OSSIDAZIONE CELLULARE L’ossidazione cellulare consiste nella demolizione di molecole di glucosio al fine di produrre energia. Il processo comprende la glicolisi e la respirazione cellulare. La glicolisi, che comprende 9 tappe, avviene in tutti i viventi: procarioti, eucarioti, anaerobi, e aerobi, nell’atmosfera primordiale, nel citoplasma…Per ogni molecola di glucosio demolita si formano due molecole di acido piruvico + due molecole di ATP. Inoltre si caricano di elettroni e protoni, formando due molecole trasportatrici NAD+ . Acido piruvico=CH3COCOOH (ha 3 di C, in quanto è metà glucosio ****) (NAD+ + EL- = NAD NAD + EL- + H+ = NADH) x 2 Alla glicolisi segue la respirazione cellulare, ma se non c’è abbastanza ossigeno avviene la fermentazione, accade specialmente in particelle con attività molto intense, che hanno quindi scarso ossigeno rispetto al fabbisogno, come microorganismi, anaerobi, lieviti, cellule muscolari…L’acido piruvico viene trasformato in prodotti di rifiuto, diversi a seconda dell’organismo, la fermentazione non produce altra energia ATP, cioè liberando il trasportatore di elettroni e di protoni, consentendo di nuovo l’inizio della glicolisi. Fermentazione alcolica= 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ => 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2NAD+ Alcol etilico Anidride Carb. Trasportatore Con la fermentazione alcolica viene premesso l’ottenimento di bevande alcoliche, dolci, lievitazione del pane…la fermentazione lattica invece si forma così: 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ => 2CH3CHOHCOOH + 2NAD+ Acido lattico Essa vien compiuta o da lactobacilli, ai quali si deve la produzione di jogurt e formaggi, o da cellule muscolari, con attività troppo intense rispetto alla disponibilità di ossigeno, causando crampi muscolari, che sono in un certo senso utili, in quanto avvertono la persona di rallentare il ritmo. L’acido lattico viene poi convertito nel fegato in acido piruvico. Possono essere ossidati anche altri monosaccaridi: quelli a sei atomi di carbonio dopo la trasformazione in glucosio, i polisaccaridi dopo la scissione in monosaccaridi, non i pentosi (sa. Carbonio). Se l’ossigeno è sufficiente avviene la respirazione cellulare. Essa è molto vantaggiosa, in quanto permette di ricavare l’energia contenuta anche nell’acido piruvico: questo entra nei mitocondri diventando acetile (il NAD perde un CO2 che diventa CH3CO). L’acetile unito al coenzima “A” forma l’acetil-coenzima A, che entra nel ciclo di Krebs, caratterizzato da una serie di trasformazioni che partono da un composto (ossalacetato, G. A. Carbonio), e lo riproducono ad ogni giro: ossalacetato + acetil-coenzima A => Citrato (G. A. Carbonio) Il citrato viene in + tappe demolito e libera 3 CO2, che deve essere eliminata nei polmoni, oppure può essere impiegata nella fotosintesi (autotrofi). Elettroni + protoni caricati da 10 molecole trasportatrici => Energia (2 ATP) Anche grassi e amminoacidi possono essere convertiti in acetile => Ciclo di Krebs. I prodotti intermedi possono essere modificati e usati per ottenere nuove sostanze utili alle cellule. Le cellule nervose riescono ad utilizzare solo il glucosio (il fabbisogno giornaliero per il solo glucosio è molto alto: circa 500 kcal). Catena respiratoria (proteine nelle creste mitocondriali): 1. I trasportatori di EL- si portano alla prima proteina catena 2. Cedono ad essa EL- (Riduzione) 3. Questa li cede ad una seconda proteina (Ossidazione). Gli EL-, passando da una proteina all’altra, scendono a livelli energetici + bassi. Ad ogni salto si libera una piccola quantità di energia che consente la sintesi di ATP: ADP + P = ATP. L’ultima proteina trasferisce EL- e H+ all’ossigeno => H2O: 1. Se manca ossigeno il processo si blocca 2. Se il num di molecole di ATP è alto, la cellula non demolisce il glucosio. Glicolisi = 2ATP/Ciclo di Krebs = 2ATP/Catena respiratoria = 32ATP Nel processo completo vengono prodotte 36ATP, circa il 40% dell’energia presente nel glucosio, contro le sole 2ATP della glicolisi, ciò spiega il successo evolutivo della respirazione cellulare rispetto alla glicolisi. Glicosio + 6O2 + 36 ADP + 36P => 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP Gruppo Fosfato Va espulsa anidride carbonica Tutta questa reazione è esoergonica, in quanto produce energia. Cellulosa: Un grande poilisaccaride composto di molti monomeri di glucosio legati a formare fibre simili a corde che forniscono il sostegno strutturale delle pareti delle cellule vegetali. Chemiosmosi: La sintesi di ATP ottenuta utilizzando l’energia del gradiente di ioni indrogeno attraverso le membrane per fosforilare e l’ADP fornisce la maggiorparte dell’ATP sint. Nella cellula. Ciclo di Calvin: Secondo due stadi della fotosintesi, il ciclo di Calvin è una serie ciclica di reazioni chimiche che avviene nello stoma di un cloroplasto, usando il carbonio della CO 2, l’ATP e il NADPH prodotto dalle reazioni della fase luminosa, produce molecole di zucchero G3P ricche di energia. Ciclo di Krebs: Ciclo metabolico alimentato dll’acetil-CoA formato dopo la glicolisi nella respirazione cellulare; le reazioni chimiche del ciclo di Krebs completano la scissione metabolica delle molecole di glucosio in biossido di carbonio; avviene nella matrice dei mitocondri e fornisce la maggior parte delle molecole di NADH che portano l’energia alle catene di trasporto degli elettroni. Cloroplasto: Organello che si trova nelle piante e nei protisti fotosintetici. Circondato da due membrane concentriche, assorbe energia luminosa e la usa per sintetizzare molecole organiche (zuccheri). Coenzima: Sostanza organica (solitamente una vitamina o derivata) che agisce come cofattore, aiutando la catalisi enzimatica in una reazione metabolica. Cofattore: Sostanza non proteica (atomo rame, ferro o zinco) aiuta un enzima a catalizzare una reazione metabolica. Diffusione: La tendenza di particelle di qualsiasi tipo a muoversi spontaneamente dal luogo dove la loro concentrazione è maggiore al luogo dove è minore; la tendenza dell’ordine molecolare a divenire disordinato. Enzima: Una proteina che funziona da catalizzatore biologico cambiando la velocità di una reazione chimica senza essere trasformato in una molecola diversa durante il processo. Fosforilazione: Il trasferimento di un guppo fosforico, di solito dell’ATP, a un’altra molecola. Quasi tutto il lavoro cellulare dipende dal trasferimento di energia, tramite fosforilazione, dall’ATP ad altre molecole. Fotofosforilazione: La produzione di ATP per chemiosmosi durante la fase luminosa della fotosintesi. Fotorespirazione: Nella cellula vegetale è la demolizione di una molecola a due atomi di carbonio prodotta dal ciclo di Calvin. Il ciclo di Calvin produce molecole a due atomi di carbonio, invece delel solite molecole a tre atomi di carbonio G3P, quando le cellule della foglia fissano O2 invece di CO2. La fotorespirazione non produce né molecole di zucchero né di ATP. Fotosintesi: Il processo tramite il quale le piante usano l’energia luminosa per produrre zuccheri e altre molecole organiche partendo dal biossido di carbonio e dall’acqua. Glicolisi: La trasformazione di una molecola di glucosio in 2 molecole di acido piruvico; è la prima tappa della respirazione cellulare. Idrolisi: parte essenziale della digestione; è un processo chimico nel quale le molecole si spezzano grazie all’aggiunta di molecole d’acqua che si legano ai monomeri che le costituiscono. Mitocondrio: Organulo della cellula procariote dove avviene la respirazione cellulare. Circondato da due membrane è il luogo dove viene prodotto ATP. NAD+: Un coenzima presente in tutte le cellule che collabora con gli enzimi nel trasferimento degli atomi di idrogeno durante le reazioni di ossido-riduzione del metabolismo; “+” indica che la molecola è ossidata e tende ad acquistare atomi di idrogeno. Osmosi: Il movimento di acqua attraverso una membrana semipermeabile. Ossidazione: La perdita di elettroni da parte di una sostanza coinvolta in un ossido-riduzione; è sempre accompagnata da riduzione. Reagente: Il materiale di partenza di una reazione chimica. Reazione: Processo che porta a trasformazioni chimiche della materia; consiste nel formarsi o rompersi di legami chimici. Recettore: una proteina specifica all’interno di una cellula, la cui forma si adatta ad uno specifico messaggero molecolare, come un ormone. Respirazione Cellulare: La raccolta di energia aerobica dalle molecole di cibo; l’energia chimica rilasciata dalla demolizione delle molecole di cibo, come il glucosio, e l’immagazzinamento dell’energia potenziale in una forma che le cellule possono utilizzare per compiere lavoro; comprende la glicolisi, il ciclo di Krebs, la catena di trasporto degli elettroni, e l’accoppiameno chemiosmotico. Riduzione: L’acquisto di elettroni da parte di una sostanza coinvolta nelle ossido-riduzioni; sempre accompagnata da ossidazione. Sito Attivo: La parte di una molecola enzimatica che si combina con il substrato (per mezzo di legami deboli); è una tasca o una scanalatura sulla superficie dell’enzima. Substrato: Una sostanza specifica (reagente) sul quale agisce un enzima.