METABOLISMO È l’insieme delle reazioni chimiche che avvengono nel corpo degli esseri viventi e che intercorrono tra l’introduzione di sostanze di origine chimica e l’eliminazione degli scarti. ENERGIA

ENERGIA = ATTIVITÀ, FORZA CAPACITÀ DI COMPIERE UN LAVORO SPOSTARE LA MATERIA ENERGIA CHIMICA Fondamentale per i viventi. È depositata nelle molecole sotto forma di legami chimici. È resa utilizzabile in decorrenza alla demolizione delle molecole. È resa disponibile per compiere lavoro.

USO DELL’ENERGIA L’uso dell’energia dipende: dalla capacità di trasformarsi in forme diverse dalla capacità di trasferirsi da un corpo all’altro Energia utile in uscita è MINORE a quella in entrata perdita sotto forma di CALORE – forma di energia non utilizzabile per compiere un lavoro

SISTEMI TERMODINAMICI SISTEMA ISOLATO non scambia né energia né materia SISTEMA CHIUSO scambia energia ma non materia SISTEMA APERTO scambia energia e materia

LEGGI FONDAMENTALI DELL’ENERGIA PRIMA LEGGE DELLA TERMODINAMICA Nulla si crea, nulla si distrugge tutto si trasforma SECONDA LEGGE DELLA TERMODINAMICA L’energia dell’universo si degrada in modo irreversibile tende a disperdersi sotto forma di calore e a degradarsi in maniera disorganizzata ENTROPIA

ENERGIA E I VIVENTI I viventi sono sistemi aperti molto organizzati a bassa entropia. Per il mantenimento della vita c’è la necessità di un continuo scambio e flusso di MATERIA ed ENERGIA.

Ingestione di molecole organiche ENERGIA E I VIVENTI I viventi utilizzano solo due forme di manifestazione dell’energia: Energia luminosa Organismi autotrofi fotosintesi Energia chimica Organismi eterotrofi Ingestione di molecole organiche

ENERGIA E I VIVENTI 2 TIPI DI REAZIONI Energia dei prodotti minore di quella dei reagenti Libera enegia spontaneamente Può produrre lavoro Es: respirazione cellulare ESOERGONICA Energia dei prodotti maggiore di quella dei reagenti Richiedono spesa di energia Esigono lavoro per poter avvenire Es. fotosintesi ENDOERGONICA

ATP = ADENOSINA TRIFOSFATO L’energia liberata dalle reazioni esoergoniche deve essere “intrappolata” dai viventi, affinché non si disperda in forma di calore. Viene perciò spesso trasferita ad uno speciale trasportatore di energia: l’ATP ATP = ADENOSINA TRIFOSFATO

ATP È il collegamento universale tra le reazioni eso e endoergoniche e funziona: fornendo energia ADP + P ATP richiedendo energia ATP ADP + P o ATP AMP + 2P

ATP e RISERVA ENERGETICA Il fabbisogno energetico di uma cellula si esprime in 2 modi: Bisogno immediato – energia da spendere istantaneamente (uso di ATP). Deposito energetico – riserva energetica a lungo termine (uso di polimeri grandi come amido nelle piante e glicogeno negli animali).

ENERGIA DI ATTIVAZIONE È l’energia necessaria per innescare uma reazione È questa che determina l’effettivo svolgimento di una reazione e ne controlla la velocità In caso di assenza – cellula raggiunge entropia massima e muore In caso di presenza – cellula può fare avvenire le reazioni e può controllarla abbassandola (azione enzimatica).

Reazione esoergonica Energia di attivazione Energia reagenti Energia prodotti

Reazione endoergonica Energia di attivazione Energia prodotti Energia reagenti

REAZIONI DI INTERESSE BIOLOGICO OSSIDORIDUZIONI – REAZIONI REDOX Consistono nel trasferimento di elettroni isolati o di elettroni e ioni idrogeno (protoni) da un composto (DONATORE) ad un altro (ACCETTORE). OSSIDAZIONE – perdita di elettroni RIDUZIONE – guadagno di elettroni

REDOX Le ossidazioni e le riduzioni sono sempre abbinate perché gli elettroni non possono essere mai eliminati, ma solo trasferiti. Al passaggio degli elettroni coincide un passaggio di energia che non viene passata tutta in una volta, ma gradualmente attraverso reazioni intermedie che liberano ciascuna una piccola porzione di energia.

REDOX In tal senso si evita che l’energia liberata tutta insieme sotto forma di calore, innalzi la temperatura della cellula fino alla sua morte. Ciò è possibile grazie ai trasportatori di elettroni, che sono catene speciali di molecole, disposte in ordine che liberano energia gradativamente.

In laboratorio Nella cellula ENERGIE DI ATTIVAZIONE PICCOLE PER OPERA DEGLI ENZIMI ENERGIA DI ATTIVAZIONE GRANDE GLUCOSIO + O2 E GLUCOSIO + O2 E E Non viene immagazzinata nessuna energia ATP E E E CO2 + H20 E CO2 + H20

TRASPORTATORI DI ELETTRONI Esempi: NAD – nicotinnamide adenin nucleotide NADP – nicotinnamide adenin dinucleotide fosfato FAD – flavina adenin dinucleotide CITOCROMI – presenti nei mitocondri

CATALISI Le reazioni biochimiche nelle cellule sono quasi tutte ad alta energia di attivazione. Le cellule quindi ricorrono ai CATALIZZATORI, sostanze la cui funzione è quella di ABBASSARE L’ENERGIA DI ATTIVAZIONE, AUMENTANDONE LA VELOCITÀ. Le cellule usano catalizzatori organici che sono gli ENZIMI. Questo processo è denominato CATALISI.

FATTORI CHE INFLUENZANO L’ATTIVITÀ ENZIMATICA TEMPERATURA – aumento della temperatura porta all’aumento della velocità delle reazioni, ma oltre um certo grado può avvenire la denaturazione irreversibile delle proteine. pH – piccole variazioni sono sufficienti per ridurre l’attività enzimatica; variazioni grandi denaturano gli enzimi.