La complessità delle cellule è resa possibile unicamente dalla disponibilità di energia dall’ambiente.
L’energia è la capacità di provocare cambiamenti fisici e chimici (lavoro di biosintesi, meccanico,
di concentrazione, elettrico, calore, bioluminescenza).
METABOLISMO
capacità di sfruttare energia e materie prime per il mantenimento dello stato vivente
(Anabolismo, Catabolismo)
Le cellule ottengono l’energia di cui necessitano per svolgere le loro attività, mantenendo molti reagenti e
prodotti di varie reazioni a concentrazioni stazionarie, lontano dall’equilibrio.
La maggior parte delle reazioni biologicamente importanti nella cellula ha una energia di attivazione alta
pur essendo reazioni termodinamicamente favorite («stato metastabile»).
Reazioni esoergoniche ed endoergoniche
Tutte le reazioni necessitano di energia di attivazione
Enzimi:
catalizzatori biologici, costituiti da proteine o RNA che aumentano la velocità di una
reazione abbassando l’energia di attivazione.
Non hanno nessun effetto sulla posizione dell’equilibrio della reazione.
Formano complessi transitori e reversibili con le molecole di substrato senza essere
permanentemente modificati o consumati al procedere della reazione.
La catalasi è l’enzima con la velocità catalitica più elevata
che si conosca!
Ribozimi: un mondo a RNA
• Inibitori irreversibili e reversibili
• Inibizione competitiva
Inibizione non competitiva
Inibizione a feed-back,
da prodotto finale
• Regolazione allosterica
• Regolazione per modificazione covalente
(es. per fosforilazione)
ATP: la moneta energetica primaria del mondo biologico
Accoppia reazioni esoergoniche con reazioni endoergoniche
Reazioni
Esoergoniche
Endoergoniche
Come viene utilizzata l’energia da parte delle cellule
Tipi di lavoro svolto
ATP
NAD+
Le cellule trasferiscono energia attraverso reazioni di ossidoriduzione
Il NAD ridotto ed il NAD ossidato
Purves et al. Zanichelli Editore 2005
Struttura del mitocondrio, la centrale energetica della cellula
Il modello a diaframma delle creste è stato oggi
rivisto: si pensa che le creste siano delle strutture tubulari
che si associano in strati per formare creste lamellari di
dimensioni irregolari. Si crea quasi una terza regione
chiusa nel mitocondrio come nel
cloroplasto.
ATTENZIONE: la loro presenza in cellule fototrofe ci ricorda che gli organismi fotosintetici fanno affidamento
sulla respirazione per il loro fabbisogno energetico nei periodi di oscurità e sempre nei tessuti non fotosintetici
come le radici
Tanti mitocondri (fino a migliaia) in una cellula o un singolo ampio mitocondrio ramificato?
Struttura delle membrane mitocondriali interna ed esterna
confine interno della
membrana
Molecola di DNA circolare 20000 pb che codifica per
RNA ribosomiali, transfer e circa 12 proteine.
TEORIA ENDOSIMBIONTICA
Lynn Margulis
1960 scoperta del DNA del mitocondrio e
del cloroplasto
L’ingestione di cloroplasti forse è avvenuta più volte
durante l’evoluzione come dimostrano i pigmenti
utilizzati
La
complessità
del
metabolismo
Metabolismo iniziale o digestione
Glicolisi-anaerobia nel citoplasma
Respirazione-aerobia nel mitocondrio
L’acido piruvico proviene dalla glicolisi (citoplasma) ed entra nel
mitocondrio per la respirazione
Metabolismo terminale
Ossidazione
Prima fase: ciclo di Krebs ossidazione acetil CoA ad anidride
carbonica
Seconda fase: gli elettroni vengono trasportati all’ossigeno
L’energia viene liberata attraverso il passaggio su una serie di
reazioni
La fosforilazione ossidativa segue alla catena di trasporto degli
elettroni
Fermentazione:
Alcolica: etanolo
Lattica: ac.lattico
