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Lenergia nei sistemi viventi Lenergia è la capacità di compiere un lavoro. Lenergia può essere legata al movimento (cinetica) oppure alla posizione (potenziale).

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2 Lenergia nei sistemi viventi Lenergia è la capacità di compiere un lavoro. Lenergia può essere legata al movimento (cinetica) oppure alla posizione (potenziale). Lenergia chimica è una forma di energia potenziale.

3 Lenergia nei sistemi viventi Energia e lavoro si misurano in joule (J). Il calore è una forma di energia che passa spontaneamente da un corpo più caldo a uno più freddo.

4 I principi della termodinamica Primo principio della termodinamica Lenergia può convertirsi da una forma allaltra, ma il contenuto totale di energia delluniverso si mantiene sempre costante. Secondo principio della termodinamica In qualunque trasformazione vi è sempre una parte di energia che si disperde sotto forma di calore.

5 Le reazioni chimiche Tutte le trasformazioni della materia dove le sostanze iniziali (reagenti) diventano altre sostanze (prodotti) sono reazioni chimiche.

6 Il metabolismo cellulare Il metabolismo è linsieme delle reazioni chimiche che avvengono in una cellula e quindi in un organismo Le reazioni chimiche comportano trasformazioni energetiche Se si libera energia, la reazione è esoergonica Se viene assorbita energia, la reazione è endoergonica

7 Il metabolismo cellulare Il metabolismo comprende anabolismo = reazioni di costruzione (sintesi) di molecole catabolismo = reazioni di demolizione di molecole

8 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.

9 LATP: una molecola Ricaricabile

10 LATP immagazzina energia chimica nel legame fra due dei suoi gruppi fosfato: il processo è noto come fosforilazione a livello di substrato. In esso un enzima trasferisce allADP un gruppo fosfato proveniente da una molecola organica che funge da substrato. 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

11 Rigenerazione dell ATP LATP è la moneta di scambio energetica. Continuamente, negli organismi, si realizzano queste due reazioni: 1.IDROLISI ATP --> ADP + P + Energia 2.SINTESI 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.

12 LATP e le reazioni accoppiate Le reazioni del catabolismo e dellanabolismo sono accoppiate a reazioni di sintesi e idrolisi dellATP. 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. In conclusione: LATP risulta coinvolto, direttamente o indirettamente, in quasi tutti i processi metabolici.

13 Gli enzimi Gli organismi viventi utilizzano gli enzimi per controllare la velocità delle reazioni biologiche. La maggior parte degli enzimi è costituita da proteine globulari Gli enzimi funzionano da catalizzatori, ossia abbassano lenergia di attivazione della reazione rendendola molto veloce

14 Gli enzimi Ogni enzima ha un certo effetto sul suo substrato. In questo esempio lenzima combina assieme due substrati, favorendo la reazione che porta alla formazione di tre prodotti.

15 Gli enzimi: classificazione Gli enzimi si classificano in base al tipo di azione che svolgono. Alcuni enzimi sono proteine globulari; alcuni oltre alla parte proteica (apoenzima) contengono molecole e/o ioni di natura diversa (i cofattori, o coenzimi se sono organici, ad es. le vitamine). Un cofattore legato stabilmente allapoenzima è un gruppo prostetico.

16 Gli enzimi: meccanismo di azione Un enzima è in grado di catalizzare una reazione in maniera specifica poiché il sito attivo è complementare ai reagenti

17 Gli enzimi: meccanismo di azione Modello delladattamento indotto: la struttura dellenzima si adatta a quella del substrato. Modello chiave-serratura: il substrato si lega al sito attivo come la chiave in una serratura.

18 Gli enzimi: meccanismo di azione La velocità delle reazioni catalizzate da enzimi è influenzata da fattori quali: concentrazione dellenzima concentrazione del substrato temperatura

19 Il controllo dellattività enzimatica Gli inibitori possono essere: competitivi (A) o non competitivi (B). Gli enzimi allosterici cambiano forma quando si legano a particolari sostanze, per esempio inibitori o attivatori. Linibitore non competitivo si lega allenzima tramite il cosiddetto sito allosterico Linibitore competitivo si lega al sito attivo dellenzima verso cui ha una affinità superiore a quella del substrato

20 Il controllo dellattività enzimatica Gli enzimi allosterici formati da più subunità possono manifestare cooperatività positiva

21 Un tipo di reazione chimica: lossidoriduzione Una reazione di ossidoriduzione (o reazione redox) è una reazione in cui una sostanza cede uno o più elettroni a unaltra sostanza: la riduzione è lacquisto di uno o più elettroni da parte di un atomo, uno ione o una molecola lossidazione è la perdita di uno o più elettroni

22 Un tipo di reazione chimica: lossidoriduzione Nelle reazioni biochimiche spesso sono acquistati o ceduti atomi di idrogeno: lo spostamento di un atomo di idrogeno comporta sempre un trasferimento di elettroni: H = H + + e - Una molecola che perde atomi di idrogeno si ossida, mentre una molecola che li acquista si riduce Ogni reazione redox comporta un trasferimento di energia

23 Un tipo di reazione chimica: lossidoriduzione Nelle cellule le reazioni redox sono generalmente accompagnate da coenzimi che funzionano da trasportatori di elettroni e di atomi di idrogeno In conclusione le reazioni redox sono reazioni accoppiate

24 I trasportatori di elettroni I trasportatori di elettroni sono: NAD + FAD NADP +

25 I trasportatori di elettroni I trasportatori partecipano alle ossidoriduzioni trasferendo 2 elettroni alla volta

26 Le vie metaboliche Le reazioni cellulari sono organizzate in vie metaboliche, sequenze dove il prodotto di una reazione è il reagente di quella successiva. Le vie metaboliche possono essere lineari cicliche

27 Le vie metaboliche Il metabolismo cellulare è un sistema complesso di vie metaboliche. Le sostanze comuni a più vie sono dette intermedi chiave.

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