Slide 1 - Liceo Rodolico
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L’energia e il trasporto Copyright © 2006 Zanichelli editore La cellula e l’energia L’energia è la capacità di produrre lavoro • Tutti gli organismi hanno bisogno di energia per vivere. • L’energia è definita come la capacità di effettuare un lavoro (cioè di spostare un corpo modificandone il moto o lo stato di quiete). Copyright © 2006 Zanichelli editore Energia cinetica e potenziale • L’energia cinetica è l’energia posseduta dai corpi in movimento. • L’energia potenziale è l’energia immagazzinata (dovuta alla posizione del corpo) e può essere trasformata in energia cinetica. Copyright © 2006 Zanichelli editore Primo principio della termodinanica Il primo principio della termodinamica stabilisce che: • l’energia può essere trasformata da una forma all’altra; • l’energia non può essere né creata né distrutta. Copyright © 2006 Zanichelli editore Secondo principio della termodinanica Il secondo principio della termodinamica afferma che durante le trasformazioni dell’energia aumenta il disordine (o entropia) e parte dell’energia è persa sotto forma di calore. Copyright © 2006 Zanichelli editore Disordine Il passaggio da una forma ordinata a una disordinata è spontaneo (la vostra stanza) Qualsiasi trasformazione subisca l’energia, rende l’Universo più “disordinato. Forme di energia nei viventi sono forme di energia potenziale depositate nelle molecole, formate da legami chimici che uniscono i loro atomi. I viventi sono isole a basso contenuto di disordine (sistemi complessi altamente organizzati) immersi in un universo che continua ad aumentare il proprio disordine. “Bateson” Copyright © 2006 Zanichelli editore Energia in uscita o in entrata? Copyright © 2006 Zanichelli editore Reazioni endoergoniche Le reazioni chimiche consentono di immagazzinare o di liberare energia Le reazioni endoergoniche assorbono energia e danno origine a prodotti ricchi in energia potenziale (con un livello di energia chimica superiore a quella delle sostanze di partenza). Energia potenziale delle molecole Prodotti Copyright © 2006 Zanichelli editore Energia assorbita Reagenti Quantità di energia assorbita Reazioni esoergoniche Le reazioni esoergoniche liberano energia e danno origine a prodotti che contengono meno energia potenziale dei loro reagenti. Energia potenziale delle molecole Reagenti Quantità di energia liberata Energia liberata Prodotti Copyright © 2006 Zanichelli editore Accoppiamento energetico • Le cellule compiono migliaia di reazioni chimiche (esoergoniche ed endoergoniche). • L’insieme di queste reazioni costituisce il metabolismo cellulare. • L’accoppiamento energetico utilizza le reazioni esoergoniche per far avvenire le reazioni endoergoniche. Copyright © 2006 Zanichelli editore Il ruolo dell’ATP Nella cellula l’ATP funge da navetta per il trasporto dell’energia chimica • L’ATP fornisce l’energia necessaria per tutte le forme di lavoro cellulare. • In una molecola di ATP l’energia risiede nei legami covalenti che uniscono i gruppi fosfato. Copyright © 2006 Zanichelli editore Il ruolo dell’ATP • L’ATP libera energia utile per le reazioni endoergoniche attraverso la fosforilazione. • La fosforilazione è il trasferimento di un gruppo fosfato a una molecola per renderla più reattiva. ATP Lavoro chimico Lavoro meccanico Lavoro di trasporto Membrana della proteina Proteina motrice P+ Soluto P Reagenti P P P Prodotto Molecola formata Proteina mobile ADP+ P Copyright © 2006 Zanichelli editore P Soluto trasportato Fosforilazione La fosforilazione è un processo mediante il quale un gruppo fosfato (PO43–) viene aggiunto a una molecola. Si tratta di una reazione molto importante perché in genere quando una molecola viene fosforilata, il suo contenuto energetico aumenta ed essa è in grado di partecipare a una data reazione. Copyright © 2006 Zanichelli editore Fosforilazione Il lavoro cellulare può essere sostenuto nel tempo perchè l’ATP è una molecola rinnovabile, che viene rigenerata dalle cellule. ATP Energia prodotta dalle reazioni esoergoniche Energia utile per le reazioni endoergoniche ADP + Copyright © 2006 Zanichelli editore P Fosforilazione Copyright © 2006 Zanichelli editore Enzimi Gli enzimi accelerano le reazioni chimiche della cellula abbassando la richiesta energetica Perchè una reazione chimica inizi, i reagenti devono assorbire una quantità di energia chiamata energia di attivazione (EA). Enzima Barriera EA Reagenti Contenitore 1 Copyright © 2006 Zanichelli editore Prodotti Contenitore 2 Enzimi • Un enzima è una molecola proteica che si comporta come catalizzatore biologico. • Un enzima può abbassare l’energia di attivazione necessaria per avviare una reazione chimica. EA senza enzima EA con enzima Energia Reagenti Differenza netta di energia Prodotti Direzione della reazione Copyright © 2006 Zanichelli editore Come lavorano gli enzimi Ogni reazione cellulare è catalizzata da un enzima specifico • Gli enzimi hanno strutture tridimensionali caratteristiche che determinano le reazioni chimiche che essi sono in grado di catalizzare in una cellula. • La sostanza su cui agisce l’enzima, ossia il reagente, si chiama substrato. Copyright © 2006 Zanichelli editore Esempio di reazione catalizzata da un enzima: 1 Enzima disponibile con il sito attivo vuoto Sito attivo Glucosio Substrato (saccarosio) Il substrato 2 si lega all’enzima che subisce un adattamento indotto Enzima (saccarasi) Fruttosio H2O 4 I prodotti vengono liberati 3 Il substrato si scinde nei prodotti Copyright © 2006 Zanichelli editore Specificità degli enzimi La maggior parte degli enzimi presenta una notevolissima specificità per la reazione catalizzata e per i substrati coinvolti. La specificità è legata a diversi fattori che caratterizzano l'associazione tra il substrato ed il sito attivo, come la conformazione della struttura delle molecole, le cariche elettriche, la natura idrofilica o idrofobica Copyright © 2006 Zanichelli editore Ambiente cellulare e attività enzimatica L’ambiente cellulare influenza l’attività degli enzimi • La temperatura, la concentrazione dei sali e il pH influenzano l’attività enzimatica. • Per funzionare, alcuni enzimi richiedono molecole non proteiche chiamate cofattori. • I cofattori possono essere sostanze inorganiche, come gli ioni metallo, o molecole organiche (in questo caso si chiamano coenzimi). Copyright © 2006 Zanichelli editore Inibitori Gli inibitori bloccano l’azione degli enzimi • Una sostanza chimica che interferisce con l’attività di un enzima è detta inibitore. • L’azione di un inibitore è irreversibile se si formano legami covalenti tra inibitore ed enzima. È reversibile quando si formano solo legami deboli (come il legame idrogeno). Per scoraggiare i predatori di semi, le lenticchie contengono inibitori della tripsina che interferiscono con la digestione. Copyright © 2006 Zanichelli editore Inibitori • Gli inibitori competitivi occupano il sito attivo di un substrato. • Gli inibitori non competitivi cambiano la funzione dell’enzima modificando la sua forma. Substrato Sito attivo Enzima Legame normale del substrato Inibitore competitivo Inibitore non competitivo Inibitore enzimatico Copyright © 2006 Zanichelli editore Inibitori Copyright © 2006 Zanichelli editore Inibitori Copyright © 2006 Zanichelli editore Inibitori Gli inibitori sono spesso utilizzati come farmaci, ma possono agire anche come veri e propri veleni. In realtà, la differenza tra farmaco e veleno è esclusivamente una questione di dose del composto: la maggior parte dei farmaci, infatti, se somministrati ad alte dosi può risultare tossica. Un esempio di inibitore utilizzato come farmaco è l'aspirina, che inibisce l'attività delle ciclossigenasi, che producono le prostaglandine, mediatori dell'infiammazione, riducendo dunque la sensazione di dolore. Il cianuro è invece un inibitore irreversibile che si combina con il rame ed il ferro presenti nel sito attivo dell'enzima citocromo c ossidasi, bloccando la respirazione cellulare Copyright © 2006 Zanichelli editore
