Prof. Maria Nicola GADALETA
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Facoltà di Scienze Biotecnologiche
Corso di Laurea in
Biotecnologie Sanitarie e Farmaceutiche
Biochimica e Biotecnologie Biochimiche
DISPENSA N. 20
Cenni sul metabolismo
Il metabolismo è
l’insieme dei processi attraverso i quali i viventi ricavano e
utilizzano energia libera (G) per svolgere le loro numerose
funzioni.
Questi processi,quasi tutti a più tappe,prendono il nome di vie
metaboliche.
G definisce l’energia che può compiere lavoro a T e P
costanti,condizioni tipiche della cellula.
Le vie metaboliche sono una serie di reazioni enzimatiche in cui il prodotto
della prima reazione costituisce il substrato della reazione successiva fino a
dare uno specifico prodotto.
MAPPA METABOLICA
L’insieme del metabolismo,
vie cataboliche o degradative,
vie anaboliche o sintetiche e
vie anfiboliche come il ciclo
degli acidi tricarbossilici
viene
rappresentato
mappa metabolica.
M.N. Gadaleta
nella
Caratteristiche delle vie metaboliche
• La specificità degli enzimi,che catalizzano le singole reazioni,
garantisce l’efficienza delle reazioni metaboliche impedendo la
formazione di prodotti inutili o tossici.
•Il flusso degli intermedi lungo una via metabolica in stato stazionario è
più o meno costante: questo significa che la velocità di sintesi e di
demolizione di ogni intermedio ne mantiene la concentrazione a un
livello costante.
•La maggior parte degli enzimi che operano in una via metabolica
operano in condizioni vicine all’equilibrio e quindi le velocità
nette di reazione da essi catalizzate variano in funzione delle
concentrazioni dei loro substrati.
M.N. Gadaleta
Tuttavia, la condizione di stato lontano dall’equilibrio
•è termodinamicamente efficiente perchè solo un processo in non equilibrio e,
quindi, con ∆G ≠ 0 è in grado di compiere lavoro utile.
•In ogni via metabolica ci sono una o più reazioni che funzionano in condizioni
lontane dall’equilibrio e possiedono una elevata variazione negativa di energia
libera (tappe limitanti la velocità della via metabolica).
•Una reazione fortemente esoergonica rende irreversibile l’intera via
metabolica: generalmente le vie metaboliche sono irreversibili
•Enzimi regolatori catalizzano reazioni lontane dall’equilibrio e sono collocati
in posizione strategica per regolare il flusso dei metaboliti in una via
metabolica.
•Ogni via metabolica ha una tappa fortemente esoergonica, irreversibile,
regolata, che decide se la via metabolica stessa deve continuare: questa tappa è
la “committed step”
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Compartimentazione metabolica
da: Voet & Voet
M.N. Gadaleta
prevalgono i processi ossidativi
prevalgono i processi riduttivi
ATP: trasportatore di gruppi fosforici
NAD+, NADP+, FAD: trasportatori solubili di eM.N. Gadaleta
Possibili destini
dell’acetato
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ATP = trasportatore di gruppi fosforici
= moneta di scambio energetico della
cellula
ATP =adenosintrifosfato
I legami fosfoanidridici liberano una quantità
di energia all’incirca doppia rispetto a quella
liberata dai legami fosfoesterei. (Vedi tab. 13.6)
da: Voet & Voet
Scissione ortofosforica dell’ATP (∆
∆G0’ -30,5 kJ/mole)
Scissione pirofosforica dell’ATP
M.N. Gadaleta
M.N. Gadaleta
M.N. Gadaleta
Individuo maschio di 70 Kg
Necessità
che svolge lavoro sedentario
2800 Kcal giornaliere
11700 KJ
“
2800 Kcal/7.3 Kcal mole-1 = 384 moli ATP 190 Kg ATP
11700 KJ/30.5 KJ/mole ~ 384
“
“
(PM = ~ 500)
Durante il riposo il consumo è di
~ 40 Kg di ATP/24h
Durante un grande sforzo la velocità di utilizzazione dell’ATP
può arrivare anche a 0.5 Kg/min.
In una cellula in condizioni normali, 1 molecola di ATP viene
consumata circa 1 min. dopo la sua formazione.
: metabolismo aerobico finché c’è
ossigeno, dopodiché metabolismo anaerobico.
da: Berg et al. (V ed.)
• Perché l’ATP è la moneta di scambio
energetico della cellula?
Legami a bassa e ad alta
energia.
Legami altamente energetici:
legami con ∆G°’ > di 25
KJ/mole
M.N. Gadaleta
Potenziale di trasferimento del gruppo fosforico
M.N. Gadaleta
M.N. Gadaleta
I valori di
Glucosio-
M.N. Gadaleta
Reazioni con
scissione
ortofosforica
dell’ATP
M.N. Gadaleta
Scissione pirofosforica dell’ATP
ATP +H2O
AMP +PPi
Scissione pirofosforica
dell’ATP
∆G0’ = - 45.6 KJ/mole
PPi +H2O
2Pi
pirofosfatasi
(enzima ubiquitario)
∆G0’ = - 19.2 KJ/mole
Somma:
ATP +2H2O
AMP +2Pi
∆G0’ = - 64.8 KJ/mole
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Vantaggio della scissione pirofosforica
dell’ATP
• La scissione pirofosforica dell’ATP,in termini
energetici, corrisponde alla scissione ortofosforica
di 2 molecole di ATP.
Qual’ è allora il vantaggio della scissione
pirofosforica ?
• La scissione pirofosforica dell’ATP, in genere, si
accompagna a reazioni che sono all’inizio di una via
metabolica importante. Perchè?
Perchè, grazie all’intervento della pirofosfatasi ,un enzima
ubiquitario, presente in tutti i tessuti,
1)la scissione pirofosforica dell’ATP rende irreversibile la
reazione, e
2) nel caso di una reazione posta all’inizio di una via
metabolica, dà la spinta direzionale alla via metabolica.
La scissione pirofosforica dell’ATP , in genere , si accompagna
a reazioni che sono all’inizio di una via metabolica importante
come:
a) reazione di attivazione di un acido grasso (per la
degradazione degli acidi grassi),
b) reazione di attivazione degli amminoacidi nella sintesi
proteica.
La ritroviamo però anche nel ciclo dell’urea
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I nucleotidi adenilici sono interconvertibili grazie a due enzimi:
1)
2)
o miochinasi
Questi enzimi catalizzano reazioni all’equilibrio.
La loro direzione nella cellula sarà governata in ogni momento
dalla legge dell’azione di massa.
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Nucleoside difosfato chinasi
M.N. Gadaleta
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