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13/11/11 Jay Phelan, Maria Cristina Pignocchino Biologia 2 2 2

La vita delle cellule Capitolo A4 3 13/11/11 3 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 3 3

Il metabolismo cellulare 13/11/11 Lezione 1 Il metabolismo cellulare 4 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 4 4

1. La cellula lavora: il metabolismo 13/11/11 1. La cellula lavora: il metabolismo Il metabolismo cellulare è l’insieme delle reazioni che si svolgono in una cellula. Comprende reazioni di sintesi (anaboliche) e di degradazione (cataboliche). Richiede materie prime ed energia. 5 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 5 5

2. Il lavoro cellulare secondo la termodinamica 13/11/11 2. Il lavoro cellulare secondo la termodinamica Le cellule sono sistemi ordinati e richiedono energia per funzionare. Tutti gli organismi utilizzano l’energia potenziale chimica immagazzinata nei legami delle molecole dei nutrienti. Gli autotrofi fotosintetici sanno trasformare l’energia luminosa in energia chimica. 6 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 6 6

3. L’ATP è una piccola «pila» ricaricabile /1 13/11/11 3. L’ATP è una piccola «pila» ricaricabile /1 L’idrolisi dell’ATP libera energia che può essere utilizzata per le reazioni del metabolismo cellulare. 7 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 7 7

3. L’ATP è una piccola «pila» ricaricabile /2 13/11/11 3. L’ATP è una piccola «pila» ricaricabile /2 La molecola di ATP funziona come una pila ricaricabile, la cui energia viene liberata e riacquistata in modo ciclico. 8 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 8 8

Le membrane sono essenziali per il metabolismo 13/11/11 Lezione 2 Le membrane sono essenziali per il metabolismo 9 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 9 9

4. Le funzioni delle membrane biologiche 13/11/11 4. Le funzioni delle membrane biologiche Tutte le membrane biologiche sono filtri selettivi, sono flessibili e dinamiche, partecipano al metabolismo. 10 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 10 10

5. La membrana plasmatica è un mosaico fluido /1 13/11/11 5. La membrana plasmatica è un mosaico fluido /1 Tutte le membrane hanno una struttura dinamica e flessibile, detta mosaico fluido, costituita da un doppio strato di fosfolipidi in cui sono immerse proteine integrali e periferiche. Sono presenti anche glicolipidi, glicoproteine e, nelle cellule animali, colesterolo. 11 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 11 11

5. La membrana plasmatica è un mosaico fluido /2 13/11/11 5. La membrana plasmatica è un mosaico fluido /2 12 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 12 12

5. La membrana plasmatica è un mosaico fluido /3 13/11/11 5. La membrana plasmatica è un mosaico fluido /3 13 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 13 13

6. Le molecole possono attraversare la membrana in molti modi diversi 13/11/11 6. Le molecole possono attraversare la membrana in molti modi diversi La membrana seleziona le molecole e gli ioni in base a dimensioni, carica, polarità, forma tridimensionale. Il passaggio può essere passivo (spontaneo) o attivo (richiede l’energia fornita dall’ATP). Materiali più voluminosi possono essere trasportati mediante vescicole. 14 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 14 14

7. Il trasporto passivo avviene per diffusione 13/11/11 7. Il trasporto passivo avviene per diffusione La diffusione semplice è il passaggio, secondo gradiente, di molecole piccole e apolari attraverso il doppio strato di fosfolipidi. La diffusione facilitata è il passaggio secondo gradiente di molecole polari o ioni attraverso proteine di trasporto specifiche. 15 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 15 15

8. La diffusione dell’acqua avviene per osmosi 13/11/11 8. La diffusione dell’acqua avviene per osmosi L’osmosi, cioè il passaggio di acqua attraverso una membrana semipermeabile, è una forma di diffusione. L’acqua esce dalla cellula se l’esterno è ipertonico (maggiore concentrazione di soluto), mentre entra se è ipotonico (minore concentrazione di soluto). 16 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 16 16

9. Il trasporto attivo richiede un dispendio di energia 13/11/11 9. Il trasporto attivo richiede un dispendio di energia Il trasporto attivo richiede energia fornita dall’ATP e avviene attraverso proteine che possono lavorare con un meccanismo di uniporto, sinporto, antiporto. 17 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 17 17

13/11/11 10. L’endocitosi e l’esocitosi consentono il trasporto di particelle voluminose /1 L’endocitosi consente di portare nella cellula materiali inglobandoli in vescicole generate per introflessione della membrana plasmatica. 18 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 18 18

13/11/11 10. L’endocitosi e l’esocitosi consentono il trasporto di particelle voluminose /2 L’esocitosi è l’espulsione di materiali cellulari in vescicole che si fondono con la membrana plasmatica. Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 19 19

Dai nutrienti all’ATP Lezione 3 20 13/11/11 20 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 20 20

11. L’organizzazione del metabolismo energetico 13/11/11 11. L’organizzazione del metabolismo energetico Il metabolismo energetico comprende molte vie metaboliche. Una via metabolica è una sequenza di reazioni che trasforma gradualmente i reagenti iniziali nei prodotti finali mediante una serie di passaggi ordinati. 21 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 21 21

12. Il ruolo del NAD nel metabolismo 13/11/11 12. Il ruolo del NAD nel metabolismo Nel metabolismo energetico interviene un coenzima che può presentarsi in due forme chiamate NAD+ e NADH. In presenza di idrogeno e di un donatore di elettroni, il NAD+ si trasforma in NADH, che contiene più energia. 22 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 22 22

13. Il nutriente più diffuso è il glucosio 13/11/11 13. Il nutriente più diffuso è il glucosio Il glucosio è degradato e ossidato per ricavare l’energia necessaria a produrre ATP. Il processo completo comprende due fasi: la glicolisi e la respirazione cellulare: C6H12O6 + 6O2 g 6CO2 + 6H2O + Energia 23 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 23 23

14. La glicolisi è una via metabolica universale 13/11/11 14. La glicolisi è una via metabolica universale La glicolisi trasforma il glucosio in 2 molecole di piruvato e produce, come guadagno energetico immediato, 2 ATP. Vengono prodotti anche 2 NADH. 24 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 24 24

15. La respirazione cellulare 13/11/11 15. La respirazione cellulare La respirazione avviene nei mitocondri. La fase preparatoria e il ciclo di Krebs degradano completamente il piruvato a CO2 e producono trasportatori di elettroni e idrogeno, che poi li cedono all’ossigeno nella fase finale, in cui si producono H2O e ATP. 25 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 25 25

16. La fermentazione: un percorso alternativo 13/11/11 16. La fermentazione: un percorso alternativo In assenza di ossigeno, la fermentazione rigenera NAD+ partendo dal NADH, in modo da mantenere attiva la via della glicolisi. È utilizzata da organismi anaerobici e dalle cellule muscolari sottoposte a sforzi molto intensi. 26 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 26 26

L’energia solare e la produzione dei nutrienti Lezione 4 27 13/11/11 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 27 27

17. Gli autotrofi producono glucosio e nutrienti 13/11/11 17. Gli autotrofi producono glucosio e nutrienti Il glucosio e gli altri nutrienti vengono prodotti dagli organismi autotrofi. Il più importante processo utilizzato dagli autotrofi è la fotosintesi clorofilliana, realizzata da piante, cianobatteri e alghe. La fotosintesi trasforma CO2 e H2O in glucosio e ossigeno. 28 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 28 28

18. La fotosintesi: un quadro generale /1 13/11/11 18. La fotosintesi: un quadro generale /1 29 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 29 29

18. La fotosintesi: un quadro generale /2 13/11/11 18. La fotosintesi: un quadro generale /2 Nella fase luce-dipendente della fotosintesi si consuma H2O, si produce O2 e l’energia solare viene accumulata in trasportatori di elettroni (NADH) e ATP; nella fase di sintesi si usa l’energia della fase luce-dipendente per trasformare molecole di CO2 in G3P e poi in glucosio. 30 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 30 30

19. La fotosintesi si svolge nei cloroplasti /1 13/11/11 19. La fotosintesi si svolge nei cloroplasti /1 Nei tilacoidi si trovano le molecole di clorofilla necessarie per trasferire elettroni dall’acqua al NADPH durante la fase luminosa. 31 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 31 31

19. La fotosintesi si svolge nei cloroplasti /2 13/11/11 19. La fotosintesi si svolge nei cloroplasti /2 Nello stroma avviene il ciclo di Calvin, cioè la fase di sintesi in cui il carbonio viene fissato. 32 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 32 32

19. La fotosintesi si svolge nei cloroplasti /3 13/11/11 19. La fotosintesi si svolge nei cloroplasti /3 Durante la fotosintesi viene rilasciato ossigeno: pur essendo uno scarto della fotosintesi, l’ossigeno è fondamentale per la vita: ha modificato la composizione dell’atmosfera, è indispensabile per la respirazione cellulare e serve per formare l’ozono che scherma le radiazioni solari ad alta energia. 33 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 33 33