COSTRUIRE, DEMOLIRE, RINNOVARE STORIA Inizi ‘800 – sviluppo della chimica organica 1937 – uso di isotopi radioattivi usati come traccianti per identificare le tappe del metabolismo intermedio Necessità cellulare: COSTRUIRE, DEMOLIRE, RINNOVARE

FUNZIONI DEL METABOLISMO Fornire energia per permettere alla cellula di svolgere le sue attività. Fornire materia per la costruzione di molecole specifiche. Assicurare il ricambio molecolare, permettendo alla cellula di regolare il suo ambiente interno e le sue attività.

METABOLISMO IN SINTESI Ingestione di macromolecole (proteine, glucidi e lipidi) L’apparato digerente riduce le macromolecole in molecole più piccole Le molecole piccole passano al citoplasma dove vengono ulteriormente demolite attraverso i processi di: Glicolisi – degradazione del glucosio Fermentazione (assenza di O2) ATP Respirazione cellulare (presenza di O2)

GLICOLISI Via metabolica antica già usata dai batteri 3,5 miliardi di anni fa. Si tratta del metabolismo dei glucidi e stadio di estrazione di energia dal glucosio. GLICOLISI = DEGRADAZIONE DEL GLUCOSIO

GLICOLISI A cosa serve: Fonte di energia Fonte di materia In anaerobiosi – 2 ATP In aerobiosi – 38 ATP Fonte di materia Precursore di molecole di interesse biologico (es. Pentosi - ribosio, desossiribosio)

GLICOLISI Origine del glucosio: Dove avviene: Alimentare – digestione dei polisaccaridi e disaccaridi Metabolica – prodotta dalle cellule del fegato Dove avviene: Nel citoplasma delle cellule e avviene CONTINUAMENTE (tessuti glucosio-dipendenti: globuli rossi e cervello).

GLICOLISI É una serie di reazioni, mediante le quali il glucosio viene trasformato in due molecole di un composto a tre atomi di carbonio, la gliceraldeide 3-fosfato o fosfogliceraldeide (PGAl), e successivamente in due molecole di piruvato. Nella prima serie di tappe, il glucosio viene trasformato in PGAl, previo utilizzo di due molecole di ATP. La tappa 3 è catalizzata dall'enzima fosfofruttochinasi. Questo meccanismo viene utilizzato dalle cellule per evitare di produrre ATP quando non serve

GLICOLISI

GLICOLISI

RESPIRAZIONE CELLULARE Permette di estrarre dal glucosio la maggior quantità di ATP in presenza di Ossigeno. Avviene nei mitocondri.

RESPIRAZIONE CELLULARE

RESPIRAZIONE CELLULARE In presenza di ossigeno: l’acido piruvico entra nel mitocondrio e si pone nella matrice mitocondriale e qui grazie agli enzimi perde il gruppo O2 Ac. Piruvico perde: CO2 – decabossilazione H - deidrogenazione Ac.piruvico

RESPIRAZIONE CELLULARE Il gruppo acetile si attacca alla grande molecola di coenzima A (COA), quindi si ottiene l’acetil coenzima A Gruppo acetile

RESPIRAZIONE CELLULARE Chi permette questa reazione è un’enzima chiamata piruvato-deidrogenasi (complesso proteico grande attivato da vitamine del complesso B di cui la tiamina - vitamina B1 – è particolarmente importante

RESPIRAZIONE CELLULARE L’acetil-CoA è molto importante perché è il punto di convergenza del metabolismo dei glucidi, dei lipidi e delle proteine. Questo acetil-CoA entra nella matrice mitocondriale, in un ciclo di reazione che si chiama ciclo di Krebs.

RESPIRAZIONE CELLULARE Il Ciclo di Krebs è una sequenza di reazioni cicliche che ha come finalità ossidare completamente l’acetil-CoA a CO2, prodotto di rifiuto della cellula. Sir Hans Adolf Krebs, vincitore del premio Nobel per la medicina nel 1953.

RESPIRAZIONE CELLULARE Il ciclo di Krebs è una sorgente di energia che si libera dalla rottura dei legami che si uniscono agli atomi di carbonio. Ad ogni giro l’energia viene immagazzinata in 1 ATP, 3 di NADH e 1 di FADH2. Per ossidare una molecola di glucosio sono necessari quindi 2 giri del ciclo di Krebs.

CICLO DI KREBS NADH H2O CO2 NADH H2O CO2 FADH2 NADH ATP Co-A Acetil Co-A 2C Citrato 6C Isocitrato Chetoglutarato 5C Succinile Co-A 4C Succinato Fumarato Malato Ossalacetato NADH H2O CO2 NADH H2O CO2 FADH2 NADH ATP Co-A

RESPIRAZIONE CELLULARE

RESPIRAZIONE CELLULARE Il ciclo di Krebs è sempre seguito dalla fosforilazione ossidativa, una catena di trasporto di elettroni. Questa respirazione cellulare estrae energia da NADH e FADH2, ricreando NAD+ e FAD, permettendo in tal modo al Ciclo di continuare.

RESPIRAZIONE CELLULARE Catena respiratoria o catena di trasporto degli elettroni: - Il NADH (proveniente dalla glicolisi, dall’ossidazione del piruvato in acetil-CoA e dal ciclo di Krebs) ha immagazzinato energia che per poter essere usata dalla cellula, deve essere convertita in ATP.

RESPIRAZIONE CELLULARE

SISTEMA DI TRASPORTO DI ELETTRONI NADH → flavoproteina → proteine Fe-S → coenzima Q. Succinato → FAD → proteine Fe-S → coenzima Q coenzima Q → proteine FeS → cit c1 → cit c Cit c → CuA → cit a → cit a3 → CuB → O2

RIASSUNTO ENERGETICO GLUCOSIO 2 ATP 2 ATP TOTALE ATP 38 ATP 2 NADH 6 ATP PIRUVATO PIRUVATO 1 NADH 1 NADH 2 NADH 6 ATP Acetil Co-A Acetil Co-A Ciclo Krebs Ciclo Krebs 3 NADH 3 NADH 6 NADH 18 ATP 1 FADH2 1 FADH2 2 FADH 4 ATP 1 ATP 1 ATP 2 ATP 2 ATP TOTALE ATP 38 ATP OGNI NADH = 3 ATP OGNI FADH2 = 2 ATP

FERMENTAZIONE Processo mediante il quale organismi ricavano energia chimica dalla demolizione parziale del glucosio in assenza di ossigeno molecolare (anaerobiosi)

FERMENTAZIONE Funzione nell’uomo: Dove avviene: Permette ai muscoli di lavorare quando l’apporto di O2 è insufficiente Permette ai globuli rossi di ricavare energia giacché sono sprovvisti di mitocondri Dove avviene: Nel citoplasma cellulare

FERMENTAZIONE LATTICA ALCOLICA Formazione di Acido lattico – sensazione di affaticamento da parte dei muscoli Casi di acidosi metabolica – insufficienza epatica o cardiaca, ustioni, leucemie ALCOLICA Formazione di alcol etilico Bibite alcoliche – es: Saccaromyces cervisiae Panifici – lieviti – liberazione di CO2 Formazione dell’acido acetico

FERMENTAZIONE LATTICA ALCOLICA Formazione di Acido lattico – sensazione di affaticamento da parte dei muscoli Casi di acidosi metabolica – insufficienza epatica o cardiaca, ustioni, leucemie ALCOLICA Formazione di alcol etilico Bibite alcoliche – es: Saccaromyces cervisiae Panifici – lieviti – liberazione di CO2 Formazione dell’acido acetico

FERMENTAZIONE