Metabolismo

STORIA
• Inizi ‘800 – sviluppo della chimica organica
• 1937 – uso di isotopi radioattivi usati come
traccianti per identificare le tappe del
metabolismo intermedio
Necessità cellulare:
COSTRUIRE, DEMOLIRE, RINNOVARE
FUNZIONI DEL METABOLISMO
• Fornire energia per permettere alla cellula di
svolgere le sue attività.
• Fornire materia per la costruzione di molecole
specifiche.
• Assicurare
il
ricambio
molecolare,
permettendo alla cellula di regolare il suo
ambiente interno e le sue attività.
METABOLISMO IN SINTESI
• Ingestione di macromolecole (proteine, glucidi e lipidi)
• L’apparato digerente riduce le macromolecole in
molecole più piccole
• Le molecole piccole passano al citoplasma dove vengono
ulteriormente demolite attraverso i processi di:
– Glicolisi – degradazione del glucosio
– Fermentazione (assenza di O2)
ATP
– Respirazione cellulare (presenza di O2)
GLICOLISI
• Via metabolica antica già usata dai batteri 3,5
miliardi di anni fa.
• Si tratta del metabolismo dei glucidi e stadio
di estrazione di energia dal glucosio.
• GLICOLISI = DEGRADAZIONE DEL GLUCOSIO
GLICOLISI
• A cosa serve:
– Fonte di energia
• In anaerobiosi – 2 ATP
• In aerobiosi – 38 ATP
– Fonte di materia
• Precursore di molecole di interesse biologico (es.
Pentosi - ribosio, desossiribosio)
GLICOLISI
• Origine del glucosio:
– Alimentare – digestione dei polisaccaridi e
disaccaridi
– Metabolica – prodotta dalle cellule del fegato
• Dove avviene:
– Nel citoplasma delle cellule e avviene
CONTINUAMENTE (tessuti glucosio-dipendenti:
globuli rossi e cervello).
GLICOLISI
• É una serie di reazioni, mediante le quali il glucosio viene
trasformato in due molecole di un composto a tre atomi di
carbonio, la gliceraldeide 3-fosfato o fosfogliceraldeide (PGAl),
e successivamente in due molecole di piruvato.
• Nella prima serie di tappe, il glucosio viene trasformato in
PGAl, previo utilizzo di due molecole di ATP.
• La tappa 3 è catalizzata dall'enzima fosfofruttochinasi. Questo
meccanismo viene utilizzato dalle cellule per evitare di
produrre ATP quando non serve
GLICOLISI
GLICOLISI
RESPIRAZIONE CELLULARE
• Permette di estrarre dal glucosio la maggior
quantità di ATP in presenza di Ossigeno.
• Avviene nei mitocondri.
RESPIRAZIONE CELLULARE
RESPIRAZIONE CELLULARE
• In presenza di ossigeno: l’acido piruvico entra
nel mitocondrio e si pone nella matrice
mitocondriale e qui grazie agli enzimi perde il
gruppo O2
Ac. Piruvico perde:
• CO2 – decabossilazione
• H - deidrogenazione
Ac.piruvico
RESPIRAZIONE CELLULARE
• Il gruppo acetile si attacca alla grande
molecola di coenzima A (COA), quindi si
ottiene l’acetil coenzima A
Gruppo
acetile
RESPIRAZIONE CELLULARE
• Chi permette questa reazione è un’enzima
chiamata piruvato-deidrogenasi (complesso
proteico grande attivato da vitamine del
complesso B di cui la tiamina - vitamina B1 – è
particolarmente importante
RESPIRAZIONE CELLULARE
• L’acetil-CoA è molto importante perché è il
punto di convergenza del metabolismo dei
glucidi, dei lipidi e delle proteine.
• Questo acetil-CoA entra nella matrice
mitocondriale, in un ciclo di reazione che si
chiama ciclo di Krebs.
RESPIRAZIONE CELLULARE
• Il Ciclo di Krebs è una sequenza di reazioni
cicliche che ha come finalità ossidare
completamente l’acetil-CoA a CO2, prodotto di
rifiuto della cellula.
Sir Hans Adolf Krebs, vincitore del premio Nobel
per la medicina nel 1953.
RESPIRAZIONE CELLULARE
• Il ciclo di Krebs è una sorgente di energia che
si libera dalla rottura dei legami che si
uniscono agli atomi di carbonio.
• Ad ogni giro l’energia viene immagazzinata in
1 ATP, 3 di NADH e 1 di FADH2.
• Per ossidare una molecola di glucosio sono
necessari quindi 2 giri del ciclo di Krebs.
CICLO DI KREBS
Acetil Co-A
2C
NADH
Ossalacetato
Citrato
4C
6C
H2O
Malato
Isocitrato
4C
6C
CO2
NADH
H2O
Fumarato
Chetoglutarato
4C
5C
CO2
FADH2
Succinato
Succinile Co-A
4C
4C
ATP
Co-A
NADH
RESPIRAZIONE CELLULARE
RESPIRAZIONE CELLULARE
• Il ciclo di Krebs è sempre seguito dalla
fosforilazione ossidativa, una catena di
trasporto di elettroni.
• Questa respirazione cellulare estrae energia
da NADH e FADH2, ricreando NAD+ e FAD,
permettendo in tal modo al Ciclo di
continuare.
RESPIRAZIONE CELLULARE
Catena respiratoria o catena di trasporto degli
elettroni:
- Il NADH (proveniente dalla glicolisi,
dall’ossidazione del piruvato in acetil-CoA e dal
ciclo di Krebs) ha immagazzinato energia che per
poter essere usata dalla cellula, deve essere
convertita in ATP.
RESPIRAZIONE CELLULARE
SISTEMA DI TRASPORTO DI
ELETTRONI
• NADH → flavoproteina → proteine Fe-S →
coenzima Q.
• Succinato → FAD → proteine Fe-S → coenzima Q
• coenzima Q → proteine FeS → cit c1 → cit c
• Cit c → CuA → cit a → cit a3 → CuB → O2
RIASSUNTO ENERGETICO
GLUCOSIO
PIRUVATO
PIRUVATO
1 NADH
1 NADH
Acetil Co-A
Acetil Co-A
Ciclo Krebs
Ciclo Krebs
3 NADH
3 NADH
1 FADH2
1 FADH2
1 ATP
1 ATP
OGNI NADH = 3 ATP
OGNI FADH2 = 2 ATP
2 ATP
2 ATP
2 NADH
6 ATP
2 NADH
6 ATP
6 NADH
2 FADH
2 ATP
18 ATP
4 ATP
2 ATP
TOTALE ATP
38 ATP
FERMENTAZIONE
Processo mediante il quale organismi ricavano
energia chimica dalla demolizione parziale del
glucosio in assenza di ossigeno molecolare
(anaerobiosi)
FERMENTAZIONE
• Funzione nell’uomo:
– Permette ai muscoli di lavorare quando l’apporto
di O2 è insufficiente
– Permette ai globuli rossi di ricavare energia
giacché sono sprovvisti di mitocondri
• Dove avviene:
– Nel citoplasma cellulare
FERMENTAZIONE
• LATTICA
– Formazione di Acido lattico – sensazione di
affaticamento da parte dei muscoli
• Casi di acidosi metabolica – insufficienza epatica o
cardiaca, ustioni, leucemie
• ALCOLICA
– Formazione di alcol etilico
• Bibite alcoliche – es: Saccaromyces cervisiae
• Panifici – lieviti – liberazione di CO2
• Formazione dell’acido acetico
FERMENTAZIONE
• LATTICA
– Formazione di Acido lattico – sensazione di
affaticamento da parte dei muscoli
• Casi di acidosi metabolica – insufficienza epatica o
cardiaca, ustioni, leucemie
• ALCOLICA
– Formazione di alcol etilico
• Bibite alcoliche – es: Saccaromyces cervisiae
• Panifici – lieviti – liberazione di CO2
• Formazione dell’acido acetico
FERMENTAZIONE