Concetti Chiave
- Il metabolismo energetico svolge tre funzioni principali: ricavare energia, idrolizzare polimeri complessi e sintetizzare polisaccaridi e trigliceridi.
- Le reazioni metaboliche si dividono in anaboliche, che richiedono energia, e cataboliche, che producono energia attraverso processi di ossidoriduzione.
- La glicolisi è composta da dieci fasi, suddivise in cinque endoergoniche che trasformano il glucosio in fruttosio 1,6 bifosfato e cinque esoergoniche che convertono G3P in piruvato, liberando energia.
- La fotosintesi è un processo anabolico che avviene in due fasi: la fase luminosa, nei cloroplasti, e la fase oscura, che comprende il Ciclo di Calvin per la sintesi di carboidrati.
- Le piante C3 e C4 differiscono nella fissazione del carbonio: le C3 producono G3P, mentre le C4 utilizzano l'enzima PEP carbossilasi per formare un composto intermedio a 4 atomi di carbonio.
“Il metabolismo energetico è un’attività cellulare coordinata che ha tre funzioni:
• Ricavare energia
• Idrolizzare polimeri complessi e trigliceridi
• Sintetizzare polisaccaridi e trigliceridi
Esso è costituito da un insieme di reazioni, detto via metabolica”
Tipi di reazioni metaboliche
Le reazioni metaboliche sono di due tipi:
• Anaboliche > endoergoniche (necessitano di energia per iniziare)
• Cataboliche > esoergoniche (producono energia)
La maggior parte delle reazioni metaboliche sono reazioni di ossidoriduzione in cui una specie si ossida (perde elettroni) e l’altra si riduce (acquista elettroni)
Glicolisi: quali sono le fasi e i processi?
Sappiamo che il glucosio è un esoso ricco di energia potenziale, quindi un ottimo combustibile per il catabolismo, che si divide in tre fasi:
• Glicolisi > è costituita da dieci fasi:
o Le prime 5 fasi sono endoergoniche: fornendo energia sotto forma di molecole di ATP, il glucosio viene trasformato in fruttosio 1,6 bifosfato e mediante un processo detto fosforilazione (aggiunge un gruppo fosfato PO4- ad una proteina o a un’altra molecola conferendo carica negativa) viene loro impedito di uscire dalla cellula. Il fruttosio 1,6 bifosfato viene scisso in G3P (-2ATP + 2 G3P)
o Le altre 5 tappe sono esoergoniche: in queste fasi si libera energia e il G3P viene trasformato in piruvato (+4ATP +2NADH +2 piruvato)
Fermentazione: lattica e alcolica
• (Fermentazione) > può essere lattica o alcolica:
o Lattica: in assenza di ossigeno le cellule non riescono a riossidare il NADH e rigenerano il NAD+ attraverso la riduzione del piruvato in lattato (+6ATP)
o Alcolica: in assenza di ossigeno le cellule riossidano il NADH a NAD+ riducendo l’acetaldeide a etanolo (+2ATP)
Respirazione cellulare: decarbossilazione e ciclo di Krebs
• Respirazione Cellulare > In presenza di ossigeno il piruvato viene nuovamente ossidato a H2O e CO2 e il processo è diviso in 3 fasi:
o Decarbossilazione ossidativa: Per poter entrare nel ciclo di Krebs il piruvato deve essere trasformato in acetil-CoA. Il piruvato viene infatti decarbossilato e ossidato (perde una molecola di CO2 ed elettroni), si ha quindi la liberazione di una molecola di anidride carbonica e la riduzione di un NAD+ a NADH.
Fosforilazione ossidativa e catena respiratoria
Dopodiché si forma un legame tra acetile e CoA (+6ATP)
o Ciclo di Krebs: costituito da 8 reazioni inizia con il legame dell’ acetil-CoA con l’ossalacetato, passa alla riduzione di 1NAD+ a NADH per due fasi consecutive, GDP > GTP + ADP > ATP + GDP, poi 1FAD viene ridotto a FADH2, si ha l’ingresso di una molecola di acqua e nuovamente 1NAD viene ridotto a NADH (6NADH +2FADH2 +2ATP +2CoA)
o Fosforilazione ossidativa: ossidazione di glucosio, piruvato e acetile producono molto NADH e FADH2 che vengono usati per sintetizzare ulteriore ATP. Gli elettroni di NAD e FAD entrano nel ciclo della catena respiratoria mitocondriale e prendono parte a una serie di redox rilasciando gradualmente energia, utilizzata per trasferire protoni fuori dalla matrice mitocondriale attraverso diversi tipi di trasportatori (di natura proteica).
Complesso I: NADH > ubichi none + 4p+ a intermembrana
Complesso II: FADH2 > ubichi none
Complesso III: e- > citocromo c + p+ > intermembrana
Complesso IV: 4e- citocromo c > ossigeno
Essa è un processo a cascata e a ogni stato l’elettrone rilascia energia, ciò che fa muovere gli elettroni è che ogni trasportatore ha affinità maggiore rispetto al precedente (esoergonica).
Il trasferimento di elettroni durante la catena respiratoria è accompagnata da un trasferimento di protoni verso la matrice mitocondriale secondo gradiente elettrico e gradiente chimico grazie in particolare al complesso dell’ATP sintasi che funziona da canale-pompa (dando origine alla chemiosmosi).
(+28ATP)
Fotosintesi: anossigenica e ossigenica
La fotosintesi è un processo anabolico adottato dagli esseri autotrofi per catturare energia luminosa e utilizzarla per sintetizzare carboidrati.
Essa può essere di due tipi:
• Anossigenica > adottata da batteri che vivono in ambienti estremi e non hanno bisogno/non producono ossigeno
• Ossigenica > si svolge in ambienti aerobici e serve per sintetizzare C6H12O6 e O2 a partire da H2O e CO2
Essa si svolge in due fasi:
Fase luminosa della fotosintesi
• Fase luminosa > ha luogo nei cloroplasti poiché essi contengono pigmenti (clorofilla a/b per radiazioni del rosso e del blu e accessori per radiazioni intermedie) in grado di assorbire fotoni. Quando un fotone raggiunge i pigmenti nel sistema antenna i pigmenti passano allo stato eccitato e l’energia si muove passando da una molecola di pigmento all’altra, fino a che non raggiunge la molecola che assorbe la lunghezza d’onda superiore nel centro di reazione.
La molecola eccitata riduce un accettore primario.
Il fotone viene assorbito nel Fotosistema II e si eccita e H2O viene ridotta, dagli H+ dell’acqua ridotta e attraverso la catena di trasporto l’elettrone viene trasportato nel Fotosistema I grazie alla chemiosmosi, dove assorbe un altro fotone , si eccita e il sistema riduce NADP+ a NADPH.
Fase oscura e ciclo di Calvin
• Fase Oscura > le tappe della fase oscura costituiscono il Ciclo di Calvin:
o Fissazione del Carbonio: reazione catalizzata dall’enzima
CO2 + RuBP > 3PG
o Riduzione di 3PG a G3P: fosforilazione (+ PO4-) + riduzione
o Riduzione di RuBP: G3P > RuBP + ATP (quindi, ogni giro del ciclo rigenera 1RuBP e fissa una molecola di CO2
(6 giri di ciclo per 6CO2, ogni 3 giri esce 1 fosfogliceraldeide)
RuBisCo e fotorespirazione
N.B.: RuBisCo catalizza reazione RuBP anche con ossigeno e “decide” a seconda di tre opzioni:
• Ha affinità 10x con CO2 e 1x con O2
• Se concentrazione di CO2 > O2 lo fissa con Ciclo di Calvin
Se concentrazione CO2
• Fotorespirazione è più frequente ad alte temperature (perché col caldo gli stomi si chiudono per impedire perdita H2O ma impediscono anche scambi gassosi > CO2 consumata da fotosintesi e sua concentrazione diminuisce, mentre aumenta quella di O2)
Piante C3 e C4
Piante C3 > liberano come prodotto della fissazione del carbonio G3P
Piante C4 > nelle cellule del mesofillo è presente enzima PEP carbossilasi che lega carbonio del CO2 a PEP formando un composto intermedio a 4 atomi di carbonio chiamato ossalacetato (funziona da trasportatore del carbonio dalle cellule del mesofillo alle cellule della guaina del fascio circostanti)
Domande da interrogazione
- Quali sono le tre funzioni principali del metabolismo energetico?
- Qual è la differenza tra reazioni metaboliche anaboliche e cataboliche?
- Come avviene la glicolisi e quali sono le sue fasi?
- Qual è il ruolo della fotosintesi e quali sono le sue due tipologie?
- Cosa caratterizza il ciclo di Calvin nella fase oscura della fotosintesi?
Il metabolismo energetico ha tre funzioni principali: ricavare energia, idrolizzare polimeri complessi e trigliceridi, e sintetizzare polisaccaridi e trigliceridi.
Le reazioni anaboliche sono endoergoniche e richiedono energia per iniziare, mentre le reazioni cataboliche sono esoergoniche e producono energia.
La glicolisi si divide in dieci fasi: le prime cinque sono endoergoniche e trasformano il glucosio in fruttosio 1,6 bifosfato, mentre le ultime cinque sono esoergoniche e convertono il G3P in piruvato, liberando energia.
La fotosintesi è un processo anabolico che cattura energia luminosa per sintetizzare carboidrati. Può essere anossigenica, senza produzione di ossigeno, o ossigenica, che produce ossigeno e glucosio.
Il ciclo di Calvin comprende la fissazione del carbonio, la riduzione di 3PG a G3P e la rigenerazione di RuBP, permettendo la fissazione di CO2 e la produzione di zuccheri.
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