Metabolismo cellulare

METABOLISMO CELLULARE

ZUCCHERI → rappresentano una delle più importanti risorse energetiche grazie

all’ossidazione

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6 H2O + ENERGIA: ossidazione degli zuccheri.

La fotosintesi fa il processo inverso, usando come energia i fotoni: reazione di riduzione

PROCESSO DI OSSIDAZIONE: perdita di elettroni da parte di una molecola, che devono

essere accettati da un’altra => ossidazione e riduzione avvengono insieme.

La molecola che accetta elettroni svolge un processo di riduzione.

Il glucosio cede elettroni (si ossida) e diventa CO2, l’ossigeno accetta elettroni (si riduce) e

forma H2O → questo processo libera energia UTILE per la cellula => se venisse rilasciata “a

scoppio” sarebbe dannosa → viene “impacchettata” tramite ossidazioni parziali: ho tanti

accettori intermedi di elettroni, tante molecole intermedie che si ossidano, ognuna libera

piccoli “pacchetti” di energia: l’ATP → adenosintrifosfato, formato dall’unione di adenina +

ribosio + 3 fosfati => nucleotide

≠ nucleoside: solo adenosina e ribosio => senza fosfato.

Quando l’ATP viene usato si rompe il legame tra gli ultimi due fosfati, se ne perde una e si

ottiene l’ADP => adenosindifosfato, per ripristinare l’ATP devo fornire energia (viene dal

cibo).

Primo step ossidazione: GLICOLISI

E’ un processo di ossidazione parziale del glucosio, avviene nel citosol, non richiede

ossigeno → che è l’accettore finale dell’intero metabolismo del glucosio.

Nella glicolisi non viene prodotta una grande quantità di ATP → avviene nei mitocondri.

N.B. L’ATP non viene prodotto solo con il metabolismo del glucosio ma anche con

l’ossidazione dei grassi e della proteine.

Nella glicolisi non viene coinvolto l’ossigeno => l’accettore di elettroni (parziale) di questa

prima reazione è il NAD+ (nella sua forma ossidata) → si riduce accettando 2 elettroni e 2

protoni

NAD+ + 2e- + 2H+ → NADH + H+

Per ripristinare il NAD ossidato si fa la fermentazione → in assenza di ossigeno, il prodotto

della fermentazione è il lattato o acido lattico.

Nella glicolisi…

Il glucosio (6 atomi di C) si scinde in due molecole a 3 atomi di C → nelle prime reazioni che

portano a questo risultato devo investire energia, nello specifico 2 molecole di ATP e

2NAD+. Nelle fasi successive si riduce il NAD → ottengo 2 NADH e 4 molecole di ATP, le

due molecole vengono parzialmente ossidate e si ottengono 2 molecole di acido piruvico o

piruvato → non è completamente ossidato (deve diventare CO2).

Il piruvato e il NADH entrano nei MITOCONDRI per il processo di respirazione => serve

ossigeno, si arriva all’ossidazione completa.

I MITOCONDRI

-fuori c’è il citosol

-ci sono due membrane, una esterna e una interna,

questa ripiegandosi forma diverse creste

-all’interno del mitocondrio c’è la matrice

-ordine di grandezza: 1-6 micron

- Ca. 1000-2000 per cellula a seconda del

fabbisogno

-L’ingresso di proteine è mediato da due complessi

proteici TOM e TIM → passaggio solo quando si

allineano.

TEORIA ENDOSIMBIONTICA: spiega il perchè delle 2 membrane

Una cellula ancestrale anaerobica ha fatto simbiosi con un batterio ossidativo aerobico →

in grado di ridurre ossigeno e ossidare altre molecole => il batterio nell’integrazione è stato

avvolto da una membrana.

Questa teoria è supportata dal fatto che:

-Il mitocondrio ha un suo DNA → molto simile a quello batterico (è circolare), come anche

la membrana interna che non è permeabile, ha una percentuale lipidica molto più bassa di

quella esterna e non è permeabile:ha diverse proteine di trasporto che controllano passaggio

di molecole utili per i processi metabolici.

-Si sintetizza molte proteine da solo → sono prodotte nel citoplasma della cellula codificate

dal DNA del nucleo, l’indirizzamento è dato da un recettore all'estremità ammino terminale.

CONTENUTO DELLA MATRICE

-DNA, RNA, ribosomi → per sintesi proteica

-enzimi del ciclo di Krebs

-ioni calcio e magnesio

-enzimi per l’ossidazione di acidi grassi

-DNA e RNA polimerasi

Tornando al metabolismo…

Nelle creste avviene l’ultima fase della respirazione dove si forma l’ATP

L’Acido piruvico entra nel mitocondrio e svolge diverse reazioni

1) DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA DEL PIRUVATO

Viene trasformato in acetato, che a sua volta viene ossidato (con riduzione di NAD+)

e formazione di acetil coA

ACETILCOA → molecola chiave e punto di convergenza delle reazioni mitocondriali di

metabolismo anche delle altre biomolecole

2) CICLO DI KREBS → è un ciclo perchè all’ultimo

passaggio viene ripristinato il primo metabolita.

L'acetil CoA (2 atomi di C) entra nel ciclo

legandosi all'ossalacetato (4 atomi di C) →

formano il citrato (6 atomi C).

I prodotti sono 3 molecole di NADH + H, 1

molecola di FADH2, 1 molecola di GTP, 2 di CO2

+ nuova molecola di ossalacetato. Non è un ciclo

energetico, serve per ridurre NADH e FADH2.

Se manca l’ossigeno il NADH e il FADH non riescono a cedere gli elettroni e si accumulano

→ dopo un pò si esaurisce il NAD (ossidato) => non c’è più la possibilità di ridurre

ulteriormente e il sistema tende a bloccarsi → per compensare serve qualcosa per ossidare

NADH:

processo di FERMENTAZIONE

Il piruvato che si accumula con la glicolisi, invece di ossidarsi ad acetile ed entrare nel ciclo

di Krebs, si riduce prendendo elettroni da NADH e diventa acido lattico + NAD+ => ne

recupero una parte→ FERMENTAZIONE LATTICA=> acido lattico si forma ad esempio in

seguito ad uno sforzo perchè l’ossigeno si consuma e si crea una situazione anaerobica che

innesca accumulo di NADH e fermentazione. L’acido lattico poi entra nel sistema vascolare e

arriva al fegato dove viene ritrasformato in piruvato.

→ stessa cosa la fanno microrganismi anaerobi es. quelli che si trovano nello yogurt.