Energia per la vita per le seconde classi ITE e
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Energia per la vita Bibliografia I colori della biologia Giusti- Gatti- Anelli Pearson Ed. Ogni alimento che ingeriamo viene scomposto attraverso i processi digestivi nelle sue molecole costituenti come zuccheri, lipidi e amminoacidi, ricchi di energia e gli alimenti chimici in esso contenuti, utili ai nostri processi vitali Tutti gli organismi hanno bisogno di energia per nutrirsi, crescere, riprodursi, muoversi, costruire nuove strutture cellulari, smaltire le sostanze dannose. L’energia necessaria per questi processi vitali viene ricavata dalla scomposizione delle molecole delle sostanze nutritive presenti negli alimenti, attraverso una serie di reazioni chimiche che rompono alcuni legami tra gli atomi per liberare l’energia in essi contenuta. Organismi autotrofi ed eterotrofi L’energia utilizzata da tutti gli organismi per i processi vitali è l’energia chimica che si libera dalla rottura dei legami chimici fra gli atomi che formano particolari molecole organiche. Come fanno gli organismi a procurarsi le molecole organiche dalle quali estrarre energia chimica? • Gli organismi autotrofi sono in grado di produrre da sé queste molecole attraverso la fotosintesi, catturando l’energia solare • Gli organismi eterotrofi devono procurarsi le molecole organiche nutrendosi di altri organismi Tutti gli organismi hanno bisogno di energia Gli organismi autotrofi, come le piante, sono in grado di utilizzare l’energia solare per produrre le sostanze nutritive; gli eterotrofi, come gli animali, devono nutrirsi di altri organismi per procurarsi le molecole organiche. Una molecola che immagazzina energia L’energia contenuta nei legami chimici che tengono insieme le molecole organiche viene liberata attraverso il processo della respirazione cellulare. La struttura dell’ATP L’energia che deriva dalla respirazione cellulare non si sprigiona tutta in una volta, ma viene immagazzinata in piccole “porzioni” nei legami di una molecola particolare, l’ATP (adenosintrifosfato) L’energia chimica dell’ATP è contenuta nei legami tra i gruppi fosfato. Quando da una molecola di ATP si stacca un gruppo fosfato, la rottura del legame libera una grande quantità di energia. Il distacco di un gruppo fosfato dà origine a una molecola di ADP (adenosindifosfato), che ha un contenuto di energia chimica inferiore a quello dell’ATP. Fornendo energia, si può sempre far avvenire la reazione opposta, cioè “riattaccare” un gruppo fosfato a una molecola di ADP e ottenere ATP È proprio questa la reazione utilizzata per immagazzinare energia Il metabolismo e l’energia L’insieme di tutte le reazioni biochimiche che avvengono in un organismo si chiama metabolismo Le reazioni possono essere di due tipi, anaboliche e cataboliche: quando l’organismo sintetizza grandi molecole partendo da molecole più piccole, si parla di anabolismo; quando l’organismo demolisce grandi molecole in molecole più piccole si parla di catabolismo. Anabolismo e catabolismo Per la sintesi di grandi molecole a partire da molecole più piccole serve un apporto di energia. La scomposizione di molecole complesse, al contrario, libera energia. Reazioni endoergoniche e reazioni esoergoniche Si possono distinguere reazioni endoergoniche o esoergoniche a seconda che le sostanze di partenza (i reagenti) abbiano un contenuto energetico minore o maggiore dei prodotti • reazione endoergonica: si passa da reagenti a basso contenuto di energia a prodotti con energia più alta • reazione esoergonica: i reagenti hanno un contenuto di energia maggiore di quello dei prodotti Gli enzimi regolano l’attività cellulare Perché una reazione abbia inizio, è necessario che si rompano i legami chimici delle molecole reagenti Per questo è necessaria un’energia di attivazione, cioè un’energia minima perché la reazione possa essere innescata L’energia di attivazione rappresenta una barriera che le molecole dei reagenti devono superare perché i loro legami si rompano. Se l’energia di attivazione rimane alta poche sono le molecole in grado di superarla, e quindi i tempi della reazione diventano molto lunghi Se qualcosa interviene per abbassarla un numero molto maggiore di molecole riesce a superarla, e così i tempi della reazione diminuiscono. Nelle cellule questo risultato avviene grazie all’intervento di particolari molecole. Gli enzimi sono speciali proteine che possono velocizzare una reazione, “abbassando la barriera” dell’energia di attivazione . Le sostanze che, come gli enzimi, abbassano l’energia di attivazione sono dette catalizzatori. Il ruolo degli enzimi Oltre ad abbassare l’energia di attivazione, gli enzimi rendono le reazioni più veloci. Come agiscono gli enzimi Gli enzimi si legano alle molecole dei reagenti, i substrati, in una particolare zona chiamata sito attivo L’unione fra il sito attivo dell’enzima e il substrato causa una deformazione dei legami presenti nei substrati facilitandone la rottura e la formazione di nuovi legami Gli enzimi sono altamente specifici: in genere, ognuno di essi può catalizzare solo una particolare reazione. Questa specificità si deve alla forma del sito attivo dell’enzima, che si adatta solo alla forma del suo substrato, come due tessere di un puzzle Come lavora un enzima L’enzima saccarasi catalizza la reazione che scinde il saccarosio (lo zucchero da tavola) in glucosio e fruttosio. Alla fine, l’enzima si ritrova inalterato e il suo sito attivo può accogliere una nuova molecola di substrato.
