Bioenergetica, enzimi

bioenergetica

biologia animale

La bioenergetica studia come a partire da energia, che deriva principalmente dal sole, e da alcuni composti organici, la cellula possa

ricavare l’energia necessaria per compiere e dunque metabolici. L’energia può dunque essere definita

lavoro alimentare i processi

come la oppure come la capacità di causare specifici cambiamenti fisici o chimici. Alla base del lavoro

capacità di compiere lavoro

c’è il concetto di spostamento, che comprende sia uno spostamento macroscopico, come può essere il lavoro compiuto dai muscoli,

sia uno spostamento microscopico, come ad esempio lo spostamento di piccole molecole. È importante sottolineare che la cellula non

utilizza energia per riscaldarsi in quanto è un sistema isotermico.

All’interno della cellula possono essere compiti diversi tipi di lavoro:

• Lavoro sintesi: cambiamenti nei legami chimici (es. fotosintesi clorofilliana);

di

• Lavoro meccanico: cambiamenti nella localizzazione o nell’orientamento di una cellula o di una struttura subcellulare (es.

lavoro muscolare);

• Lavoro concentrazione: movimento di molecole attraverso la membrana contro gradiente di concentrazione (es. accumulo

di

di molecole in una cellula);

• Lavoro elettrico: movimento di ioni attraverso la membrana contro gradiente elettrochimico (es. gradiente elettrochimico

di membrana nel mitocondrio);

• calore: un aumento della temperatura che è utile per gli animali omeotermi;

Produzione di

• Bioluminescenza: la produzione di luce (es. corteggiamento delle lucciole).

Lavoro ed energia libera

Come avviene il flusso di energia all’interno del Pianeta?

La fonte primaria di energia è il sole, che permette agli organismi (che usano la luce per produrre nutrimento) di produrre

fototrofi

organici, fonte di energia per i fototrofi stessi ma anche per altri organismi viventi, detti chemiotrofi, che sfruttano

composti

l’energia contenuta nei legami chimici dei composti organici prodotti dalle piante. Gli organismi chemiotrofi, però, necessitano anche

di per estrarre l’energia immagazzinata nei legami chimici e, di conseguenza, potersi nutrire. Questo ossigeno viene prodotto

ossigeno

direttamente dai fototrofi attraverso la fotosintesi clorofilliana. Il prodotto di scarto dei chemiotrofi, invece, nella demolizione dei

composti organici durante la respirazione cellulare, è l’ carbonica, nutrimento dei fototrofi, che danno così inizio ad un

anidride

nuovo ciclo. Dal metabolismo dei chemiotrofi si producono anche altri composti inorganici come acqua e nitrato.

All’interno di questo sistema (aumento del disordine) diminuisce nel momento in cui vengono sintetizzati i composti

l entropia

’

organici. Per diminuire l’entropia è necessaria energia, che viene presa direttamente dal sole. Dunque, nella fase crescente del ciclo

“ ”

si costruisce, si diminuisce l’entropia delle sostanze inorganiche per sintetizzare molecole organiche. Al contrario, quando i composti

organici vengono demoliti dai chemiotrofi, si ha un aumento dell’entropia.

Un altro concetto termodinamico correlato alla bioenergetica è l’ libera. I composti organici, infatti, sono composti che,

energia

potenzialmente, possono mettere a disposizione energia per i chemiotrofi, quindi l’energia libera aumenta durante la sintesi di questi

composti organici e diminuisce nella demolizione di essi. Entropia ed energia libera sono due concetti che procedono in senso opposto.

N.B.: L’universo, nello sfruttamento dell’energia disponibile, procede spontaneamente e inesorabilmente verso l aumento del disordine

’

(entropia). Così facendo, l’energia disponibile diventa inutilizzabile, infatti la fonte di energia solare, se paragonata ai tempi di vita

umana, è inesauribile, ma, se paragonata a tempi cosmici, è destinata ad estinguersi.

Nella trasformazione di energia in lavoro, parte dell’energia stessa viene dissipata sia a livello dei fototrofi che a livello dei

chemiotrofi e non può più essere utilizzata per produrre lavoro.

TERMODINAMICA: studio della trasformazione dell’energia.

Attenzione alle seguenti definizioni:

• SISTEMA: parte ristretta di universo che si vuole studiare in un momento, tutto il resto dell’universo è

determinato

l’AMBIENTE CIRCOSTANTE.

• Sistema aperto (organismi): scambio di (energia solare e calore) e (H O, CO , O ). Assorbe energia luminosa

energia materia 2 2 2

(dal sole) e chimica (dai composti organici) e, successivamente libera nell’ambiente calore e prodotti metabolici di rifiuto;

• Sistema chiuso: non c’è né scambio di energia, né di materia. Esso è incompatibile con la vita, gli organismi viventi,

infatti, sono sistemi aperti.

• Stato: condizione il sistema si trova. Esso comprende alcune variabili, come temperatura, volume e pressione,

proprietà

che, per definire un certo stato, devono essere mantenute costanti.

• CALORE: forma di energia che viene trasferita tra due corpi che hanno temperatura diversa. In un processo spontaneo, il

corpo più caldo riscalda quello più freddo finché non si raggiunge l’equilibrio termico. I sistemi cellulari