Cibo ed Energia
Il glucosio e altre molecole nutritive per esempio i grassi
vengono demolite attraverso un’ossidazione graduale
controllata per fornire energia chimica in una forma
utilizzabile dalla cellula, cioè racchiusa in vettori attivati,
come ATP e NADH e NADPH e FADH.
ATP utilizzato per processi di sintesi
Aggiungendo all’ATP una
molecola di acqua si ottiene
ADP e fosfato inorganico
(idrolisi del fosfato terminale
11-13 kcal/mole di energia,
delta G negativo)
Reazione
sfavorita
energeticamente
Reazione favorita
energeticamente
IDROLISI si accoppia
con altre reazioni
sfavorite per es.
Fosforilazioni
oppure reazioni di
condensazione,
legami tra due
molecole
Nicotinammide adenina dinucleotide fosfato
Trasportatori di elettroni
Partecipano a reazioni di
ossido riduzione
Accoglie ione
IDRURO (atomo
di idrogeno + 1
elettrone).
Poi lo dona ad
un altro
substrato che si
riduce
ATP viene prodotto in due modi:
1- Direttamente da ossidazione di molecole nutritive
nel citosol e mitocondri. Accoppiamento di reazione
favorevole di scissione con sfavorevole, ADP +Pi=ATP
o altre molecole che poi entrano nella catena
ossidativa dei mitocondri producendo molto più ATP…
2- Indirettamente attraverso la creazione di più
intermedi attivati nei mitocondri, attraverso la
fosforilazione ossidativa.
Molecole nutritive demolite in unità semplici mediante catabolismo a 3 stadi.
PRIMO. Proteine in aa, polisaccaridi in zuccheri, grassi in acidi grassi,
digestione all’esterno della cellula, intestino o nei lisosomi. Poi le unità
entrano nella cellula dove vengono ossidate in modo graduale x produrre
energia.
SECONDO. Glicolisi nel citosol. Glucosio viene scisso in 2 molecole di
piruvato + 2 molecole ATP e 2 molecole NADH. Il piruvato va poi nel
mitocondrio dove viene convertito in CO2 + acetil coA (prodotti anche dalla
demolizione degli acidi grassi).
TERZO. Tutto nei mitocondrio. Il gruppo acetilico del acetil coA viene
introdotto nel ciclo dell’acido citrico da cui vengono prodotte grandi quantità di
NADH. Gli elettroni dal NADH passano alla catena di trasporto degli elettroni.
L’energia accumulata nel trasferimento produce ATP a partire da O2
molecolare.
GLICOLISI
La scissione di 1 molecola di glucosio richiede 2 molecole di ATP. Dalle
due molecole di piruvato che si formano (ognuna a 3 atomi di carbonio)
l’energia viene poi immagazzinata in 4 ATP e 2 NADH. Quindi il risultato
netto sono la produzione di 2 ATP e 2 NADH più 2 piruvato.
La glicolisi ha 10 stadi: da 1-4, vengono utilizzate due molecole di ATP
per produrre il fruttosio 1,6 bifosfato. Poi stadio 5, due molecole di
zucchero a 3 atomi di carbonio fosforilate, la gliceraldeide 3 fosfato e
negli stadi 6-10, vengono prodotti 4 ATP direttamente dalla cessione di Pi
a ADP mentre viene prodotto NADH per ossidazione.
IL NADH dona poi i propri
elettroni alla catena di
trasporto nei MT. Se ci sono
condizioni di basso
ossigeno, la catena di
trasporto degli elettroni
mitocondriale che
trasferisce da NADH
elettroni e genera NAD+
non può funzionare per
produrre grandi quantità di
ATP (alla fine ci vuole
ossigeno).
Quindi la glicolisi
citosolica è l’unica via di
produzione ATP in
condizione anaerobie per
esempio alcuni
microorganismi o il
muscolo scheletrico in
carenza di O2
Cibo ed Energia
• I grassi sono l’altra fonte energetica basilare contenuta nel cibo. Gli
acidi grassi estratti dai grassi vengono trasportati dentro i
mitocondri e convertiti in molecole di acetil CoA.
• Queste molecole di acetil CoA vengono poi ossidate ulteriormente
attraverso il ciclo dell’acido citrico, proprio come l’acetil CoA
derivante dal piruvato.
• NADH e FADH2 trasferiscono gli elettroni di cui sono vettori a una
catena di trasporto situata nella membrana interna del
mitocondrio, dove essi alimentano la formazione di ATP con una
serie di passaggi.
• Gran parte dell’energia recuperabile dalla demolizione delle
molecole nutritive viene catturata proprio in questo processo della
fosforilazione ossidativa.
Figure 14-4 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Figure 14-39 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Triacilgliceroli in acidi grassi in acetil coA
Nel mitocondrio
Triacilglicerolo nel citosol
Ciclo acido citrico (Krebs)
nel mitocondrio
FADH, flavina adenina
dinucleotide ridotto
da glucosio->piruvato->acetil coA
da triacilglicerolo->acido grasso->acetil coA
Da intermedi della glicolisi e
del ciclo di Krebs
ANABOLISMO
Respirazione cellulare dei mitocondri
La maggior parte dell’ATP della cellula si genera dalla fosforilazione
ossidativa dei MT non dalla glicolisi nel citosol. La fosfo ossidativa si
svolge su MEMBRANE MT. Consiste in 2 fasi:
PRIMA: gli elettroni derivanti da ossidazione di molecole passano per
una serie di trasportatori, la catena degli elettroni, immersa nella
membrana MT interna. L’energia derivante dal trasferimento POMPA
protoni dalla membrana MT INTERNA ALLA ESTERNA NELLO
SPAZIO INTERMEBRANA e si forma gradiente elettrochimico di
protoni (H+ maggior concentrazione alla membrana esterna del MT)
SECONDA: il H+ fluisce secondo il proprio gradiente dall’esterno
all’interno del MT e questa energia viene accoppiata ed utilizzata da
ATP SINTASI per produrre ATP (da ADP e fosfato inorganico)
Figure 14-1 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Gradiente elettrochimico che si forma
dall’espulsione di H+ dalla membrana interna allo spazio
intermembrana
Figure 14-10 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Figure 14-11 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Figure 14-4 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Figure 14-9 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Figure 14-7 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Cibo ed Energia
•
Le cellule accantonano in particolare depositi le molecole nutritive.
•
Il glucosio viene immagazzinato sotto forma del suo polimero glicogeno
negli animali e del suo polimero amido nelle piante; sia le piante sia gli
animali accumulano risorse alimentari sotto forma di grassi.
•
Le scorte accumulate dalle piante sono una importante fonte di cibo per gli
animali, tra cui l’uomo.
•
Le molecole ingerite come cibo non servono soltanto come fonti di
energia metabolica, ma anche come materia prima per la biosintesi.
•
Infatti molti intermedi della glicolisi e del ciclo dell’acido citrico fanno da
punto di partenza per le vie di sintesi che portano alle proteine, agli acidi
nucleici e ad altre molecole specializzate della cellula.
•
Nella cellula avvengono simultaneamente migliaia di reazioni diverse
soggette a un coordinamento perfetto, grazie al quale essa può adattarsi e
continuare a funzionare su un ampissimo ventaglio di condizioni esterne.
