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Lezioni di biochimica 2 2 2

Il metabolismo e l'energia Lezione 4 Il metabolismo e l'energia 3 © Zanichelli editore, 2014 3

Che cos’è il metabolismo I sistemi viventi si caratterizzano per la loro capacità di trasformare le biomolecole presenti nei nutrienti al fine di: ricavare energia; ricavare precursori per la biosintesi di macromolecole. L'attività di trasformazione delle molecole da parte degli organismi viventi è detta metabolismo. © Zanichelli editore, 2014 4 4

Le vie metaboliche Le trasformazioni chimiche del metabolismo avvengono attraverso blocchi di reazioni chimiche dette vie metaboliche. Si tratta di sequenze di reazioni catalizzate da enzimi, in cui i prodotti di una reazione fungono da substrati per la reazione successiva. I prodotti che si generano all'interno della via metabolica sono detti intermedi metabolici. Schema semplificato di una via metabolica, in cui i prodotti di una reazione sono i reagenti della successiva. © Zanichelli editore, 2014 5 5

Le vie metaboliche procedono in due sensi Le vie metaboliche possono essere di tipo degradativo e vengono dette vie cataboliche o di tipo sintetico e vengono dette vie anaboliche. Le vie metaboliche che funzionano sia in senso catabolico che anabolico sono dette anfiboliche. Quindi la cellula ricava energia e precursori attraverso il catabolismo di carboidrati, acidi grassi e proteine. Attraverso l'anabolismo, la cellula è in grado invece di sintetizzare le biomolecole che servono per le sue funzioni. © Zanichelli editore, 2014 6 6

Schema del flusso delle vie cataboliche © Zanichelli editore, 2014 7 7

Significato delle vie metaboliche indipendenti Le vie cataboliche sono energeticamente favorite, mentre le vie anaboliche richiedono dispendio di energia, per cui non possono procedere insieme. Una via anabolica non è l’esatto l’inverso di quella catabolica. Es: la degradazione del glicogeno a lattato richiede 12 enzimi, mentre la via inversa solo 9. Le vie cataboliche e anaboliche sono regolate indipendentemente e da enzimi diversi. Questo permette una regolazione del metabolismo più efficace. © Zanichelli editore, 2014 8 8

Le vie metaboliche sono compartimentalizzate Spesso, le reazioni metaboliche sono isolate in distretti cellulari. Ad esempio la degradazione da glucosio a piruvato avviene nel citosol, mentre la generazione di acetil-CoA da piruvato e il successivo ciclo di Krebs avvengono nel mitocondrio. Questa separazione serve a isolare reazioni potenzialmente i conflitto tra loro (ad es. competendo per intermedi comuni) e a garantirne una regolazione efficiente attraverso la modulazione della velocità di passaggio dei metaboliti da un compartimento all’altro. © Zanichelli editore, 2014 9 9

Reazioni eso- ed endo-ergoniche Sulla base dei valori di ∆G° si possono distinguere reazioni chimiche: esoergoniche, ovvero in cui viene liberata energia. Il ∆G° di queste reazioni è negativo ed esse sono energicamente favorite; endoergoniche, ovvero in cui è necessario fornire energia, in quanto i prodotti stanno ad un livello superiore rispetto ai substrati. Il ∆G° di queste reazioni è positivo ed esse sono energicamente sfavorite. © Zanichelli editore, 2014 10 10

L'energia è resa disponibile grazie all'ATP e ai coenzimi NAD e FAD L'energia liberata da una reazione deve essere immagazzinata in una forma che la renda disponibile per le reazioni successive. Nella cellula le principali molecole utilizzate per trasferire energia chimica sono l'adenosina trifosfato (ATP) e i coenzimi NADH e FADH. L'ATP trasporta l'energia immagazzinandola nel legame fosforico e rilasciandola in seguito a idrolisi. Il NADH (e la sua forma fosforilata NADPH) e il FADH invece sono trasportatori di elettroni e forniscono potere riducente alle numerose reazioni di ossidoriduzione del metabolismo. © Zanichelli editore, 2014 11 11

NADH, NADPH, FADH (I) Molte reazioni metaboliche coinvolgono il trasferimento di elettroni (reazioni di ossidoriduzione). Questi elettroni sono ottenuti nelle reazioni di ossidazione tipiche del catabolismo e trasferiti ai coenzimi nicotinammide adenin dinucleotide (FADH) e flavin adenin dinucleotide (NADH). © Zanichelli editore, 2014 12 12

NADH, NADPH, FADH (II) FADH e NADH esistono in due stati: la forma ossidata (NAD+) e quella ridotta (NADH+H+). Gli elettroni vengono ceduti nelle reazioni di riduzione ad accettori elettronegativi (come l'ossigeno). © Zanichelli editore, 2014 13 13 13

Trasferimento di elettroni mediato dal NAD La reazione di riduzione: NAD+ + 2H -> NADH + H+ consente il trasferimento di due elettroni (e due protoni). © Zanichelli editore, 2014 14 14