Riassunto esame biologia

Bilancio energetico dell'ATP

- 4 ATP → 2 nella glicolisi + 2 nel ciclo di Krebs

- 10 NADH → 2 nella glicolisi + 2 nel trasferimento del piruvato + 6 nel ciclo di Krebs

- 2 FADH2 → 2 nel ciclo di Krebs

Concluso il ciclo di Krebs, la molecola iniziale di glucosio è stata degradata in acqua e anidride carbonica. La maggior parte dell'energia si trova nei NADH e FADH2 che, non immagazzinano l'energia, ma la trasportano in un meccanismo che si chiama catena di trasporto degli elettroni, dove queste molecole vengono utilizzate per sintetizzare la maggior parte di ATP.

Catena di trasporto degli elettroni → con il ciclo di Krebs ci troviamo nella matrice mitocondriale (il mitocondrio è formato da due membrane, una esterna e una interna che si ripiega a formare le creste mitocondriali, queste due membrane stabiliscono dei comparti specifici, quello più interno è la matrice mitocondriale, tra le due membrane abbiamo lo spazio intermembrana).

l'ambiente esterno è il citoplasma; le membrane sono costituite da un doppio strato fosfolipidico]. Sulla cresta mitocondriale troviamo dei complessi proteici. Un complesso proteico ha delle caratteristiche specifiche e si chiama ATP sintase; la sintesi dell'ATP viene realizzata attraverso una reazione che prevede: ADP + un fosfato → ATP Per realizzare questa reazione c'è bisogno di energia; l'ATP sintase è formata da subunità e una di queste subunità è in grado di ruotare, ruotando genera energia che serve alla sintesi dell'ATP. Tra lo spazio intermembrana e la matrice ci deve essere un gradiente di protoni (H+), nello spazio intermembrana la concentrazione di protoni è più alta rispetto alla matrice; l'H+ è uno ione che non può attraversare la membrana interna del mitocondrio, quindi sarà costretto ad attraversare l'ATP sintase, attraversandolo, la subunità inizia.

A ruotare e libera energia per la sintesi di ATP. La concentrazione di H+ nello spazio intermembrana deve essere sempre maggiore della concentrazione di H+ nella matrice perché se si raggiunge l'equilibrio l'ATP sintasi si ferma. Il meccanismo di catena di trasporto degli elettroni è un meccanismo che rifornisce continuamente lo spazio intermembrana di H+, cercando di sottrarre gli H+ dalla matrice, garantendo sempre un gradiente di concentrazione tra i vari comparti. Sulla matrice ci sono 4 complessi proteici. Dal risultato della degradazione del glucosio abbiamo il NADH, che si trova nella sua forma ridotta; il NADH interagisce con il primo complesso proteico, cedendo un elettrone a questo complesso e quindi si ossida e si trasforma in NAD+ e libera un protone nella matrice (questa è una reazione di ossido-riduzione, dove si libera energia), l'energia serve affinché il primo complesso proteico sposta un protone dalla matrice allo spazio intermembrana.

contro gradiente di concentrazione; questa è lareazione del primo NADH, ma ce ne sono diversi, quindi ce ne saranno altri che vorranno interagire con il primo complesso proteico, ma questo complesso proteico ha già acquisito un elettrone quindi, prima di poter reagire con un altro NASH, si dovrà liberare del suo elettrone e lo cede al terzo complesso proteico; a questo punto il primo complesso può interagire con un altro NADH, dovrà cedere nuovamente l'elettrone al terzo complesso, il quale si dovrà liberare dell'elettrone che già possiede e lo cederà al quarto. Questo è il motivo per cui si chiama catena di trasporto degli elettroni, perché gli elettroni passano da un complesso proteico all'altro. Il FADH2 fa la stessa cosa, ma reagisce con il secondo complesso proteico, cede elettroni e si trasforma in FAD, liberando i protoni nella matrice (anche questa è un'ossido-riduzione,

l'energia che si libera servirà, attraverso il terzo complesso, a trasportare contro gradiente di concentrazione i protoni verso lo spazio intermembrana). L'attività del NADH e del FADH2, che interagiscono rispettivamente con il primo e il secondo complesso proteico, serve a mantenere costante il gradiente di concentrazione dei protoni tra lo spazio intermembrana e la matrice in modo tale che, per diffusione semplice, gli H+ tenderanno a rientrare nella matrice. Il quarto complesso proteico non si può riempire di elettroni perché altrimenti tutto si blocca, quindi interviene la respirazione: attraverso una reazione stechiometrica in cui mezzo O2 + 2H+ → H2O (ossido-riduzione), c'è bisogno di elettroni, presi dal quarto complesso proteico; quindi, la nostra respirazione, che ci consente di immagazzinare ossigeno, serve per liberare il quarto complesso proteico di elettroni, in modo tale che la catena di trasporto possa andare avanti.quindi utilizza un trasportatore specifico chiamato traslocasi del NADH. Questo trasportatore permette al NADH di attraversare la membrana mitocondriale interna e entrare nella matrice mitocondriale, dove può partecipare al ciclo di Krebs. Durante il ciclo di Krebs, il NADH e il FADH2 vengono ossidati, cedendo gli elettroni al sistema di trasporto degli elettroni. Questo sistema è composto da una serie di complessi proteici che si trovano nella membrana mitocondriale interna. Gli elettroni vengono trasferiti da un complesso all'altro, generando energia che viene utilizzata per pompare protoni dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana. Il gradiente di concentrazione dei protoni creato da questo processo è sfruttato dall'ATP sintasi per sintetizzare ATP. L'ATP sintasi è una complessa proteina che si trova nella membrana mitocondriale interna e funziona come una sorta di "turbina". I protoni che tornano nella matrice mitocondriale attraverso l'ATP sintasi fanno girare la subunità dell'ATP sintasi, generando energia che viene utilizzata per sintetizzare ATP. In conclusione, il processo di produzione di ATP durante la respirazione cellulare avviene attraverso la creazione di un gradiente di concentrazione dei protoni tra lo spazio intermembrana e la matrice mitocondriale. Questo gradiente viene sfruttato dall'ATP sintasi per sintetizzare ATP. L'ingresso di NADH e FADH2 nel sistema di trasporto degli elettroni fornisce gli elettroni necessari per generare energia. Il bilancio totale di ATP prodotto dipende dal tipo di substrato utilizzato e può essere di 36 o 38 ATP derivanti dalla degradazione totale del glucosio.ci sono dei meccanismi in cui il NADH si ossida in NAD+ + H+, l'H+ può migrare dentro e ci sarà la reazione inversa: NAD+ che acquisisce H+ e si trasforma in NADH, questo passaggio avviene senza spreco di energia; tutte le cellule che adottano questo meccanismo producono, dalla degradazione del glucosio, 38 ATP. In altre cellule questo meccanismo non è realizzato e il NADH viene trasferito, così com'è, all'interno della matrice, attraverso delle proteine di membrana che provvedono a questo trasporto, ma in questo caso c'è bisogno di 1 ATP per ogni NADH, se ne consumano 2, quindi in quelle cellule la degradazione completa del glucosio produce 36 ATP. Tutto è legato alla disponibilità di ossigeno, noi abbiamo una capacità respiratoria che consente di immettere nel torrente circolatorio una quantità di ossigeno che ha un limite, quindi se in particolari condizioni, per esempio in un'intensa attività fisica, il fabbisogno di ossigeno supera la capacità respiratoria, si verifica una situazione di deficit di ossigeno chiamata ipossia.

attività fisica, c'è richiesta di ATP e viene consumato ATP, significa che la catena di trasporto degli elettroni deve produrre sempre più ATP, quindi ci serve sempre più ossigeno, succede che l'ossigeno non è sufficiente per liberare il quarto complesso proteico, quindi la catena di trasporto degli elettroni rallenta, insieme al ciclo di Krebs e inizia ad accumularsi nella cellula acido piruvico, il quale è tossico in determinate concentrazioni, quindi la cellula trasforma l'acido piruvico in acido lattico, questa trasformazione serve ad abbassare la concentrazione di acido piruvico e d'altra parte nella formazione di acido lattico si forma dell'ATP.

La beta ossidazione degli acidi grassi → avviene nella matrice mitocondriale; la maggior parte dell'energia deriva dall'ossidazione degli acidi grassi.

1 molecola di glucosio → 36/38 ATP

1 molecola di acido grasso (6 C) → 44 ATP

La beta ossidazione

degli acidi grassi è una via di degradazione degli acidi grassi, che però porta alla formazione di Acetil Co A che si inserisce nel ciclo di Krebs, quindi interagisce poi con il meccanismo di respirazione. Ci sono altre reazioni che producono ATP, ma lo fanno attraverso intermedi di degradazione che si inseriscono nel meccanismo di respirazione.

La respirazione anaerobica → caratterizza i batteri anaerobi e non utilizza l'O2 come accettore finale nella catena di trasporto degli elettroni, ma l'accettore finale è NO3- o SO4 2-.

Un particolare meccanismo è la fermentazione → non prevede una catena di trasporto degli elettroni, quindi si ferma alla produzione di acido piruvico, che si può trasformare in alcol etilico o acido lattico; es. fermentazione alcolica o fermentazione lattica.

I procarioti sono organismi cellulari e si dividono in due domini:

• Archea
• Bacteria

I batteri si presentano morfologicamente con diverse tipologie:

• Con forma

rotondeggiante (streptococchi) e sono definiti cocchi;
Con forma bastoncellare (escherichia coli);
La morfologia è una sorta di spira.
Un batterio è una cellula che contiene un acido nucleico, il DNA, il quale è in forma circolare; poici sono delle strutture secondarie costituite sempre da acido nucleico, chiamate plasmidi, che sono separati dal DNA principale; ha poi una membrana plasmatica e, a seconda di tipologia di batterio, la membrana plasmatica può essere rivestita da uno strato di pepticoglicano e una membrana esterna e insieme costituiscono una parete cellulare; poi ci sono delle estroflessioni, possiamo trovare anche il flagello, la cui finalità è il movimento del batterio stesso. Rispetto al rivestimento della membrana plasmatica, possiamo distinguere due tipologie di batterio: Gram positivi e Gram negativi. “Gram” fa riferimento alla colorazione per individuarli; esiste la colorazione di Gram: se i batteri si colorano sono

Gram +, altrimenti sono Gram -.
Nei Gram +, oltre la membrana plasmatica, troviamo la parete cellulare, che è uno spesso strato di peptidoglicano, mentre nei Gram – c’è un sottile strato di peptidoglicano e poi una membrana esterna.
I batteri si riproducono secondo la scissione binaria → la divisione cellulare contiene una divisione del DNA, ma prima ancora che entra in divisione deve duplicare il suo DNA, il batterio si divide in due e le due emieliche vanno una in una cellula e una nell’altra e si ha la separazione; da un batterio ne abbiamo due, con una cadenza di, più o meno, ogni mezz’ora.
Altri tipi di riproduzione:
- Gemmazione → nella superficie batterica si genera prima una gemma e da questa si genera un nuovo organismo;
- Frammentazione → i batteri si frammentano in tante parti, ognuna delle quali da origine a un nuovo organismo.
- Coniugazione → messa in comune di patrimonio genetico, quindi ci deve essere un meccanismo di

contatto tra due batteri e questo avviene attraverso delle estroflessioni chiamate pili. I batteri si dividono anche a seconda del loro metabolismo: - Aerobico → l'organismo richiede ossigeno per il suo metabolismo. - Anaerobico → l'organismo non richiede ossigeno per il suo metabolismo.