Come le cellule traggono energia dal cibo:
produzione di ATP
L’energia è contenuta nei legami chimici
delle molecole nutritive; la cellula estrae
questa energia e la conserva nell’ATP:
respirazione cellulare
C6H12O6 + 6 O2
6 C O2 + 6 H2O + energia (ATP)
le cellule trasferiscono energia attraverso il trasferimento di gruppi fosfato
un altro modo per trasferire l’energia è attraverso il trasferimento di elettroni
reazioni di ossidazione: perdita di elettroni (trasferimento di elettroni)
reazioni di riduzione: acquisto di elettroni
reazioni redox
gli elettroni non vengono allontanati facilmente dai composti cui appartengono,
è più facile rimuovere un atomo intero che generalmente nelle reazioni
redox biologiche è un atomo di idrogeno: H+ + e-
trasportatori attivati
ATP
Nicotinamide adenina dinucleotide:
NAD+ (ossidazioni)
Nicotinamide adenina dinucleotide fosfato:
NADP+ (riduzioni)
Flavina adenina dinucleotide:
FAD
demolizione macromolecole in subunità
più semplici (es. polisaccaridi in glucosio)
Glicolisi
Ciclo di Krebs
o ciclo dell’acido citrico
Fosforilazione ossidativa
respirazione cellulare
Membrana mitocondriale esterna
Membrana mitocondriale interna (creste)
Spazio intermembrana
Matrice mitocondriale
m.m.e.: porina
demolizione macromolecole in subunità
più semplici (es. polisaccaridi in glucosio)
Glicolisi
Ciclo di Krebs
o ciclo dell’acido citrico
Fosforilazione ossidativa
respirazione cellulare
Glicolisi
glucosio
acido piruvico
Anaerobiosi
acido lattico
fermentazioni
etanolo
O
CH3
C
matrice mitocondriale
COOH
acido piruvico
complesso della piruvato
deidrogenasi:
decarbossilazione del piruvato
acetil coenzima A
l’acetil-CoA è un altro trasportatore
attivato in quanto il legame tioestere
con l’acetato è ad alta energia
matrice mitocondriale:
ciclo di Krebs o ciclo dell’acido citrico
ogni ciclo catalizza l’ossidazione dei due atomi di C dell’acetil-CoA convertendoli in due molecole di CO2
l’energia viene recuperata nei trasportatori attivati
Flavina adenina dinucleotide:
FAD
un modo per trasferire l’energia è attraverso il movimento di elettroni: reazioni redox
I gradienti elettrochimici sono forme di immagazzinamento di energia
come viene utilizzata l’energia contenuta negli elettroni per generare
il gradiente di protoni a cavallo della mmi?
sulla membrana mitocondriale interna
i trasportatori si organizzano
in una catena di trasporto degli elettroni
complesso della NADH deidrogenasi
complesso del citocromo b-c1
ogni complesso:
- capta elettroni
- è una pompa protonica
complesso della citocromo ossidasi
ogni complesso capta elettroni grazie alla presenza di atomi
di metallo fissati alle proteine
centri ferro-zolfo nel complesso
della NADH deidrogenasi
citocromi nel complesso del citocromo b-c1 e
nel complesso della citocromo ossidasi
atomi di ferro trasportano elettroni alternandosi
tra Fe2+ (ridotto) ed Fe3+ (ossidato)
il passaggio di elettroni da un trasportatore all’altro è mediato da:
ubichinone
citocromo c
basso potenziale redox:
bassa affinità per gli elettroni
alto potenziale redox:
alta affinità per gli elettroni
la tendenza al trasferimento di elettroni di una coppia redox è detta potenziale redox
si genera un ripido gradiente protonico a cavallo della mmi
I gradienti elettrochimici sono
forme di immagazzinamento di energia
ATP sintasi o F0-F1 ATPasi
fosforilazione ossidativa: consumo di O2 ed aggiunta di un gruppo fosfato all’ADP per dare ATP
accoppiamento chemiosmotico: il flusso di elettroni lungo la catena respiratoria è accoppiato
alla sintesi di ATP attraverso il gradiente protonico
½ O2 + 2H+ + 2e-
H2O
O2 + 4H+ + 4e-
2 H2O
agenti disaccoppianti: 2,4-dinitrofenolo (DNP), disaccoppiano l’ossidazione del NADH
dalla produzione di ATP
il disaccoppiamento della fosforilazione dal flusso di elettroni può essere anche utilizzato
fisiologicamente per produrre calore (es. neonati o animali che vanno in ibernazione).
Le cellule del tessuto adiposo bruno producono una proteina, la termogenina, che funziona da
agente disaccoppiante in modo che l’energia del gradiente protonico è convertita in calore
C6H12O6 + 6 O2
6 C O2 + 6 H2O + energia (ATP)
i batteri aerobi fanno fosforilazione ossidativa?
Localizzazione cellulare dei percorsi energetici
negli eucarioti e nei procarioti aerobi
eucarioti
citosol: glicolisi, fermentazione
matrice mitocondriale:
ciclo di Krebs
membrana mitocondriale interna:
fosforilazione ossidativa
procarioti aerobi
citosol: glicolisi, fermentazione,
ciclo di Krebs
membrana plasmatica:
fosforilazione ossidativa
Teoria endosimbiontica
prove a favore della teoria
DNA circolare mitocondriale
doppia membrana
meccanismo di divisione dei mitocondri (scissione)
