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
Ac. Piruvico perde:
• CO2 – decabossilazione• H - deidrogenazione
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
Citrato 6C
Isocitrato 6C
Chetoglutarato 5C
Succinile Co-A 4C
Succinato 4C
Fumarato 4C
Malato 4C
Ossalacetato 4C
H2O
NADH
FADH2
H2O
Acetil Co-A 2C
CO2
CO2
NADH
NADH
ATP Co-A
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 2 ATP 2 ATP 2 NADH 6 ATPPIRUVATO PIRUVATO
1 NADH 1 NADH 2 NADH 6 ATPAcetil Co-A Acetil Co-A
Ciclo Krebs Ciclo Krebs
3 NADH 3 NADH 6 NADH 18 ATP1 FADH2 1 FADH2 2 FADH 4 ATP1 ATP 1 ATP 2 ATP 2 ATP
TOTALE ATP 38 ATPOGNI NADH = 3 ATPOGNI FADH2 = 2 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
