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La cellula e l'energia


Le cellule eucariotiche assumono dall’esterno sostanze, che poi degradano e rielaborano per sostenere Le loro attività vitali. Durante la fase di degradazione o usi delle macromolecole si libera energia dei legami chimici, che le cellule mettono in serbo nelle molecole nucleotidiche, soprattutto nell’ATP. Le cellule potranno utilizzare queste molecole energetiche successivamente nel corso delle loro funzioni.

La produzione di ATP avviene mediante la glicolisi anaerobica nel citoplasma; all’interno del mitocondrio, con il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa. Le reazioni che si verificano durante questi processi sono ossidative, ma solo nel mitocondrio avvengono in presenza e con l’utilizzazione dell’ossigeno.

Nella glicolisi si libera solo una parte dell’energia chimica dei substrati; in questo processo una molecola di glucosio viene trasformata in due molecole di acido piruvico; in assenza di ossigeno l’acido piruvico viene ridotto ad acido lattico dal coenzima NADH, che si ossida. L’energia liberatasi viene conservata nei legami di due moli di ATP

In presenza di ossigeno, invece, le cellule sono in grado di degradare il piruvato, prodotto nella glicolisi, sino ad acqua e anidride carbonica, ricavando una maggiore quantità di energia.
Gli elettroni rimossi dalle molecole “percorrono” un sistema di trasporto, costituito da complessi proteici, disposti in maniera sequenziale nella membrana interna mitocondriale. Il flusso di elettroni libera energia, che in parte viene utilizzata per creare un gradiente di H+ fra i compartimenti mitocondriali.
Il gradiente di H+ fornisce energia al complesso enzimatico F0F1ATPasi, che la impiega nella sintesi di ATP.
Le piante verdi, le alghe eucariotiche e i batteri fotosintetici utilizzano l’energia luminosa per costruire sostanze organiche a partire da molecole inorganiche; il processo è noto come fotosintesi.
Quasi sempre le molecole inorganiche utilizzate sono l’anidride carbonica e l’acqua. Quest’ultima rappresenta la fonte di elettroni, che liberati a basso livello energetico, vengono trasferiti ai centri attivi di complessi molecolari e portati a più alti livelli energetici.
Nella fase luminosa della fotosintesi i complessi molecolari costituiti dalle clorofille, da pigmenti accessori e da proteine, utilizzano l’energia solare. Gli elettroni “rotolando” successivamente lungo sistemi di trasferimento liberano una quota di questa energia, che quasi sempre viene immagazzinata sotto forma di legami di ATP.
Nella fotolisi dell’acqua viene liberato ossigeno e immesso nell’ambiente.
Nella fase oscura, ATP e NADPH, prodotti nella fase luminosa, insieme con l’anidride carbonica dell’ambiente costituiscono le sostanze di partenza per la costruzione di idrati di carbonio. D La costruzione di idrati di carbonio è un processo ciclico, poiché comporta l’utilizzazione e la ricostruzione di molecole di ribuloso 1,5-difosfato (RuBP), che si combinano direttamente con la CO2.

Lo zucchero che circola nelle cellule delle piante superiori è il saccarosio, mentre l’amido rappresenta un polisaccaride di riserva.

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