Biologia animale

Variazione di energia libera nelle reazioni biochimiche

Il simbolo ΔG, indicato sotto il simbolo di ΔG nelle reazioni esoergoniche (o spontanee) è <0, ragione per cui nel grafico in cui si osserva la variazione di energia libera associata alla reazione di idrolisi dell'ATP, si nota un segno meno davanti a Kj/mol. In generale, quando nelle reazioni biochimiche appare il segno -, vuol dire che si ha di fronte una reazione esoergonica, ossia una reazione che in linea di massima avviene in maniera spontanea. Le variazioni di energia libera sono calcolate in determinate condizioni sperimentali fisse con temperatura pari a 25°C e a pH=7. Se la temperatura non è di 25°C e se il pH cellulare non è pari a 7.0 (pH neutro) non si può parlare di variazione di energia libera.

Tutte le reazioni che seguono si basano sulla molecola dell'ATP.

1. ATP + H (γ)2 iO → ADP + P + energia1
2. ATP + H (β)2 iO → AMP + P + energia2
3. ADP + H (β)2 iO → AMP + PP
4. ATP + H + energia2 iO → 2P
5. Ppi + H + energia2

iO → Adenosina+ PPP5) ATP + H + energia.

iQuali sono i legami coinvolti in queste reazioni? Nell’ultima reazione, invece, èNelle prime quattro reazioni è coinvolto il legame fosfo-anidridico.reazione tre, l’idrolisi dell’ATP + Hcoinvolto il legame fosfo-estereo. Nella O che da come2prodotti AMP + P P (PP = due gruppi fosfato) i due gruppi fosfato prendono il nome di pirfosfato.i

iMettere in ordine le reazioni dalla più esoergonica alla meno esoergonica.Va tenuto presente che quanto più è negativa la variazione di energia libera tanto più quellareazione sarà esoergonica, cioè avverrà spontaneamente.

ADP (→ AMP + P1) ) -32,8i

ATP (→ ADP + P2) ) -30,5i

ATP (→ AMP + PP3) ) -45,6i

AMP (→ adenosine + P4) ) -14,2i

(→ 2P5) PP ) -19,2i

iLe razioni in ordine dalla più alla meno esoergonica sono: 3, 1, 2, 5 e 4.

Convertire l’energia delle reazioni da Kj/mol a Kcal/mol

La variazione di energia libera può essere espressa non soltanto nell'unità di Kj/mol, ma anche in Kcal/mol. È possibile passare facilmente da un'unità di misura all'altra tenendo conto della relazione che esiste tra Kcal e Kjoule: 1 Kcal corrisponde a 4,186 Kjoule. Quindi, per convertire l'energia delle reazioni da Kj/mol a Kcal/mol si procede dividendo il valore in Kj/mol per il valore di 1 Kcal, che corrisponde a 4,186 Kjoule. Il fabbisogno energetico espresso in Kjoule è molto più alto rispetto a quello espresso in Kcal.

ADP (→ AMP + P Kj/mol →1) ) -32,8 -32,8 : 4,186 = -7,8 Kcal/moli

ATP (→ ADP + P Kj/mol →2) ) -30,5 -30,5 : 4,186 = -7,3 Kcal/moli

ATP (→ AMP + PP Kj/mol →3) ) -45,6 -45,6 : 4,186 = -10,9 Kcal/moli

AMP (→ adenosine + P →4) ) -14,2 Kj/mol -14,2 : 4,186 = -3,4 Kcal/moli

(→ 2P Kj/mol →5) PP ) -19,2 -19,2 : 4,186 = -4,6 Kcal/moli

La molecola di ATP è

Importante perché dalla sua idrolisi deriva l'energia necessaria per una serie di reazioni di diversa natura che avvengono all'interno della cellula. A tal proposito si parla di Ciclo dell'ATP: l'ATP idrolizzato diventa ADP + P, che viene poi riconvertito in ATP. L'idrolisi dell'ATP è una reazione esoergonica, ossia una reazione che libera l'energia, mentre la sintesi dell'ATP a partire da ADP + P è una reazione che richiede energia. Quindi, in questo caso, ΔG sarà maggiore di zero. L'ATP sarà sempre un reagente e un prodotto: è un reagente nella reazione di idrolisi, mentre è un prodotto nella reazione di sintesi. L'ATP è definita la molecola energetica della cellula: tutta l'energia deve essere sfruttata per compiere lavoro all'interno della cellula.

Rivoluzionare il concetto della biologia introducendo per la prima volta la biologia molecolare e proponendo la struttura tridimensionale del DNA e quindi, la struttura molecolare del DNA. Il più grande merito dei due giovani neolaureati, oltre a quello di essere considerati i padri della biologia molecolare, è proprio quello di aver visto che effettivamente il DNA fosse costituito da due catene polinucleotidiche, precisamente da due filamenti antiparalleli. Watson e Crick introdussero per la prima volta il concetto di antiparallelismo dei due filamenti che costituiscono la doppia elica del DNA. Un altro grande merito di Watson e Crick fu quello di aver decifrato la struttura del DNA individuando che i due filamenti antiparalleli ruotavano intorno a uno stesso asse. Rosalind Franklin è ricordata per la famosa foto 51. In realtà, non fu lei a scattarla, un'immagine di diffrazione a raggi x del DNA ma un allievo da lei seguito. Si tratta di cristallizzato. Al suo tempo,

Rosalind non venne riconosciuta: ella morì giovanissima di cancro senza neppur essere insignita del premio Nobel.

Il DNA presenta una struttura doppia elica. L'RNA, invece, presenta una struttura a singolo filamento. La sequenza di basi azotate, ossia la successione con cui i nucleotidi si dispongono nel singolo e nel doppio filamento è casuale nel singolo, ma nel doppio filamento non può essere casuale poiché i due filamenti devono essere antiparalleli e devono appaiarsi secondo le regole dell'appaiamento obbligato (C-G e A-T). Adenina e timina sono tenute insieme da due legami idrogeno, mentre citosina e guanina sono tenute insieme da tre legami idrogeno. I legami citosina-guanina sono più stabili dei legami adenina-timina. Questo risulta essere importante, ad esempio, nella progettazione di nucleotidi sintetici. Quando in laboratorio si producono delle reazioni di PCR, se si tiene conto di queste conoscenze, si preferisce utilizzare primer che