1 IL METABOLISMO a cura di ANTONIO CANGIANO

2 IL METABOLISMO Linsieme delle reazioni chimiche che riforniscono la cellula e lorganismo di energia e materia SI DIVIDE IN: CATABOLISMO ANABOLISMO METABOLISMO ENERGETICO ENERGIA produce richiede

3 CARATTERISTICHE DELLE REAZIONI METABOLICHE sono reazioni di ossidoriduzione utilizzano degli accettori di elettroni lenergia è immagazzinata nellATP

4 LA GLICOLISI Avviene nel citoplasma; non ha bisogno di ossigeno partendo dal GLU (6C), attraverso una serie di reazioni, tutte controllate da enzimi specifici, arriva all ACIDO PIRUVICO (3C), che è un composto più ossidato; contemporaneamente si riducono 2 NAD + in NADH 2 si consumano 2 ATP nella prima parte; se ne formano 4 di ATP nella seconda parte; C 6 H 12 O 6 + 2NAD + +4ADP+ 4Pi + 2ATP = 2C 3 H 4 O 3 +2 NADH 2 +2ADP+2Pi + 4ATP

5 LA FERMENTAZIONE In assenza di ossigeno, quindi negli anaerobi, negli aerobi facoltativi e anche in alcuni tessuti umani quando arriva poco ossigeno (ad esempio nei muscoli), lacido piruvico non può essere ulteriormente ossidato. Allora nel citoplasma avviene la FERMENTAZIONE. Lo scopo della fermentazione è quello di rigenerare il NAD +, necessario per poter continuare la GLICOLISI. Abbiamo diverse fermentazioni ciascuna delle quali produce sostanze diverse. Prendiamo in considerazione le più importanti: LATTICA ALCOLICA

6 FERMENTAZIONE LATTICA Reazione di ossidoriduzione che avviene in un'unica tappa. RIDUZIONE: l a. piruvico è ridotto a lattato. OSSIDAZIONE: NADH 2 è ossidato a NAD + Viene così rigenerato il NAD + necessario alla glicolisi. Ac.Piruvico > Ac.Lattico: produce NAD + per la glicolisi. C 3 H 4 O 3 + NAD H 2 = C 3 H 6 O 6 + NAD + a. Piruvico NADridotto a.lattico NAD ossidato Questa reazione avviene nei nostri muscoli quando ci sottoponiamo ad uno sforzo eccessivo e lossigeno che arriva al muscolo non è sufficiente. Avviene anche nel latte quando è trasformato in yogourt da alcuni batteri.

7 Reazione di ossidoriduzione che avviene in due tappe. Prima tappa: l a. piruvico perde una molecola di CO 2 e si forma un composto a due atomi di carbonio CH 3 COH (acetaldeide) (2C). Seconda tappa: NADH 2 è ossidato a NAD + e lacetaldeide (2C) è ridotta ad etanolo CH 3 CH 2 OH (2C). Viene così rigenerato il NAD + necessario alla glicolisi. Ac.Piruvico > etanolo + anidride carbonica: produce NAD + per la glicolisi. FERMENTAZIONE ALCOLICA C 3 H 4 O 3 + NAD H 2 = CH 3 CH 2 OH + CO 2 + NAD +

8 IN PRESENZA DI OSSIGENO In presenza di ossigeno, lac.piruvico è ulteriormente ossidato nei mitocondri; entra nei mitocondri trasportato da un carrier; Una volta dentro subisce una trasformazione: ac.piruvico NAD + NAD H 2 CO 2 CoA Acetil CoA Lacido piruvico perde una molecola di anidride carbonica, e si forma una molecola di NAD ridotto; il composto a due atomi di carbonio che si forma si lega con il coenzima A, formando lacetil coenzima A che porta la molecola a 2 atomi di C, acido acetico, nel ciclo di Krebs cedendolo all'acido ossalacetico che si riforma alla fine del ciclo. Ciclo di KREBS

9 CICLO DI KREBS Alla fine del ciclo tutto il carbonio che costituiva il glucosio è ossidato a CO 2 e lidrogeno è stato accettato dal NAD + e dal FAD +. LacetilcoenzimaA entra nei mitocondri, il coenzima A si stacca ed esce dal mitocondrio il composto a due atomi di carbonio che rimane Si lega ad un composto a quattro atomi di carbonio, formando un composto a sei atomi di carbonio Attraverso una serie di passaggi si riforma il composto a quattro atomi di carbonio di partenza, i due atomi di carbonio entrati con il CoA, si ossidano a CO 2, contemporaneam ente si formano 3NADH 2 1FADH 2 e un ATP (o GTP nucleotide simile)

10 BILANCIO ATPNADH 2 FADH 2 GLICOLISI 2 (in realtà se ne formano 4, ma due sono usati nella glicolisi) 20 formazione acetilCoA 020 Ciclo di KREBS262 totale4102 Alla fine delle reazioni del ciclo di Krebs

11 CATENA RESPIRATORIA La terza fase della respirazione cellulare è denominata fosforilazione ossidativa, e avviene a livello delle creste mitocondriali, ossia dei ripiegamenti della membrana interna. Essa consiste nel trasferimento degli elettroni dellidrogeno del NADH a una catena di trasporto (detta catena respiratoria), formata da citocromi (particolari pigmenti), fino allossigeno, che rappresenta laccettore finale, con formazione di acqua. Il passaggio degli elettroni comporta la liberazione di energia che viene immagazzinata nei legami di molecole di ADP, tramite il legame di gruppi fosfato e la sintesi di molecole di ATP. ADP+P ATP ADP+P ATP ADP+P ATP O2O2 H2H2 H2H2 H2H2 H2H2 H2OH2O NADH 2 FADH 2

12 BILANCIO IN ATP ATP che si producono nella catena respiratoria FADH 2 Forma 2 ATP 2x2= 4 NADH 2 Forma 3 ATP 3x10=30 ATP che proviene dalla glicolisi, e dal ciclo di Krebs 2 glicolisi. 2 ciclo di kreb s= 4 TOTALE ATP 38 EQUAZIONE GENERALE DELLA RESPIRAZIONE CELLULARE: C 6 H 12 O 6 + 6O ADP + 38 Pi = 6CO 2 + 6H 2 O + 38 ATP

13 LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA Processo anabolico effettuato dagli organismi AUTOTROFI, in grado di costruirsi da soli il cibo, fondamentale per tutta la BIOSFERA nel quale le sostanze inorganiche, CO 2 e H 2 O, sono trasformate in sostanze organiche C 6 H 12 O 6, utilizzando la luce del Sole. Tutte le sostanze organiche che utilizziamo come cibo sono, in ultima analisi, prodotte dagli autotrofi attraverso la fotosintesi.. Altro prodotto di scarto è lossigeno.

14 Nelle piante la FOTOSINTESI avviene in particolari organuli i CLOROPLASTI, che contengono le molecole di CLOROFILLA, un pigmento in grado di catturare lenergia luminosa. Oltre alla CLOROFILLA intervengono altri pigmenti i CAROTENOIDI. Si divide in due fasi: FASE LUMINOSA richiede la luce solare e avviene sui TILACOIDI della membrana interna dei cloroplasti. FASE OSCURA avviene anche in assenza di luce, nello STROMA del cloroplasto

15 FASE LUMINOSA LUCE ADP+Pi H 2 O ATP NADP + NADPH 2 O2O2 Entrano acqua, luce un accettore di elettroni, lADP; Escono ATP, laccettore ridotto e lossigeno

16 FASE LUMINOSA Fotosistema 2 e-e- Fotosistema 1 ADP ATP NADPH 2 e-e- H 2 OO2O2 2H + + 2e - luce La luce colpisce la clorofilla del fotosistema 1 che perde un elettrone ad alta energia, che attraverso vari accettori arriva al NADP + riducendolo. Il buco elettronico del fotosistema 1 viene colmato da un elettrone ad alta energia proveniente dal fotosistema 2, colpito a sua volta dalla luce,nel passaggio si forma ATP. Il buco del fotosistema 2 viene riempito da elettroni provenienti dalla scissione dellacqua, con formazione di ossigeno

17 FASE OSCURA Avviene nello stroma del cloroplasto. Avviene anche al buio E un ciclo (ciclo di Calvin) ATP NADPH 2 CO 2 C 6 H 12 O 6 NADP + ADP+Pi Equazione finale della fotosintesi 6CO H 2 O + luce = C 6 H 12 O 6 + 6O 2

18 ESOENERGETICA Reazione chimica che produce energia A + B = C + ATP ENDOENERGETICA A+B+ATP= C Reazione chimica che richiede energia

19 OSSIDAZIONE/RIDUZIONE Reazioni chimiche che avvengono attraverso lo scambio di elettroni/idrogeno. Una molecola organica si ossida se cede elettroni/idrogeno; Una molecola organica si riduce se acquista elettroni/idrogeno Per valutare il grado di riduzione di una molecola organica consideriamo il rapporto H/O. C 6 H 12 O 6 = GLUCOSIO H/O=12/6=2 C 3 H 4 O 3 = ACIDO PIRUVICO H/O=4/3=1,33 Il Glucosio è una molecola più ridotta dellacido piruvico, in quanto il rapporto H/O ha un valore maggiore.

20 ATP La molecola energetica per eccellenza. E un nucleotide, formato da: Ribosio Adenina Tre gruppi fosfato Lenergia è immagazzinata nel legame del terzo gruppo fosforico. La reazione ADP + Pi = ATP è endoenergetica e nelle reazioni cataboliche incamera lenergia. La reazione ATP = ADP + Pi è esoenergetica e nelle reazioni anaboliche fornisce lenergia necessaria.

21 ANABOLISMO Reazioni endoenergetiche che portano alla formazione di. molecole biologiche.endoenergetiche Queste reazioni utilizzano ATP formato dalle reazioni cataboliche.

22 CATABOLISMO Reazioni esoenergetiche che portano allossidazione, parziale o completa, di molecole biologiche.esoenergeticheossidazione produzione Con Composti del carbonio più ossidati o con un numero di atomi di C minore Molecole di ATP NADH 2

23 TRASPORTATORI DI ELETTRONI Sono molecole che accettano facilmente elettroni /idrogeno e altrettanto facilmente li cedono a molecole che hanno verso gli elettroni/idrogeno una maggiore affinità. Queste molecole esistono in due forme: La forma ossidata es. NAD + la forma ridotta es. NADH 2 La reazione è: NAD + + H 2 NADH 2 Inserimento dell H + H 2