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