Biologia
La cellula al lavoro
Capitolo 5 La cellula al lavoro
1. Il metabolismo cellulare: come le cellule
ricavano energia
2. La glicolisi è la prima fase della
demolizione del glucosio
3. La respirazione cellulare e la
fermentazione
4. La fotosintesi produce glucosio a partire
da acqua e CO2
Cavazzuti Biologia © Zanichelli editore 2011
Lezione 1
Il metabolismo
cellulare: come le
cellule ricavano
energia
Cavazzuti La vita intorno a noi © Zanichelli editore 2010
1. Le cellule hanno bisogno di
energia per vivere
Durante una reazione chimica si verifica quasi sempre
assorbimento o rilascio di energia.
All’interno delle cellule avvengono
costantemente delle reazioni che nel
loro complesso costituiscono il
metabolismo cellulare.
1. Le cellule hanno bisogno di
energia per vivere
Le reazioni metaboliche si dividono in due gruppi:
• anaboliche: sintetizzano molecole complesse a partire
da molecole più semplici e richiedono un apporto di
energia;
• cataboliche: riducono le molecole complesse in
molecole più semplici liberando l’energia intrappolata nei
legami chimici.
2. L’ATP è una molecola speciale
capace di immagazzinare energia e
rilasciarla quando serve
L’ATP o adenosintrifosfato è una molecola formata da un
nucleotide e da altri due gruppi fosfato.
Cavazzuti Biologia © Zanichelli editore 2011
2. L’ATP è una molecola speciale
capace di immagazzinare energia e
rilasciarla quando serve
Durante la demolizione del glucosio, l’energia liberata
viene utilizzata per legare un gruppo fosfato a una
molecola di ADP.
Cavazzuti Biologia © Zanichelli editore 2011
2. L’ATP è una molecola speciale
capace di immagazzinare energia e
rilasciarla quando serve
L’ATP consente di
immagazzinare piccole
quantità di energia da
utilizzare a seconda delle
necessità.
Cavazzuti Biologia © Zanichelli editore 2011
L’ATP è una molecola speciale
capace di immagazzinare energia e
rilasciarla quando serve
Gli enzimi
Un enzima è una proteina che ha una
forma globulare. All’interno della sua
struttura molecolare è presente una
regione molto particolare detta sito
attivo dove sono ospitate le molecole
che devono reagire, dette substrato.
Lezione 2
La glicolisi è la prima
fase della demolizione
del glucosio
Cavazzuti La vita intorno a noi © Zanichelli editore 2010
4. Il glucosio è il combustile più
usato dagli organismi viventi
Il glucosio è una molecola con un elevato contenuto
energetico, paragonabile a quello di un combustibile.
5. Il metabolismo del glucosio
comprende tre processi
• La glicolisi è un processo anaerobico (si svolge in
assenza di O2) e ha una resa di 2 ATP;
• la respirazione cellulare è un processo aerobico (si
svolge in presenza di O2) e ha una resa di 32 ATP;
• la fermentazione è un processo anaerobico (si svolge
in assenza di O2) e non produce ATP.
Il metabolismo
del glucosio
produce
energia sotto
forma
di ATP.
6. Le reazioni redox trasferiscono
elettroni ed energia
Si chiama reazione di ossidoriduzione o reazione redox
una reazione in cui una sostanza cede uno o più elettroni a
un’altra sostanza.
• La riduzione è l’acquisto di uno o più elettroni da parte di
un atomo, un ione o una molecola;
• l’ossidazione è la perdita di uno o più elettroni.
l’ossidoriduzione
Molte reazioni chimiche
nel metabolismo sono
reazioni di ossidoriduzione
o reazioni redox.
7. Il NAD e il FAD sono “navette”
che trasportano elettroni
Il NAD (nicotinamideadenindinucleotide) e
il FAD (flavinadenindinucleotide) sono esempi di coenzimi.
8. La glicolisi spezza la molecola di
glucosio in due molecole a tre
atomi di carbonio
La glicolisi è la scissione di una molecola di glucosio
(6 atomi di carbonio) in due molecole di acido piruvico
(3 atomi di carbonio).
Lezione 3
La respirazione
cellulare e la
fermentazione
Cavazzuti La vita intorno a noi © Zanichelli editore 2010
9. La respirazione cellulare avviene
nei mitocondri
La respirazione cellulare avviene in due fasi:
• il ciclo di Krebs che demolisce l’acido piruvico, liberando
CO2. Si svolge nella matrice dei mitocondri
• il trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa
che si svolgono sulla membrana interna dei mitocondri. In
questa fase si forma H2O
10. Il ciclo di Krebs completa la
demolizione del glucosio
L’acido piruvico viene convertito in acetilcoenzima A
all’interno del mitocondrio.
11. Il trasporto degli elettroni e la
fosforilazione ossidativa
convertono in ATP l’energia
contenuta nel NADH e nel FADH2
La catena di trasporto degli
elettroni, anche detta catena
respiratoria, è un processo
a cascata in cui gli elettroni
passano da un trasportatore
all’altro liberando energia.
11. Il trasporto degli elettroni e la
fosforilazione ossidativa
convertono in ATP l’energia
contenuta nel NADH e nel FADH2
Durante il passaggio lungo la catena di
trasporto, gli elettroni rilasciano
gradualmente la propria energia che viene
utilizzata per sintetizzare ATP tramite la
fosforilazione ossidativa.
La resa energetica dei singoli stadi è la seguente:
• glicolisi = 4 molecole di ATP (2 vengono spese inizialmente);
• ciclo di Krebs = 2 molecole di ATP;
• catena di trasporto degli elettroni = fino a un massimo
di 34 molecole di ATP.
13. La fermentazione avviene in
assenza di O2 e rigenera il NAD+
consumato dalla glicolisi
La fermentazione avviene nel citoplasma e non richiede
ossigeno.
Ci sono due tipi di fermentazione:
• la fermentazione alcolica;
• la fermentazione lattica.
13. La fermentazione avviene in
assenza di O2 e rigenera il NAD+
consumato dalla glicolisi
La fermentazione alcolica è svolta dai lieviti.
Si ottengono due molecole di etanolo e si libera CO2
13. La fermentazione avviene in
assenza di O2 e rigenera il NAD+
consumato dalla glicolisi
La fermentazione lattica è svolta da batteri e funghi.
Si ottengono due molecole di acido lattico.
Lezione 4
La fotosintesi produce
glucosio a partire da
acqua e CO2
Cavazzuti La vita intorno a noi © Zanichelli editore 2010
14. La cellula vegetale non ha
bisogno di mangiare per nutrirsi
Il processo attraverso cui si generano biomolecole a
partire da sostanze inorganiche è detto fotosintesi.
Questo processo viene utilizzato dagli organismi autotrofi.
La fonte di energia è la luce solare che viene catturata da
speciali molecole chiamate pigmenti, sensibili alle
radiazioni luminose.
Il pigmento più diffuso è la clorofilla.
15. La fotosintesi avviene nei
cloroplasti e trasforma il diossido di
carbonio e l’acqua in glucosio
cloroplasto
I cloroplasti all’interno
delle singole cellule
16. La fotosintesi è suddivisa in
due fasi: la fase luminosa e il ciclo
di Calvin
Avviene nello stroma
ed è anche
detta fase
indipendente dalla
luce, perché non
utilizza direttamente
la luce solare.
17. La clorofilla cattura l’energia
luminosa e la trasforma in energia
chimica
Durante la fase luminosa le molecole di clorofilla catturano
la luce solare, che viene utilizzata per scindere una
molecola di acqua in idrogeno e ossigeno (fotolisi).
L’ossigeno formato si libera nell’ambiente, mentre
l’idrogeno e gli elettroni vengono catturati dal NADP+ che
si riduce a NADPH + H+.
18. Attraverso le reazioni del ciclo
di Calvin il diossido di carbonio si
trasforma in zucchero
La seconda fase della fotosintesi (fase oscura) comprende una
serie di reazioni chimiche che costituiscono il ciclo di Calvin.
Vengono sintetizzate
biomolecole complesse come
l’amido e la cellulosa.
