Principi di chimica organica

ENERGIA —> capacità di fare un cambiamento

Nelle reazioni gli atomi hanno abbastanza energia per combinarsi tra loro. Esistono due tipi di

energie:

-Energia potenziale —> associata alla posizione

-Energia cinetica —> associata al movimento

Tutte le reazioni avvengono in un momento chiamato metabolismo.

1 principio di termodinamica : l’energia si trasforma , ma ne si crea ne si distrugge.

2 principio di termodinamica : una parte di energia viene spesa per fare lavoro, l altra parte viene

trasformata in calore. Il calore = una forma di energia associata al disordine = Entropia —>

disordine di un sistema.

Energia totale = energia utilizzabile + energia inutilizzabile.

entalpia. energia libera entropia* temperat.

Energia libera se il valore è negativo vuol dire che libera energia, se il valore è positivo vuol dire

che è necessario fornire energia

IL METABOLISMO comprende reazioni :

- cataboliche—> demoliscono sostanze complesse in sostanze più piccole. Sono esoergoniche

ossia possono avvenire spontaneamente. Libera energia. ( ossidazione glucosio).

- anaboliche—> assemblano sostanze piccole in sostanze più grandi. Sono endoergoniche ossia

non possono avvenire spontaneamente. Necessitano energia. ( sintesi proteina).

Per catturare o trasferire energia le cellule usano energia, sotto forma di ATP.

L’ATP è un nucleotide formato da zucchero ( ribosio) + base azotata (adenina)+ 2 gruppi fosfato.

Se viene idrolizzata ( + H2O) libera energia e può donare un gruppo fosfato.

Idrolisi ATP —> produce energia libera (esoergonica) ATP + H2O = ADP + P + energia

Sintesi ATP —> necessita energia ( endoergonica) che viene presa dalle reazioni che avviene

nella cellula. ADP + P + energia = ATP + H2O

Queste due reazioni forma un ciclo perche necessita una dell’altra. L’ energia liberata dall’idrolisi

servirà poi per la sintesi di una nuova ATP. Per cui possiamo dire che l’ATP svolge il ruolo di

agente accoppiante.

In una reazione tra i reagenti e i prodotti esiste una barriera energetica che ostacola la reazione,

per superare questa barriera c’è bisogno di una energia di attivazione = energia minima per far

avvenire la reazione. Questa energia viene presa dal movimento delle molecole / riscaldando il

sistema o grazie ai catalizzatori che sono enzimi (proteine) e riboenzimi (molecole RNA).

In una reazione dove ci sono gli enzimi , i reagenti = substrati. Le cellule hanno migliori di enzimi

e ogni enzima ha una sua funzione specifica a secondo della reazione e del substrato che andrà a

legare.

Come lavorano gli enzimi ?

Il substrato e l’enzima si avvicinano , il substrato si lega al sito attivo —> dove avviene la catalisi .

e si forma l’enzima-substrato. Si liberano poi i prodotti e l’enzima ritorna allo stato iniziale.

ENZIMI = servono ad abbassare la barriera energetica e a far aumentare la velocità della

reazione.

Durante la formazione l’ enzima-substrato si rompe o formano nuovi legami in 2 modi

- i substrati essendo in libero movimento vengono orientati dagli enzimi

- l’enzima mette in tensione la molecola del substrato

Gli enzimi sono molto più grandi dei substrati , e possono pervio selezionare il substrato a seconda

dei gruppi funzionali + alcuni possono anche cambiare forma, dopo aver legato il substrato grazie

all’ adattamento indotto.

Enzimi a volte richiedono molecole (coenzimi) non proteiche per svolgere la loro funzione.

- cofattori inorganici = ioni metallici che si legano all’enzima

- coenzimi= molecole che fungono da trasportatore ( vitamine) NADP, NAD, FAD, Vitamina B3.

L’attivita di funzionamento o no di un enzima è regolata dall’ omeostasi, dove mantiene in

condizioni chimico-fisico stabili l’organismo.

Gli enzimi possono anche essere regolati dagli inibitori, i quali riducono la velocità delle

reazioni. Esistono naturali (regolano il metabolismo)e artificiali (curano malattie).

Inibitori si dividono in :

- reversibili = l’enzima può riprendere a funzionare

- competitivi= si lega a un sito attivo e non fa legare il substrato.

- non competitivi = si lega all’enzima in un sito diverso dal sito attivo.

- irreversibili = l’enzima fa un legame con il sito attivo che impedisce l’accesso al substrato e

l’enzima smette di funzionare.

Enzimi sono molto sensibili

- Ph = ogni enzima svolge la sua attività e ha un Ph definito (7) . ( la velocità quindi dipenderà

anche dal Ph)

- Temperatura = se la temperatura diventa troppo alta gli enzimi si denaturano e perdono la loro

funzione.

Metabolismo ha 3 funzioni :

- Ricava energia

- idrolizza i polimeri in monomeri

- sintetizza proteine, polimeri ecc..

Nelle reazioni ogni tappa ha uno specifico enzima fino ad arrivare al prodotto finale. Ogni

sequenza delle reazioni coinvolte nello stesso processo forma una via metabolica .

Reazioni redox = nelle reazioni gli elettroni vengono trasferiti da un atomo all’altro

- ossidazione —> perde 1 o + elettroni — riducente

- riduzione —> acquista 1 o + elettroni — ossidante ( avvengono sempre insieme )

Coenzimi e vitamine —> agiscono come trasportatori di elettroni

- NAD nelle reazioni cataboliche

- NADP nelle reazioni anaboliche

- FAD dopo l’ossidazione = FADH

NAD e NADP sono 2 nucleotidi + due gruppi fosfato e dopo l’ossidazione diventano NADH /

NADPH.

OSSIDAZIONE DEL GLUCOSIO è catalizzata da un enzima speciale.

Il glucosio si ossida e l’ossigeno si riduce.

GLICOLISI si otterranno 2 molecole di piruvato che in presenza di ossigeno = respirazione

cellulare; in assenza di ossigeno = fermentazione.

La glicolisi avviene nel citoplasma ed è formata da 10 tappe divise in due fasi differenti .

- fase endoergonica = il glucosio grazie a 2 ATP viene unito al fosfato e forma 2 molecole di

gliceraldeide 3-fosfato.

- fase esoergonica = il gliceraldeide 3-fosfato subisce una fosforilazione ossidativa a livello del

substrato = dove si attacca il fosfato. Il G3P viene trasformato in privato e si formerà ATP e

NADPH

L’ossidazione della gliceraldeide 3-fosfato si arresta se il NADH non viene riprodotto

continuamente mediante la fermentazione e respirazione cellulare.

Glucosio + 2 NAD +2 ADP + 2P= 2 Piruvati + 2NADH + 2 ATP + 2H2O

FERMENTAZIONE = Avviene poiché le cellule non hanno abbastanza ossigeno per ossidare il

NADH .

- Fermentazione lattica = il piruvato viene ridotto grazie al lattato deidrogenasi ( ruba l ‘H dal

NADH e lo da al piruvato ) e diventa Lattato + libero NAD. Avviene nelle cellule muscolari poiché

il circolo sanguigno non fornisce ossigeno per ossidare il privato e NADH.

- Fermentazione alcolica = si produce etanolo e CO2 e si divide in 2 reazioni :

- piruvato viene decarbossilato grazie al piruvato decarbossilasi e forma l’acetaldeide +

libera CO2

- l’acetaldeide viene ridotta grazie al alcol deidrogenasi e forma l’etanolo.

RESPIRAZIONE CELLULARE = avviene nei mitocondri ( ha una membrana interna, esterna e una

matrice ) . Il piruvato grazie all’ossigeno diventa H2O/CO2.

La respirazione cellulare comprende 3 vie :

- Decarbossilazione ossidativa del piruvato ( nella matrice dove il piruvato diventa acetil- CoA)

- ciclo di krebs ( nella matrice dove formo CO2)

- fosforilazione ossidativa ( nello spazio intermembrana)

-

DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA DEL PIRUVATO

Il piruvato viene traformato in Acetil-CoA grazie al piruvato deidrogenasi e si libera CO2 più riduce

NAD a NADH.

CICLO DI KREBS

È formato da 8 tappe dove ognuna ha il suo enzima . Inizia con l’acetil CoA che si lega

all’ossaloacetato e inizia il ciclo. Si formerà 6 NADH , 2 FADH, 2 ATP, 4 CO2.

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

Ossidando glucosio, piruvato , acetil-CoA si sono prodotte molti NADH e FADH che essendo

trasportatori di energia con la fosforilazione ossidativa formeranno poi ATP.

Nella membrana ci sono i trasportatori di elettroni che arrivano con i 4 complessi prima di

arrivare all’O2 fanno delle redox e producono energia più liberano H+ nello spazio intermembrana.

- 1 complesso = enzima formato da 42 catene polipeptidiche fa 2 processi, 1) trasferisce

4H+ dalla matrice allo spazio intermembrana. 2) trasferisce 2 elettroni dal NADH all’ ubichinone

( molecola idrofobica molto piccola che si muove tra le membrane)

- 2 complesso = trasferisce 2 elettroni dal FADH all’ ubichinone

- 3 complesso = l’ubichinone uscito dal complesso 2 va al 3 dove gli elettroni vengono

ceduti al citocromo C + rilascia 4 H+ nello spazio intermembrana

- 4 complesso = il citocromo C va verso il complesso 4 dove gli cede i propri elettroni che

vanno all’ossigeno e si formera la molecola d’acqua. + 4H+ nello spazio intermembrana.

Chemiosmosi = quando butto fuori H+ e lo faccio rientrare in tutte le cellule produco ATP .

I protoni che vengono sparati nello spazio intermembrana genera un gradiente elettrochimico tra i

due lati , e qui l’energia degli elettroni viene conservata e trasformata sotto ATP.

La conversione avviene grazie alla ATP SINTASI = sta nella membrana è formata da un F0 e F1

più una testa e uno stelo. I protoni per passare dallo spazio intermembrana alla matrice devono

passare per il canale di F0 , essi passando fa ruotare F0 e induce un cambiamento fino a procure

ATP. ( 3 H+ —> 1 ATP).

Parallela alla glicolisi e alle fermentazioni c’è la via dei PENTOSI FOSFATI , per produrre

monosaccaridi a 5 atomi di C e molecole di NADH+H. Questa via è importante in cellule e organi

dove c’è la sintesi di acidi grassi e ormoni : fegato, ghiandole mammarie.

Gluconeogenesi ( produzione di nuovo carbonio) = si svolge in 10 tappe di cui 7 sono uguali alla

glicolisi ma si parte dal piruvato fino ad arrivare al glucosio.

Polisaccaridi di riserva —> glicogeno.

Glicogeno = prodotto da fegato e muscoli con la glicogeno-sintesi partendo da un glucosio 6-

fosfato. Si formano catene lineari di almeno 4 unita e si ramifica —> perche rende la molecola più

solubile e facilmente aggredibile dagli enzimi per demolirla.

La demolizione —> glicogenolisi , avviene nel fegato e nei muscoli e prevede il distacco di unita

di glucosio.

La sintesi e la demolizione di glucosio è sotto controllo ormonale

—> l’insulina abbassa la glicemia ( quando glucosio ce nel sangue) e stimola la sintesi del

glucosio

—> l’glucagone aumenta la glicemia dove stimola la detrazione del glucosio.