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1 Lic. classicoD. A. Azuni Sassari I processi metabolici cellulari Prof. Paolo Abis.

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Presentazione sul tema: "1 Lic. classicoD. A. Azuni Sassari I processi metabolici cellulari Prof. Paolo Abis."— Transcript della presentazione:

1 1 Lic. classicoD. A. Azuni Sassari I processi metabolici cellulari Prof. Paolo Abis

2 Prof. paolo abis2 Metabolismo E linsieme delle reazioni chimiche che avvengono in una cellula o, più in generale, in qualsiasi organismo. Le sostanze coinvolte in tali reazioni sono dette metaboliti Sintetizzati dagli organismi Derivati dallambiente Nutrienti, acqua, anidride carbonica, ossigeno … Macromolecole organiche: zuccheri, lipidi, proteine …

3 Prof. paolo abis3 Metabolismo E possibile individuare due gruppi fondamentali di reazioni chimiche: Anabolismo Catabolismo: fase costruttiva fase di degradazione consumo di energia liberazione energia Reazioni chimiche endoergoniche Reazioni chimiche esoergoniche

4 Prof. paolo abis4 Metabolismo = anabolismo + catabolismo Le diverse vie metaboliche non si svolgono in modo indipendente: spesso sono collegate in cicli di utilizzo e riclico di sostanze Macromolecole Molecole organiche di piccole dimensioni + Proteine, polisaccaridi, lipidi… Zuccheri, amminoacidi, acidi grassi… demolizione sintesi

5 Prof. paolo abis5 Metabolismo e energia Gli organismi sono in grado di utilizzare soltanto due tipi di energia : En. Luminosa En. Chimica Autotrofi Eterotrofi Fotosintesi Respirazione cell.

6 Prof. paolo abis6 Metabolismo e energia Reazioni chimiche endoergoniche Reazioni chimiche esoergoniche Il contenuto energetico dei reagenti è minore di quello dei prodotti Il contenuto energetico dei reagenti è maggiore di quello dei prodotti E. reagenti E. prodotti E. assorbita E. reagenti E. prodotti E. liberata

7 Prof. paolo abis7 l'ATP, il trasportatore universale di energia In tutti i viventi esiste una molecola, chiamata adenosin trifosfato (ATP) che ha il compito di assorbire l'energia prodotta dalle reazioni esorgoniche di demolizione e di renderla disponibile per i lavori cellulari. base azotata adenina zucchero a cinque atomi di carbonio zucchero a cinque atomi di carbonio tre gruppi fosfato I legami presenti tra questi gruppi fosfato racchiudono l'energia utilizzabile dalla cellula. I legami presenti tra questi gruppi fosfato racchiudono l'energia utilizzabile dalla cellula.

8 Prof. paolo abis8 LATP: una molecola Ricaricabile

9 Prof. paolo abis9 LATP: una molecola Ricaricabile LATP immagazzina energia chimica nel legame fra due dei suoi gruppi fosfato. ATP adenina Ribosio P P P Quando il legame si rompe, con una reazione di idrolisi, lenergia chimica si rende disponibile per altri processi biologici. Legami ad alta energia Energia ADP

10 Prof. paolo abis10 Rigenerazione dellATP Continuamente, nel nostro organismo, si realizzano queste due reazioni: 1.ATP --> ADP + P + Energia 2.ADP + P + Energia ---> ATP La (1) è la reazione di liberazione di energia durante l'anabolismo, la (2) è quella che avviene durante la produzione di energia nella respirazione cellulare. ATP viene continuamente consumato ma si rigenera per addizione di un P ad ADP.

11 Prof. paolo abis11 lenergia liberata dalle reazioni di degradazione (catabolismo), viene utilizzata per ricaricare lATP. Lenergia immagazzinata nellATP viene utilizzata per compiere la maggior parte del lavoro cellulare. Quindi lATP accoppia i processi cellulari che liberano energia con quelli che la richiedono. Ciclo dellATP LATP risulta coinvolto, direttamente o indirettamente, in quasi tutti i processi metabolici.

12 Prof. paolo abis12 Flusso dellenergia Da dove proviene lenergia necessaria alla produzione di ATP ? Tutti i viventi ricavano energia dalla demolizione del glucosio, uno zucchero a sei atomi di carbonio. Questo processo libera energia chimica che viene immagazzinata sotto forma di ATP per essere trasportata e resa disponibile alle reazioni dell'anabolismo cellulare.

13 Prof. paolo abis13 Produzione di energia Adenosin- Trifosfato o ATP Respirazione cellulare produzione di ATP

14 14 La respirazione cellulare è il meccanismo che permette alla cellula, in presenza di ossigeno,di ricavare energia utilizzabile nei processi vitali dai legami chimici delle molecole assorbite nella digestione. La respirazione cellulare consta di diverse reazioni, in cui i prodotti di un passaggio sono utilizzati come reagenti per il processo successivo. I prodotti di scarto della respirazione cellulare (come CO2 o H2O) vengono eliminati dalla cellula e, negli organismi superiori, escreti attraverso la respirazione polmonare e le urine. Le cellule respirano?

15 Prof. paolo abis15 Equazione generale della respirazione cellulare C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + 36 ATP Glucosio Ossigeno Anidride Carbonica Acqua

16 Prof. paolo abis16 Le reazioni avvengono per piccoli passi : sottoreazioni. I viventi hanno dovuto suddividere la demolizione in numerose tappe intermedie, in modo da poter sfruttare meglio l'energia contenuta nel glucosio e per evitare che questo processo fosse accompagnato da un innalzamento della temperatura cellulare.

17 Prof. paolo abis17 Respirazione Cellulare: le fasi GlicolisiCiclo di Krebs Catena di trasporto degli elettroni

18 Prof. paolo abis18 Dove avviene la respirazione cellulare ?

19 Prof. paolo abis19 1.Glicolisi: catabolica, degrada sost. organiche avviene nel citoplasmatica 2.Ciclo di Krebs: catabolica, completa la degradazione di sost. org., avviene nella matrice mitocondriale 3.Catena di trasporto di elettroni e fosforilazione ossidativa: trasferimento di elettroni dal NADH, con formazione finale di acqua e ATP. La fosforilazione ossidativa avviene sulle creste mitocondriali, produce il 90% dellATP cellulare. Fasi della respirazione cellulare

20 Prof. paolo abis20 Respirazione cellulare

21 Prof. paolo abis21 Questa prima fase avviene nel citoplasma di tutte le cellule, procariote od eucariote: una molecola di glucosio, a sei atomi di carbonio viene trasformata, tramite 9 reazioni, in due molecole di acido piruvico a tre atomi di carbonio. Queste reazioni sono accompagnate da una liberazione di energia (2 ATP). E una fase anaerobica, non richiede ossigeno Glicolisi C 6 H 12 O 6 Glucosio2 Ac. piruvico 2 ADP + 2 Pi 2 ATP C3H4O3C3H4O3 Glicolisi

22 Prof. paolo abis22 Fase intermedia: il piruvato entra nei mitocondri e viene trasformato in acetil coenzima A. Sintesi dellacetil-CoA Si libera una molecola di CO2

23 Prof. paolo abis23 Sintesi dellacetil-CoA La molecola di acido piruvico (3C) entra nel mitocondrio, perde una molecola di CO 2, trasformandosi in un gruppo acetile (2C). Il gruppo acetile si lega ad una molecola di Coenzima A (CoA), tramite la quale entra nel ciclo di Krebs come acetilCoA.

24 Prof. paolo abis24 Ciclo dellacido citrico (Krebs) Serie di reazioni che partono dallacetil-CoA Si Producono elettroni ed atomi di idrogeno che sono inviati alla catena di trasporto di elettroni.

25 Prof. paolo abis25 Un ciclo in 9 tappe che inizia con lacetil-CoA che viene legato ad un acido a 4 atomi di Carbonio (ossalacetato), per formare acido citrico (6 C) Durante il ciclo vengono eliminate 2 mol. di CO2 con produzione di un acido a 5 atomi di C che si trasforma immediatamente in un composto a 4 atomi di C Gli atomi di idrogeno vengono combinati con gli accettori specifici (NAD+ e FAD), Viene prodotta una molecola di ATP. Gli atomi di idrogeno vengono combinati con gli accettori specifici (NAD+ e FAD), Viene prodotta una molecola di ATP. ossalacetato

26 Prof. paolo abis26 Bilancio del Ciclo di Krebs Durante il ciclo di Krebs una singola molecola di acetil- CoA produce: 3 molecole di NADH 1 mol. di FADH 2 1 mol. di ATP2 mol. di CO 2

27 Prof. paolo abis27 Catena di trasporto di elettroni e fosforilazione ossidativa Invenzione « recente » Avviene nella Membrana interna dei mitocondri Produzione di 34 ATP da ogni molecola di glucosio spazio intramenbranale

28 Prof. paolo abis28 Trasportatori di elettroni: citocromi I citocromi sono proteine vettori di elettroni che permettono l'utilizzazione dell'ossigeno a livello cellulare. Trasportano gli elettroni da un livello di alta energia ad un livello più basso. Questa liberazione energetica permette all'ATP-sintetasi di produrre molecole di ATP a partire da ADP e gruppo P.

29 Prof. paolo abis29 LA RESPIRAZIONE CELLULARE La ATP-sintasi trasportante H+ tra due settori è un complesso enzimatico che catalizza la seguente reazione: ADP + fosfato + H+ esterno ATP + H 2 O + H+ interno Quando la reazione è catalizzata verso destra, l'enzima è comunemente chiamato ATP-sintasi ed è responsabile della sintesi di adenosintrifosfato (ATP) utilizzando come substrati adenosindifosfato (ADP) e fosfato inorganico, sfruttando il gradiente protonico generato dalla catena di trasporto degli elettroni. Il motore della respirazione cellulare: ATP-sintasi

30 Prof. paolo abis30 La catena di trasporto degli elettroni è un processo cellulare per la produzione di ATP nei mitocondri. È costituita da una serie di complessi proteici e composti lipo-solubili capaci di produrre un potenziale elettrochimico attraverso la membrana mitocondriale mediante la creazione di un gradiente di concentrazione di ioni H+ tra i due lati della membrana. Questo potenziale è sfruttato per attivare i canali di trasporto presenti sulla membrana stessa e per promuovere la sintesi dell'ATP da parte dell'ATP sintetasi. La catena di trasporto di elettroni e la fosforilazione ossidativa

31 Prof. paolo abis31 Serie di reazioni in cui il potere riducente di NADH e FADH2, prodotto durante la glicolisi ed il ciclo di Krebs, viene usato per produrre molecole di ATP. NADH e FADH2 ridotti cedono elettroni agli enzimi della catena respiratoria. Durante il passaggio da un trasportatore allaltro lenergia degli elettroni diminuisce. Catena respiratoria Lultimo trasportatore della catena cede gli elettroni allO2 (accettore finale) trasformandolo in H2O. Durante il trasporto degli elettroni, i H + sono pompati nello spazio tra le due membrane generando un gradiente. I protoni tendono a rientrare nella matrice attraverso il canale della ATP sintetasi. Il flusso di H+ attraverso la ATP sintetasi induce la sintesi di ATP da ADP e Pi (fosforilazione ossidativa).

32 Prof. paolo abis32 Ogni complesso proteico (CP) ha un proprio livello energetico. I complessi sono disposti in serie secondo livello energetico decrescente. Gli e- scorrono spontaneamente da un livello energetico maggiore ad uno minore, fino allO2. e - CP e - O2O2

33 Prof. paolo abis33 Gli elettroni scorrendo in questi complessi proteici (proteine canale transmembrana) causano la fuoriuscita di ioni H+ contro gradiente nello spazio tra le 2 membrane mitocondriali. Il rientro secondo gradiente degli ioni H+ attraverso l ATP-sintetasi (proteina canale) genera ATP. Membrana mitocondriale esterna ATP-sintetasi Matrice mitocondriale

34 Prof. paolo abis34 pompare H + contro gradiente Lenergia liberata durante il trasferimento degli e - viene utilizzata dai CP per pompare H + fuori dalla membrana mitocondriale interna, contro gradiente. ATP-sintetasi gradiente H + generare ATP. La proteina canale ATP-sintetasi sfrutta il rientro secondo gradiente dei protoni H + per generare ATP.

35 Prof. paolo abis35

36 Prof. paolo abis36 Catena di trasporto di elettroni

37 Prof. paolo abis37 Catena di trasporto di elettroni Alla fine della catena gli elettroni, insieme ad altrettanti ioni H+, si combinano con lossigeno per formare acqua.

38 Prof. paolo abis38 LOssigeno Qualè il ruolo dell O 2 ? L'ossigeno è fondamentale per la respirazione perché agisce come accettore finale di elettroni dallidrogeno dopo che tutta lenergia è stata estratta per la fabbricazione di ATP O 2 si combina con 2H acqua metabolica

39 Prof. paolo abis39 Il rendimento energetico Da ogni molecola di glucosio attraverso la respirazione cellulare vengono prodotte complessivamente 36 molecole di ATP (Eucarioti) 38 molecole di ATP (Procarioti)


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