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Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 6 La respirazione cellulare.

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Presentazione sul tema: "Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 6 La respirazione cellulare."— Transcript della presentazione:

1 Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 6 La respirazione cellulare

2 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.1 La respirazione polmonare rifornisce le nostre cellule di ossigeno ed elimina diossido di carbonio La respirazione polmonare permette gli scambi di ossigeno molecolare (O 2 ) e diossido di carbonio (CO 2 ) tra un organismo e il suo ambiente. Figura 6.1 Introduzione alla respirazione cellulare CO 2 O2O2 O2O2 Circolo sanguigno Le cellule muscolari svolgono la Respirazione cellulare Respirazione polmonare Glucosio  O 2 CO 2  H 2 O  ATP Polmoni I polmoni svolgono la

3 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.2 La respirazione cellulare accumula energia sotto forma di molecole di ATP La respirazione cellulare scinde le molecole di glucosio e immagazzina la loro energia sotto forma di molecole di ATP. C 6 H 12 O 6 CO 2 6H2OH2OATP Glucosio Ossigeno gassoso Diossido di carbonio 6 Acqua Energia O2O Figura 6.2

4 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.3 Il nostro corpo utilizza l’energia dell’ATP per svolgere le proprie attività L’ATP è il «motore» di quasi tutte le attività di cellule e corpo. Tabella 6.3 COLLEGAMENTI

5 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.4 Le cellule ricavano energia trasferendo elettroni dalle molecole organiche all’ossigeno Durante il loro trasferimento dai composti organici all’ossigeno gli elettroni liberano energia potenziale. Quando il glucosio è trasformato in diossido di carbonio, perde atomi di idrogeno, che vengono acquistati dall’ossigeno molecolare, formando acqua. C 6 H 12 O 6 6 O 2 6 CO 2 6 H 2 O Perdita d’atomi di idrogeno Acquisto di atomi di idrogeno Energia (ATP)Glucosio + ++ Figura 6.4

6 Copyright © 2006 Zanichelli editore Un enzima, detto deidrogenasi, rimuove gli elettroni (negli atomi di idrogeno) dalle molecole organiche (ossidazione) e li trasferisce al coenzima NAD + (riduzione). Figura 6.5 O H H O 2H Riduzione Deidrogenasi (trasporta 2 elettroni) NAD  2H 2H  2e  NADH HH Ossidazione Speciali molecole come il NAD + trasportano gli elettroni nelle reazioni redox

7 Copyright © 2006 Zanichelli editore COLLEGAMENTI 6.6 Le etichette dei cibi confezionati indicano il contenuto energetico e nutrizionale degli alimenti Le etichette degli alimenti confezionati contengono varie informazioni, tra le quali le calorie contenute nei cibi. Figura 6.6

8 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.7 La glicolisi ricava energia chimica ossidando il glucosio in acido piruvico Nella glicolisi, l’ATP è utilizzato per rompere una molecola di glucosio che è trasformato in due molecole di acido piruvico. NAD  NADH HH Glucosio 2 molecole di acido piruvico ATP 2 P 2 ADP Figura 6.7A Gli stadi della respirazione cellulare

9 Copyright © 2006 Zanichelli editore La glicolisi produce ATP mediante un processo chiamato fosforilazione a livello del substrato nel quale un gruppo fosfato è trasferito da una molecola organica (substrato) ad una molecola di ADP. Enzima Adenosina Molecola organica (substrato) ADP ATP P P P P P Figura 6.7B

10 Copyright © 2006 Zanichelli editore Nella prima fase della glicolisi (fase di preparazione) l’ATP è usato per fornire energia a una molecola di glucosio, che viene poi scissa in due Figura 6.7C

11 Copyright © 2006 Zanichelli editore Nella seconda fase della glicolisi (fase di produzione di energia) si formano ATP, NADH e acido piruvico

12 Copyright © 2006 Zanichelli editore CO 2 Acido piruvico NAD  NADH  H  CoA Acetil CoA (acetil coenzima A) Coenzima A Figura Prima di entrare nel ciclo di Krebs, l’acido piruvico viene modificato Prima del ciclo di Krebs, gli enzimi trasformano l’acido piruvico, liberando CO 2 e formando NADH e acetilcoenzima A (acetil-CoA)

13 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.9 Il ciclo di Krebs completa l’ossidazione delle molecole organiche dando origine a NADH e FADH 2 Nel ciclo di Krebs, viene ossidato il gruppo acetile a due atomi di carbonio della molecola di acetil- CoA. CoA CO 2 NAD  NADH FAD FADH 2 ATPP CICLO DI KREBS ADP  3 3  3 H  Acetil CoA 2 Figura 6.9A I due atomi di carbonio vengono legati a un composto a quattro atomi di carbonio formando acido citrico, che viene poi riconvertito nel composto di partenza.

14 Copyright © 2006 Zanichelli editore Per ogni giro del ciclo di Krebs: sono liberate due molecole di CO 2 ; si formano una molecola di ATP, tre di NADH e una di FADH CICLO DI KREBS Acido ossalacetico CoA 2 atomi di carbonio entrano nel ciclo Acetil-CoA Acido citrico esce dal ciclo  H  NAD  NADH CO 2 Acido alfa-chetoglutarico esce dal ciclo CO 2 ADP + P NAD  NADH  H  ATP Acido succinico FAD FADH 2 Acido malico  H  NAD  NADH Figura 6.9B

15 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.10 NADH e FADH 2 cedono i propri elettroni alla catena di trasporto e infine all’ossigeno La catena di trasporto degli elettroni è lo stadio finale della respirazione cellulare. L’energia liberata dalle reazioni redox è usata per trasportare attivamente ioni H + nello spazio intermembrana dei mitocondri. H2OH2O NAD  NADH ATP HH HH Energia possibile per la sintesi di ATP Catena di trasporto degli elettroni 2 O2O2 2e   1 2 Figura 6.10

16 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il NADH trasferisce gli elettroni alla catena di trasporto degli elettroni, localizzata sulla membrana interna dei mitocondri. Man mano che gli elettroni «scendono» lungo un «pendio» formato da molecole che trasportano elettroni fino all’O 2, si libera energia in piccole quantità.

17 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.11 La maggior parte dell’ATP cellulare viene prodotto grazie alla fosforilazione ossidativa Nella chemiosmosi gli ioni H+ tendono a rientrare per diffusione nella membrana interna. Per attraversare la membrana, gli ioni H + hanno bisogno di proteine di trasporto, i complessi dell’ATP sintetasi, un enzima che sintetizza ATP.

18 Copyright © 2006 Zanichelli editore Spazio intermembrana Membrana interna mitocondriale Matrice mitocondriale Complesso enzimatico Flusso di elettroni Trasportatore di elettroni NADH NAD + FADH 2 FAD H2OH2O ATP ADP ATP sintetasi H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+  P O2O2 Catena di trasporto degli elettroni Chemiosmosi. FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA Figura 6.11 La fosforilazione ossidativa avviene accoppiando il trasporto degli elettroni alla chemiosmosi.

19 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.12 Alcune sostanze tossiche bloccano i processi base della respirazione cellulare Varie sostanze tossiche: bloccano il movimento degli elettroni; bloccano il flusso di ioni H + attraverso il canale dell’ATP sintetasi; rendono la membrana mitocondriale permeabile agli ioni H +. COLLEGAMENTI

20 Copyright © 2006 Zanichelli editore ATP sintetasi H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ O2O2 H2OH2O P ATP NADH NAD + FADH 2 FAD Rotenone Cianuro, monossido di carbonio Oligomicina DNP  2 ADP  Catena di trasporto degli elettroni Chemiosmosi 1 2 Figura 6.12

21 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.13 Una visione d’insieme della respirazione cellulare La respirazione cellulare produce fino a 38 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio: la glicolisi produce 2 molecole di ATP; il ciclo di Krebs produce 2 molecole di ATP; la catena di trasporto degli elettroni e la chemiosmosi formano numerose molecole di ATP.

22 Copyright © 2006 Zanichelli editore NADH FADH 2 Citoplasma Trasportatore di membrana degli elettroni Mitocondrio GLICOLISI 1 molecola di glucosio Dalla fosforilazione a livello di substrato Dalla fosforilazione ossidativa FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (Catena di trasporto e chemiosmosi) 2 Acetil CoA CICLO DI KREBS  2 ATP  circa 34 ATP Resa massima per molecola di glucosio: Circa 38 ATP 2 molecole di acido piruvico (o 2 FADH 2 ) Figura 6.13 La resa complessiva della respirazione cellulare:

23 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.14 La fermentazione alcolica e la fermentazione lattica permettono di ricavare energia in assenza di ossigeno In condizioni anaerobiche, molti tipi di cellule possono usare la glicolisi da sola per produrre una piccola quantità di ATP. Queste vie alternative sono le fermentazioni e avvengono nelle cellule dei lieviti.

24 Copyright © 2006 Zanichelli editore Nella fermentazione lattica il NADH è ossidato a NAD + mentre l’acido piruvico è ridotto ad acido lattico. 2 molecole di acido lattico NAD  NADH NAD  ATP 2 ADP  2 2 molecole di acido piruvico GLICOLISI P Glucosio Figura 6.14A

25 Copyright © 2006 Zanichelli editore Nella fermentazione alcolica il NADH è ossidato a NAD + mentre l’acido piruvico è ridotto a CO 2 ed etanolo. Figura 6.14B NAD  NADH NAD  GLICOLISI 2 ADP  2 PATP Glucosio 2 molecole di acido piruvico liberate CO 2 2 molecole di etanolo 2 2 Figura 6.14C

26 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.15 Le cellule utilizzano varie molecole organiche come fonte di energia I carboidrati, i grassi e le proteine che assumiamo con l’alimentazione vengono trasformati in molecole che fungono da combustibile per la respirazione cellulare. L’insieme delle reazioni che consentono di ricavare energia dagli alimenti viene detto catabolismo. Il metabolismo cellulare

27 Copyright © 2006 Zanichelli editore FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (Catena di trasporto e chemiosmosi) Alimento CarboidratiGrassiProteine ZuccheriGliceroloAcidi grassiAmminoacidi Gruppi amminici GlucosioG3P Acido piruvico Acetil CoA CICLO DI KREBS ATP GLICOLISI Figura 6.15 Gli organismi trasformano il cibo in energia:

28 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.16 Le molecole alimentari forniscono i materiali grezzi per la biosintesi ATP CICLO DI KREBS SINTESI DEL GLUCOSIO Acetil CoA Acido piruvico G3P Glucosio Gruppi amminici Amminoacidi Acidi grassiGlicerolo Zuccheri CarboidratiGrassiProteine Cellule, tessuti, organismi Figura 6.16 Le cellule usano alcune molecole alimentari e intermedi dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs come materiali grezzi (sostanze di partenza per la biosintesi di molecole). Questo processo di biosintesi (anabolismo) consuma ATP.

29 Copyright © 2006 Zanichelli editore 6.17 Le biomolecole necessarie alla respirazione derivano dalla fotosintesi Tutti gli organismi possono ricavare energia dalle molecole organiche. Le piante possono anche sintetizzare molecole organiche a partire da fonti inorganiche attraverso il processo della fotosintesi. Figura 6.17


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