Caratteristiche generali dei sistemi viventi
1 Unicità chimica
2 Complessità ed organizzazione gerarchica
3 Metabolismo
4 Interazione ambientale: Regolazione e omeostasi
5 Riproduzione
6 Sviluppo
7 Evoluzione biologica
Le cellule estraggono l’energia dal loro ambiente e
convertono le sostanze nutrienti nei componenti cellulari
mediante una rete altamente integrata di reazioni
chimiche chiamata metabolismo
La presenza degli stessi tipi di processi di raccolta dell’energia pressochè in
tutte le forme di vita suggerisce che questi processi metabolici si siano evoluti
in un periodo molto precoce della storia della vita e che le somiglianze
metaboliche rispecchiano una comune ascendenza di tutti gli organismi viventi.
Anabolismo
Costruzione di sostanze
complesse a partire da
sostanze più semplici, con
consumo di energia
Sintesi di una proteina a
partire dagli aminoacidi
Catabolismo
Scissione o degradazione di
sostanze complesse, con
rilascio di energia
Respirazione cellulare
Gli organismi trasformano energia
Tutti gli esseri viventi devono ottenere energia dall’ambiente
nessuna cellula vivente produce energia.
L’ATP (adenosintrifosfato) è il trasportatore universale di energia
libera nei sistemi biologici
Energia potenziale
della molecola
conferita dall’
affollamento di
cariche negative
presenti nella coda di
trifosfato
I gruppi fosfato si
legano alle molecole
attivandole
energeticamente
I legami possono essere
rotti per idrolisi
ATP + H2O
ADP +Pi + energia
Il ruolo dell’ATP è quello di fornire energia chimica
necessaria per i lavori cellulari
L’energia viene accumulata in questa molecola da una reazione di
condensazione e può essere recuperata facilmente per mezzo di una
reazione di idrolisi
Un organismo che compie lavoro utilizza ATP in modo
continuo; tuttavia l’ATP è una risorsa rinnovabile
Ciclo dell’ATP
Se l’ATP non potesse essere riciclato ma dovesse
essere ogni volta completamente risintetizzato il
nostro organismo consumerebbe una quantità di ATP
pari al nostro peso
NAD
(nicotinammideadenindinucleotide)
Coenzima ossidoriduttivo: trasferisce gli
elettroni tramite lo spostamento di atomi di
idrogeno
GLICOLISI
Prima fase di ossidazione del glucosio
Glicolisi: decomposizione dello zucchero,
consiste di 10 reazioni
Aldeide3-fosfoglicerica
Il successivo destino del
piruvato dipende dal tipo di
organismo e dalla presenza o
meno di ossigeno nell’ambiente
in cui avviene il processo, cioè
se questo è aerobio
(contenente ossigeno gassoso,
O2) o anaerobio (privo di
ossigeno).
La quantità di energia convertita in ATP è minore nella
fermentazione che nella respirazione
IN PRESENZA DI OSSIGENO
RESPIRAZIONE AEROBICA
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38 ATP
Seconda fase di ossidazione del glucosio
Nel mitocondrio
Terza fase di ossidazione del glucosio
Ciclo di Krebs
citrato
ossalacetato
Il destino dei protoni e degli elettroni costitutivi degli atomi di
idrogeno è la storia della restante parte della respirazione
cellulare
•
Un elettrone passa attraverso una serie di
trasportatori di elettroni detti complessivamente
catena respiratoria
•
Il flusso di tali elettroni lungo la catena determina il
trasporto attivo di protoni attraverso la membrana
mitocondriale interna
•
I protoni diffondono verso la matrice mitocondriale
e tale flusso viene accoppiato alla sintesi di ATP
(fosforilazione ossidativa)
RESPIRAZIONE
Energia
C
H
O2
C6H12O6
ATP
O2
H2O
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + ATP
IN ASSENZA DI OSSIGENO (ANAEROBIOSI)
FERMENTAZIONE
C6 H12 O6 → 2 CH3 -CH2 OH + 2 CO 2 + 58.6 kJoule
Fermentazione lattica
Avviene in numerosi
organismi (batteri del
genere Clostridium) e
nelle nostre cellule
muscolari
Riduzione del piruvato
Le cellule muscolari possiedono gli enzimi necessari per
realizzare la fermentazione e sono perciò in grado di passare
dal metabolismo ossidativo a quello fermentativo
Fermentazione alcolica
In condizioni anaerobie certi lieviti
e cellule vegetali compiono la
fermentazione alcolica
Decarbossilazione del
piruvato producendo
acetaldeide
Ridotta dal NADH+H+ a
alcol etilico
