Metabolismo

IL METABOLISMO

Il metabolismo è la somma di tutte le trasformazioni chimiche che avvengono in un organismo o

in una cellula.

Permette di ottenere un prodotto da una molecola precursore. Tuttavia, per formare il prodotto, il

precursore deve

attraversare diverse reazioni intermedie, ognuna delle quali produce intermedi, che diventano

substrato per le reazioni

successive.

x Vie convergenti: Da un precursore diverso di forma un uguale prodotto

x Vie divergenti: Da un uguale precursore si formano più prodotti diversi

x Vie cicliche: Una molecola di partenza viene utilizzata per far partire il ciclo e alla fine viene

riprodotta

ANABOLISMO: È un processo costruttivo (sintesi) dove da molecole semplici si formano

molecole complesse (es.

biomolecole: lipidi, proteine, etc). È un processo che richiede energia, la quale viene lui fornita

dai processi catabolici.

± Endoergonica non spontanea.

CATABOLISMO: È un processo distruttivo (degradazione) dove da molecole complesse (es.

molecole organiche) si

formano molecole semplici. Permettono di liberare energia (proveniente dalla rottura dei

legami)e immagazzinarla

sottoforma di ATP. -> Esoergonica spontanea

ÂMetabolismo basale: Quantità di energia (Kcal/die) utilizzata da una persona

riposata, con T° neutrale, sveglia, rilassata. È il fabbisogno energetico minimo

per le funzioni vitali dell'organismo.

ÂMetabolismo di lavoro: Avviene in caso di necessità

Quando l¶organismo perde la capacità di sintetizzare un enzima l¶organismo non è in grado di

produrre il prodotto

finale. Si accumulano i metaboliti, tossici per l¶organismo. Ne conseguono delle malattie

ereditabili chiamati errori

congeniti del metabolismo (es. galattosemia, incapacità di produrre galattosio).

GLICOLISI

Il metabolismo del glucosio (zucchero a 6C) inizia con la glicolisi, che avviene nel

citoplasma delle cellule procariote ed eucariote (esternamente al mitocondrio). Il nostro

organismo è in grado di metabolizzare solo l¶enantiomero D-glucosio, gli enzimi non

riconoscono la forma a L.

La glicolisi è un processo di ossidazione parziale del glucosio: da una molecola di

glucosio scissa e ossidata si producono due molecole di piruvato (prodotto a 3 atomi di

carbonio) e energia. L¶enzima prevalentemente utilizzato è la fosfofruttochinasi.

Comprende 10 reazioni.

- Fase endoergonica (5 reazioni): Vengono utilizzate 2 molecole di ATP (questa fase richiede

energia)

- Fase esoergonica (5 reazioni): Sono prodotte 2 molecole di ATP (questa fase produce energia)

FASE ENDOERGONICA

1. ATP trasferisce un gruppo fosfato al glucosio, che diventa glucosio 6-fosfato(-1 ATP)

2. Il glucosio viene riarrangiato per formare il suo isomero fruttosio 6-fosfato

3. Un ATP trasferisce un gruppo fosfato, così diventa fruttosio 1,6-difosfato (-1 ATP)

4. La molecola si scinde in due zuccheri 3C: gliceraldeide-3-fosfato (G3P) e il diidrossiacetone-

fosfato (DAP)

5. Il DAP si riarrangia per diventare G3P anche lui.

Quindi alla fine di questa fase avrò prodotto 2 molecole di G3P e consumato 2 molecole di ATP.

FASE ESOERGONICA

1. Le due molecole di G3P acquistano un gruppo fosfato ciascuna e vengono ossidate: si

formano 2 molecole di

1,3-difosfoglicerato(BPG) e 2 molecole di NADH+H+

2. Le due molecole BPG trasferiscono ognuna un gruppo fosfato all¶ADP, formando 2 ATP e 2

molecole di 3-

difosfoglicerato (3PG) ofosforilazione a livello del substrato (+2ATP)

3. I gruppi fosfato dei 3PG si spostano e producono 2 molecole di 2-fosfoglicerato (2PG)

4. Le due molecole di 2PG perdono acqua e formano fosfoenolpiruvato(PEP)

5. Le due molecole di PEP trasferiscono i gruppi fosfato all¶ADP, formano 2 ATP e 2 piruvato

(+2ATP)

Quindi alla fine di entrambi le fasi avrà prodotto 2 ATP(-2ATP+4ATP=2ATP).

Dopo la glicolisi si può passare attraverso 2 strade:

- Fermentazione (in condizione anaerobiche)

- Respirazione cellulare (in condizione aerobiche)

FERMENTAZIONE (NO O2)

La maggior parte delle cellule utilizza il piruvato per la respirazione cellulare, processo che

richiede

presenza di O2. Quando l¶ossigeno è assente, si va incontro a fermentazione. Essa avviene

nel

citosol, nel citoplasma, e serve per ossidare l¶NADH rigenerando NAD+

. Non si produce energie e

ATP.

Fermentazione lattica

Il piruvato viene ridotto ad acido lattico e si ha l¶ossidazione di NADH a NAD+

.

Presente in procarioti, cellule muscolari, globuli rossi (non hanno nucleo e mitocondri, importanti

per la respirazione cellulare)

Avviene nei muscoli.

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Fermentazione alcolica

Il piruvato viene decarbossilato e ridotto ad alcol etilico, con ossidazione del NADH a NAD+

.

Presene in lieviti e alcuni vegetali. Avviene per la birra.

Pasteur fu il primo a scoprire la fermentazione causata da lieviti

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+ 2CO2

RESPIRAZIONE CELLULARE

Se c¶è ossigeno, la cellula non andrà incontro a fermentazione ma a respirazione cellulare,

processo importante per ottenere una

massima resa energetica.

DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA

Avviene nella matrice mitocondriale per gli eucariotie nel citoplasma dei

procarioti.

- Il piruvato viene ossidato ad acetato, con formazione di

NADH+H+

(riduzione NAD+

) e rilascio di CO2.

- L¶acetato si combina con il coenzima-A, formando acetil-CoA.

- L¶Acetil-CoA entra nel Ciclo di Krebs

2 ACETIL-CoA + 2 CO2 + 2 NADH

CICLO DI KREBS

(vera e propria respirazione cellulare):

Avviene nella matrice mitocondriale negli eucarioti e nel citoplasma dei procarioti.

È un processo ciclico formato da 9 reazioni.

x Il coenzima A si distacca dall¶acetil-CoA, rilasciando energia

x Il gruppo acetile (2C) utilizza l¶energia per combinarsi con l¶ossalacetato(4C) formando il

citrato(6C)

x Il citrato si riarrangia nel suo isomero isocitrato.

x L¶isocitrato si ossida e divento Į-chetoglutarato, producendoNADH+H+

eCO2.

x L¶alfa-chetoglutarato si ossida in succinil-CoA, e produce NADH+H+

eCO2.

x Il succinil-CoA perde il suo coenzima A e diventa succinato

x L¶energia liberata dalla perdita del coenzima, converte GDP in GTP, che a sua volta converte

ADP in ATP

x Il succinato viene ossidato afumarato (con formazione diFADH2)

x Il fumarato reagisce con l¶acqua e diventa malato.

x Il malato si ossida e diventa ossalacetato, formando NADH+H+

(di nuovo pronto a legarsi con Acetil-CoA)

Considerando che abbiamo 2 acetil-CoA, alla fine del ciclo di Krebs si formerà:

2 Ossalacetato + 6NADH+H+

+2FADH2+ 4 CO2+ (2 ATP)

Con consumo di 1 H2O

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (Catena di trasporto di elettroni)

Avviene nella membrana mitocondriale interna negli eucarioti e tra membrana e parete cellulare

nei

procarioti.

In questo processo l¶energia contenuta nei numerosi NADH e FADH2 prodotti dalla glicolisi e