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Principi di chimica
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.
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.