Concetti Chiave
- Il metabolismo cellulare include trasformazioni chimiche ed energetiche, suddivise in anabolismo e catabolismo, catalizzate dagli enzimi.
- Gli enzimi, specifici per i loro substrati, abbassano l'energia di attivazione necessaria per avviare le reazioni metaboliche.
- ATP, NAD+, e FAD+ sono trasportatori di energia essenziali, con l'ATP che si converte in ADP per fornire energia alla cellula attraverso l'idrolisi.
- La respirazione cellulare comprende glicolisi, ciclo di Krebs e chemiosmosi, producendo un totale di 38 molecole di ATP da una molecola di glucosio.
- La fermentazione, sia lattica che alcolica, avviene in assenza di ossigeno, con l'acido piruvico trasformato in acido lattico o alcol etilico.
Il metabolismo è l’insieme delle trasformazioni chimiche o energetiche, dalle quali la cellula ricava energia. Si divide in: anabolismo e catabolismo.
• L’anabolismo consiste in reazioni di divisione di molecole.
• Il catabolismo consiste in reazioni di costruzione.
Ruolo degli enzimi
Queste reazioni anaboliche e cataboliche avverrebbero in modo troppo lento se non fossero catalizzate dagli enzimi.
Questi infatti sono proteine in grado di abbassare l’energia di attivazione, ovvero l’energia che bisogna somministrare affinché una reazione abbia inizio. Gli enzimi sono specifici, cioè agiscono solo nel loro substrato, e presentano il sito attivo, legato substrato.
Trasportatori di energia
• ATP
• NAD+
• FAD+
Trasportatori di energia
L’ATP è un nucleotide formato da uno zucchero a cinque atomi di C, il ribosio, ed una base azotate, l’adenina. L’insieme di ribosio e base azotata è chiamato nucleoside. Questo nucleoside è chiamato adenosina cui sono legati tre gruppi fosfati (con legami ad alta energia).
La cellula, quando ha bisogno di energia, demolisce ATP in ADP +P, questo processo è chiamato idrolisi. Quando la cellu-la ha a disposizione energia inutilizzata, sintetizza a partire da ADP + P una molecola di ATP, questo processo è noto con il nome di fosforilazione.
Demolizione del glucosio
• Aerobica: avviene in presenza di O
- Respirazione cellulare - Glicolisi
- Ciclo di Krebs
- Chemiosmosi
• Anaerobica: senza O
- Fermentazione. ( lattica, alcolica )
Respirazione cellulare
I fase - Glicolisi
La glicolisi è la prima tappa della respirazione cellulare e si esplica nel citoplasma. Il punto di partenza è il glucosio (a sei atomi di carbonio). La cellula prende una molecola di ATP e la demolisce in ADP + P e lega il gruppo fosfato al glu-cosio, formando il gluco¬sio 6 fosfato. Quest’ultimo diviene fruttosio 6 fosfato. La cellula demolisce un’altra molecola di ATP in ADP + P e lega il gruppo fosfato al fruttosio , che diventa fruttosio 1, 6 difosfato. Il fruttosio 1, 6 difosfato si scinde in due parti, for¬mando due gliceraldeide 3 fosfato, un NAD+ si riduce in NADH , il vuoto di elettroni viene colmato da un gruppo fo¬sfato. Formando l’acido 1, 3 difosfoglicerico. Questo cede un gruppo fosfato ad un ADP che per fosforilazione si tra¬sforma in ATP. Si forma l’acido 3 fosfoglicerico che spontaneamente si trasforma in acido 2 fosfoglicerico. Quest’ultimo in seguito alla perdita di una molecola di H2O forma l’acido fosfoenolpiruvico. Un ADP + P per fosfori-lazione si trasforma in ATP formando l’acido piruvico.
II fase - Ciclo di Krebs
L’acido piruvico (prodotto finale della glicolisi) entra nei mitocondri dove viene trattato, subisce un’ ossidazione da un NAD+ e una decarbossilazione sotto forma di CO2. Si forma una molecola a due atomi di C che si lega ad un Coenzima A dando origine ad un composto chiamato acetil coenzima A. Perde il CoA si lega ad un composto a quattro atomi di C , l’acido ossalacetico, formando un composto a sei atomi di C, l’acido citrico. L’acido citrico si trasforma in acido isocitrico. Questo viene ossidato da un NAD+ e subisce una decarbossi¬lazione sotto forma di CO2 , dando forma all’acido α cheto glutarico. Quest’ultimo viene ossidato da un NAD+ , subisce una decarbossilazione sotto forma di CO2 e si lega a un coenzima A. In seguito a questo pro¬cesso si forma la succenil coenzima A. La succenil coenzima A perde il CoA , viene attaccata da un GDP + P forma GTP che poi si trasforma in ATP dando origine all’ acido succinico che viene ossidato da un FAD+ formando l’acido fumarico. L’acido fumarico acquista una molecola di H2O formando l’acido malico che subisce un’ ossidazione da un NAD e si torna così all’acido ossalacetico.
III fase - Chemiosmosi
Tale processo avviene nelle creste mitocondriali dove sono presenti vari coenzimi, quali: il flavin mononucleotide; il coen-zima Q; il citocromo b: citocromo c; citocromo a; citocromo a3.Durante tale processo avviene un passaggio di elettroni dall’interno all’esterno, per far sì che ciò avvenga si libera energia, con questa energia le proteine fanno passare ioni H+ dal compartimento interno a quello esterno. gli elettroni vengono Scaricati da una proteina ad un’ altra fino a quando vengono scaricati all’O- - che da negativo si neutralizza con due cariche positive (H+) formando H2O. Ioni H+ sono passati dall’interno all’esterno, quando il loro gradiente di concentrazione è elevato tornano nel compartimento interno mediante l’ATP sintetasi , nel passaggio liberano energia sotto forma di ATP.
Alla fine della respirazione cellulare si ottengono 38 molecole di ATP.
C6H12O6 + 602 → 38 ATP + 6H2O + 6CO2
Fermentazione
Fermentazione lattica
Fermentazione lattica: Il punto di partenza, così come nella glicolisi, è il glucosio. La cellula prende una molecola di ATP e la demolisce in ADP + P e lega il gruppo fosfato al glucosio. E forma il gluco¬sio 6 fosfato. Quest’ultimo diviene fruttosio 6 fosfato. La cellula demolisce un’altra molecola di ATP in ADP + P e lega il gruppo fosfato al fruttosio , che di-venta fruttosio 1 6 difosfato. Il fruttosio 1 6 difosfato si scinde in due parti, for¬mando due gliceraldeide 3 fosfato, un NAD+ si riduce in NADH , il vuoto di elettroni viene colmato da un gruppo fo¬sfato. Formando l’acido 1 3 fosfoglicerico. Questo cede un gruppo fosfato ad un ADP che per fosforilazione si tra¬sforma in ATP. Si forma l’acido 3 fosfoglicerico che spontaneamente si trasforma in acido 2 fosfoglicerico. Quest’ultimo in seguito alla perdita di una molecola di H2O forma l’acido fosfoenolpiruvico. Un ADP + P per fosforilazione si trasforma in ATP formando l’acido piruvico. Un NAD+ si ossida formando l’acido lattico. Durante l’attività muscolare intensa, tutte le fibre hanno necessità di ossigeno in quantità superiori al normale. Il sistema circolatorio riesce, ad assicurare un maggior apporto di sangue ossigenato. Quando l’apporto di ossigeno è inferiore rispetto al consumo, la fosforilazione ossidativa non garantisce un’adeguata utilizzazione dell’acido piruvico, che non riesce ad entrare nei mitocondri e viene trasformato in acido lattico che si accumula nel citoplasma.
Fermentazione alcolica
Fermentazione alcolica: il processo è analogo a quello della glicolisi. A differenza dell’ultima fase nella quale l’acido piruvico subisce una riduzione da un NAH e una decarbossilazione formando un composto a due atomi di C chiamato alcol etilico
Domande da interrogazione
- Qual è la funzione principale del metabolismo cellulare?
- Come gli enzimi influenzano le reazioni metaboliche?
- Quali sono i principali trasportatori di energia nella cellula?
- Quali sono le fasi principali della respirazione cellulare aerobica?
- In cosa differiscono la fermentazione lattica e quella alcolica?
Il metabolismo cellulare è responsabile delle trasformazioni chimiche ed energetiche che forniscono energia alla cellula, suddividendosi in anabolismo e catabolismo.
Gli enzimi catalizzano le reazioni metaboliche abbassando l'energia di attivazione necessaria, permettendo alle reazioni di avvenire più rapidamente.
I principali trasportatori di energia nella cellula sono ATP, NAD+, e FAD+.
Le fasi principali della respirazione cellulare aerobica sono la glicolisi, il ciclo di Krebs e la chemiosmosi.
La fermentazione lattica produce acido lattico, mentre la fermentazione alcolica produce alcol etilico attraverso la riduzione e decarbossilazione dell'acido piruvico.
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