deposita nel tessuto adiposo. Il processo con cui si ha formazione di acidi grassi, partendo da precursori non lipidici, quali il glucosio e gli amminoacidi, prende il nome di lipogenesi. Conversione del glucosio in acetil-CoA Nella via metabolica che dai carboidrati porta agli acidi grassi la prima tappa è la conversione del glucosio in piruvato. Mediante la glicolisi, il glucosio si trasforma in piruvato che dal citoplasma, dopo aver attraversato la membrana mitocondriale, si sposta nella matrice.

15 Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi
10 Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi I trigliceridi e i fosfolipidi sono sintetizzati a partire da glicerolo-3-fosfato e acidi grassi. Nel fegato sono possibili due vie per produrre il glicerolo-3-fosfato: una ha origine dal glucosio, l’altra dal glicerolo. Nel tessuto adiposo il glicerolo-3-fosfato si ottiene solo dalla glicolisi del glucosio.

16 Catabolismo dei trigliceridi (lipidi)
11 Catabolismo dei trigliceridi (lipidi) I grassi immagazzinati nei tessuti possono essere utilizzati dalla cellula per produrre energia. Prima della loro completa ossidazione, i lipidi (trigliceridi) devono essere idrolizzati nei loro componenti, glicerolo e acidi grassi; questa reazione si verifica nei tessuti adiposi mediante l’azione di un enzima, la lipasi. L’idrolisi di un trigliceride procede secondo la reazione già nota: CH2O – OC – C17H CH2OH C17H35COOH – CHO – OC – C17H H2O  CHOH C17H33COOH CH2O – OC – C15H CH2OH C15H31COOH Gli acidi grassi vengono demoliti mediante la ß-ossidazione dell’acil-CoA.

17 Biosintesi del colesterolo
12 Biosintesi del colesterolo Il colesterolo, presente negli organismi animali, è per la maggior parte di natura endogena. Viene assunto anche con la dieta alimentare. È sintetizzato nel citoplasma delle cellule del fegato a partire da acetil-CoA, che può derivare dai carboidrati, dagli amminoacidi e dagli acidi grassi. Nella sintesi del colesterolo è inoltre necessaria la presenza di NADPH.

18 Sintesi dei corpi chetonici
13 Sintesi dei corpi chetonici Quando la disponibilità di glucosio è limitata, in condizioni di digiuno prolungato o nello stato diabetico, si verifica una elevata ossidazione degli acidi grassi per le necessità energetiche dell’organismo. Ciò porta ad un accumulo di acetil-CoA che, se l’organismo non è in grado di ossidare, dà origine a corpi chetonici. La sintesi dei corpi chetonici, che avviene nei mitocondri del fegato, è detta “chetogenesi”. Tutte le diete devono rispettare un principio base: si devono bruciare più kJ di quante se ne assumono con l’alimentazione. Una dieta ricca di proteine e di lipidi e povera di carboidrati porta alla sintesi di corpi chetonici.

19 Metabolismo degli amminoacidi
14 Metabolismo degli amminoacidi Una insufficiente quantità di proteine nella dieta è un grave problema nutrizionale che riguarda le popolazioni dei paesi sottosviluppati, ma anche i ceti meno abbienti dei paesi sviluppati. Le proteine alimentari, in seguito all’azione di una serie di enzimi, vengono demolite ad amminoacidi che si riversano nel sangue.

20 Mappa concettuale