Bioenergetica - Schemi riassuntivi di Biochimica

Bioenergetica: concetti chiave sul metabolismo

Organismi diversi utilizzano strategie differenti per catturare l’energia libera degli ambienti che li circondano e possono essere classificati a seconda della loro richiesta di ossigeno.

La nutrizione dei mammiferi comprende l’assunzione di macronutrienti (proteine, carboidrati e lipidi) e di micronutrienti (vitamine e minerali).

Vie metaboliche

Una via metabolica è una serie di reazioni catalizzate da enzimi spesso localizzata in uno specifico compartimento della cellula.

Il flusso del materiale attraverso una via metabolica varia in funzione dell’attività degli enzimi che catalizzano le reazioni irreversibili.

Gli enzimi che controllano il flusso delle vie metaboliche sono regolati con meccanismi di tipo allosterico, modificazioni covalenti, cicli del substrato e variazioni dell’espressione genica.

La capacità di catturare energia da fonti diverse e di incanalarla in processi che producono un lavoro biologico è una delle proprietà fondamentali di tutti gli organismi viventi.

Gli organismi attuali sono in grado di operare una grande varietà di trasduzioni energetiche, conversioni di una forma di energia in un’altra più utile in quel momento. Essi usano l’energia chimica presente nelle sostanze nutrienti per favorire i processi di sintesi delle molecole complesse partendo da precursori semplici e producendo macromolecole con strutture altamente ordinate.

Bioenergetica e leggi della termodinamica

La bioenergetica è lo studio quantitativo delle trasduzioni energetiche, cioè dei cambiamenti di energia da una forma ad un’altra. Le trasformazioni biologiche dell’energia seguono le due leggi fondamentali della termodinamica:

• Primo principio – Legge di conservazione dell’energia: in qualsiasi modificazione fisica e chimica, la quantità totale dell’energia nell’Universo resta costante. L’energia può cambiare forma o essere trasferita da una zona ad un’altra, ma non può essere né creata, né distrutta.
• Secondo principio – In tutti i processi naturali, l’entropia dell’Universo tende ad aumentare. In altre parole, l’Universo tende ad essere sempre più disordinato.

Cellule e sistemi funzionano a partire da reazioni chimiche che, nella maggior parte dei casi, avvengono a temperatura e a pressione costante. L’energia libera è la forma di energia che i sistemi biologici sfruttano per fare lavoro e, essenzialmente, funzionare.

Entità termodinamiche

Le tre entità termodinamiche che descrivono le variazioni di energia che avvengono in una reazione chimica sono:

• Entalpia – È il calore scambiato dalla reazione a pressione costante.
• Entropia – È una funzione della casualità e del disordine di un sistema o dell’ambiente.
• Energia libera di Gibbs – È la quantità di lavoro non espansivo che il sistema può compiere.

Entalpia (H)

È una funzione di stato che dipende dall’energia...