Metabolismo e organizzazione dei viventi

ASPETTI COMUNI TRA CELLULE

Differenze tra cellule

- dimensioni - composizione chimica basata su

- alcune hanno possibilità di movimento, proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici

altre sono immobili - reazioni chimiche per ricavare energia:

- può essere presente un rivestimento glicolisi e ATP sono processi e composti

con struttura e composizione variabile principali

- alcune utilizzano l’ossigeno, altre ne

sono avvelenate

- alcune sono in grado di produrre

composti, altre non possono Cellula vegetale

Cellula animale Cellula procariotica

Cellula eucariotica

Scambio materiali tra interno ed

Il trasporto passivo avviene secondo gradiente di concentrazione -> sostanza si sposta

da una zona in cui la concentrazione e maggiore ad una in cui è minore (recesso spontaneo

che non richiede energia)

Il trasporto attivo richiede energia perchè una sostanza si sposta da una zona con

minore concentrazione a una in cui è maggiore

Gradiente di concentrazione: forza che determina lo spostamento di una sostanza da una

zona in cui concentrazione è maggiore ad una in cui è minore. Se la sostanza spostata

possiede una carica elettrica serve considerare la distribuzione delle cariche ai lati della

membrana.

Gradiente elettrochimico: forza motrice netta che tende a spostare uno ione attraverso

la membrana -> risultato di gradiente di concentrazione + potenziale elettrico

Diffusione semplice e osmosi

Diffusione semplice= movimento netto delle particelle da una zona con alta concentrazione

ad una con minore concentrazione. La membrana plasmatica è semipermeabile -> può

essere attraversata solo da molecole piccole, non polari o da molecole piccole polari ma

neutre; per regolare entrate e uscite di molecole più grandi si hanno specifici sistemi di

trasporto

Osmosi= caso particolare della diffusione che consiste nel passaggio di acqua da una

membrana semipermeabile che separa due soluzioni con diversa concentrazione -> acqua

passa spontaneamente dalla soluzione più diluita a quella più concentrata

La pressione che occorre applicare alla soluzione più concentrata in modo che il passaggio

del solvente non avvenga si chiama pressione osmotica

All’interno delle cellule:

- animali -> in soluzione isotonica non si ha variazione

-> in soluzione ipotonica acqua accede nella cellula e gonfia la cellula

-> in soluzione ipertonica acqua fuoriesce e cellula raggrinzisce

- vegetali -> in soluzione ipotonica acqua attraversa membrana e non fa scoppiare cellula

perchè essa fa gonfiare la cellula che si distende sulla parete cellulare la quale si distende

fino al suo massimo (a questo punto si blocca l’ingresso dell’acqua). Essa è definita

pressione di turgore

-> in soluzione ipertonica subiscono la plasmolisi (distacco dalla membrana

cellulare dalla parete) per fuoriuscita di acqua

trasporto attraverso proteine di membrana

Sostanze che non attraversano la membrana per diffusione semplice sono trasportate

da proteine di membrana che operano tramite:

- diffusione facilitata -> trasporto secondo gradiente di concentrazione tramite

proteina di trasporto (processo spontaneo, non richiede energia)

- trasporto attivo -> sostanze trasportate tramite “pompe” (proteine di membrana)

secondo gradiente di concentrazione utilizzando energia

Proteine trasportatrici: si distinguono in due tipi:

- vettrici -> legano la sostanza che trasportano cambiandone la conformazione e

rilasciandola nel lato opposto della membrana. Se trasportano un solo soluto sono

uniporto, se sono 2 sono cotrasporto.

- canale -> attraverso la membrana non sono sempre aperte ma la loro apertura avviene

con segnali elettrici o al legame con una molecola specifica

Trasporto mediante vescicole

Le molecole possono essere introdotte tramite vescicole, rispettivamente attraverso:

-Endocitosi -> attraverso la formazione in invaginazione della membrana si chiudono

all’interno, formando piccole vescicole che racchiudono la sostanza trasportare;

sposterò fluttuando nel citoplasma.

In in esso rientrano: ~ fagocitosi: cellula ingloba particelle solide

~ pinocitosi: cellula ingloba liquidò, spesso contenente soluto

~ endocitosi mediata da recettore: la molecola da trasportare si l.

Lega di recettore di membrana e il complesso molecole recettori viene inglobati in una

vescicola

-esocitosi -> opera in direzione opposta rispetto all’endocitosi: le vescicole migrano fino

alla membrana e si fondono con essa riversando il loro contenuto all’esterno

N.B.= le proteine sintetizzate nel reticolo endoplasmatico e rielaborate dall’apparato di

Golgi vengono espulse tramite vescicole di esocitosi; in questo modo la cellula può espellere

all’esterno diverse sostanze come ormoni o neurotrasmettitori

Pompe proteiche e potenziale di membrana

La diversa concentrazione degli ioni ai due lati della membrana determina una differenza

di potenziale elettrico e ciò è il risultato dell’attività di diverse proteine di trasporto

(ione sodio più concentrato all’esterno della cellula, ione potassio più concentrato

all’interno) Ciò è prodotto da una proteina intrinseca, la pompa sodio potassio,

che trasporta i due ioni contro gradiente utilizzando ATP.

N.B.= anche il calcio, è un elemento più concentrato all’esterno che

all’interno della cellula e ciò avviene grazie la pompa calcio ATPasi

Le pompe ioniche svolgono diverse funzioni:

- Bilanciano la pressione osmotica -> trasportano gli ioni all’esterno

- Creano gradienti elettrochimici utili per la trasmissione dell’impulso nervoso per la sintesi

di ATP

- Bilanciano le cariche elettriche fra interno esterno

Comunicazione tra cellule

Le cellule necessarie di comunicare tra loro per coordinare le attività cellulari

La comunicazione tra cellule distanti avviene tramite messaggeri chimici trasportati dal

sangue -> raggiunta la cellula bersaglio si legano ai recettori o attraversano la membrana

innescando modificazioni chimiche all’interno della cellula

La comunicazione tra cellule a stretto contatto avviene direttamente -> si scambiano

materiali tramite giunzioni di vario tipo; per esempio le cellule vegetali tramite plasmodesmi.

Le cellule animali comunicano tramite giunzioni che consentono funzionalità dei tessuti e

comunicazione tra cellule:

- Giunzioni occludenti presenti in epiteli di rivestimento di organi cavi (intestino);

funzione= sigillare spazi fra cellule, impedendo passaggio di materiali

- Giunzioni ancoranti (desmosomi) consentono continuità del tessuto epiteliale e una

notevole resistenza

- Giunzioni comunicanti presentano complessi proteici contenenti canali inseriti nelle

membrane delle cellule adiacenti. Sono proteine canale infatti formano canali che

permettono il transito di ioni e piccole molecole da una cellula all’altra.

Metabolismo cellulare

Delle reazioni di trasformazione della materia e dell’energia che si svolgono all’interno della

cellula.

Catabolismo = da molecole complesse a sostanze semplici; liberano energia (esoergoniche)

Anabolismo = da sostanze semplici e molecole complesse; richiedono energia

(endoergoniche) e prevedono sintesi di composti della cellula come enzimi fosfolipidi e

proteine di membrana

Trasportatore energia cellulare: atp

- È la moneta di scambio energetico

- permette collegamento tra reazione anaboliche e cataboliche

- formato da nucleoside adenosina legata a 3 gruppi fosfato -> sono legami ad alta energia

(occorre energia per formarli e la rottura provoca liberazione di energia)

- sintetizzato attraverso la condensazione -> si parte da ADP e Pi (gruppo fosfato

inorganico). Essa è una reazione endoergonica e quando l’ADP viene idrolizzato si libera la

stessa energia necessaria per la sintesi.

Idrolisi = rottura di una molecola per ingresso di acqua

-> idrolisi dell’ATP è reazione esoergonica e l’energia

liberata viene usata dalle cellule per reazioni di sintesi,

per spostamenti, per divisione cellulare e altre attività

cellulari.

Con sintesi e idrolisi di ATP la cellula accumula o rende

disponibile energia

Reazioni metaboliche e ossidoriduzioni

Reazioni chimiche = trasformazioni in cui l’energia di legami chimici di una sostanza è

trasferita nei legami chimici di una sostanza diversa -> questo trasferimento comporta

passaggio di elettroni o cambiamento di stato di ossidazione (ossidoriduzione -> chi subisce

ossidazione perde elettroni, chi subisce riduzione acquista elettroni. Sono reazioni

contemporanee). Riducente -> elemento che si ossida (cede elettroni), ossidante -> elemento

che si riduce (acquista elettroni).

Quando una sostanza si ossida acquista ossigeno, quando una molecola si riduce acquista

idrogeno -> reazioni di idrogenazione sono riduzioni, reazioni di deidrogenazione sono

ossidazioni.

Trasportatori di potere riducente -< NAD, FAD E NADP

Elettroni e ioni H+ vengono ceduti da sostanze energetiche durante reazioni cataboliche e

sono utilizzati per ridurre molecole ossidate durante reazioni anaboliche.

Nelle cellule si hanno composti che acquistano o cedono elettroni e ioni H+ -> trasportatori di

potere riducente (elettroni):

- NAD: può accettare un protone e 2 elettroni riducedosi a NADH + liberazione 1 ione H+ (non

utilizzato in NADH)

- FAD: può accettare 2 elettroni e 2 protoni riducendosi a FADH2

- NADP: può accettare 1 protone e 2 elettroni riducendosi a NADPH + liberazione 1 ione H+

Prodotto durante reazioni della fase luminosa di fotosintesi e coinvolto in processi di

sintesi di biomolecole ridotte (acidi grassi e lipidi)

Enzimi

Intervengono nelle reazioni metaboliche -> sono catalizzatori biologici che aumentano la

velocità delle reazioni biologiche.

Per far si che avvenga una reazione deve essere superata l’energia di attivazione (ogni

reazione si verifica se particelle di reagenti si urtano cn energia sufficiente e

determinato orientamento) -> enzimi hanno funzione di abbassare energia di attivazione

permettendo alla reazione di procedere più velocemente.

Substrati= sostanze che reagiscono legandosi ad un certo enzima

Sito attivo= punto preciso in cui il substrato si lega all’enzima

N.B.= la complementarietà tra enzima e substrato spiega perchè ogni enzima sia specifico

(catalizza una sola reazione)

Molti enzimi per funzionare richiedono la presenza di cofattori -> coenzimi: vitamine o

derivati di esse. Alcuni coenzimi agiscon come accettori di elettroni nelle reazioni di

ossidoriduzione (acquistano una coppia di elettroni che cederanno poi ad un’altra

molecola.

Spesso entrano in gioco anche i gruppi prostetici -> molecole di natura non proteica

legate all&r