Biologia cellulare, Temi di Biologia

Scarica Biologia cellulare e più Temi in PDF di Biologia solo su Docsity! BIOLOGIA CELLULARE L’oggetto di studio della biologia sono gli esseri viventi e il loro funzionamento. Caratteristica che contraddistingue un organismo vivente da un oggetto inanimato è la capacità di riprodursi generando altri organismi con medesime caratteristiche controllate da un programma genetico. CARATTERISTICHE DEI VIVENTI ● Sono formati da cellule: (ad esclusione dei virus), pertanto possono essere unicellulari o pluricellulari. ● Crescono e si sviluppano: crescita è dovuto all’aumento delle dimensioni o numero di cellule; lo sviluppo comprende i cambiamenti strutturali e fisiologici che si verificano nel corso della vita. ● Si riproducono: garantendo la perpetuazione della specie a cui appartengono. ● Regolano il proprio metabolismo: sono in grado di scambiare materie ed energia con l’ambiente circostante e di trasformare energia da una forma all’altra. Pertanto in tutti gli organismi avvengono una serie di reazioni chimiche e il loro insieme costituisce il metabolismo. Queste reazioni sono regolate per garantire l’OMEOSTASI (stabilità delle caratteristiche dell’ambiente interno). ● Rispondono agli stimoli: tutti i viventi percepiscono cambiamenti esterni, infatti mettono in atto processi in risposta a tali cambiamenti (spesso comporta lo spostamento nello spazio dell'organismo o di sue parti). ● Possiedono informazione genetica: l’informazione relativa alla struttura di ogni vivente è contenuta in un programma costituito da geni che formati in tutti gli organismi (eccetto alcuni virus) da DNA. ● Le popolazioni di viventi sono soggette a evoluzione. Inoltre ogni organismo vivente è organizzato e per mantenere questa “organizzazione” richiede energia (infatti la struttura specifica di ogni cellula e organismo è mantenuta grazie al continuo apporto di energia). Gli organismi viventi svolgono continuamente trasformazioni chimiche (reazioni) a cui sono dovute attività fondamentali es. produzione di energia per il movimento. Da queste reazioni dipende la vita degli organismi; se queste vengono arrestate, le cellule e gli organismi muoiono in pochi minuti. (Quindi molecole e organelli contenuti nel citoplasma cooperano per permettere la vita della cellula). ➔ CELLULA: unità strutturale, funzionale, biologica; ➔ TESSUTO: gruppo di cellule che condivide una struttura e funzioni simili; ➔ ORGANO: gruppo di tessuti differenti che cooperano per assolvere a una o più funzioni; ➔ APPARATO: gruppo di organi differenti che cooperano per assolvere a una o più funzioni. I livelli di organizzazione dei viventi: Atomo → molecole → organulo → cellula → tessuto → organo → apparato → organismo → popolazione →comunità → ecosistema → biosfera. Ciascun livello di complessità è dotato di PROPRIETA’ EMERGENTI. BIOELEMENTI Solo 20 elementi chimici presenti in natura entrano nella composizione della materia vivente. → Maggiori costituenti della materia organica: Carbonio(C), idrogeno(H), ossigeno(O), azoto(N), fosforo(P), zolfo(S). Costituiscono il 99% della sostanza vivente. → Elementi presenti come ioni: calcio, cloro, iodio, potassio, sodio, magnesio. → Alcuni elementi presenti in tracce: ferro, rame , manganese, zinco, iodio, fluoro, selenio. BIOMOLECOLE Sono i composti chimici più importanti dal punto di vista biologico, presenti negli organismi viventi. Hanno un elevato peso molecolare e appartengono a 4 gruppi principali: proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici. CARBOIDRATI → composti ternari costituiti da: carbonio, ossigeno, idrogeno. Rappresentano 60/90% del peso secco dei vegetali e solo 1% dei tessuti umani. In base alla loro struttura si dividono in: →Monosaccaridi: Rappresentano la principale fonte di energia degli organismi. + importanti sono il fruttosio e il glucosio che viene sintetizzato dai vegetali che contengono clorofilla attraverso la catena di reazioni che costituisce la fotosintesi e la combustione completa avviene attraverso i processi di glicolisi e respirazione cellulare. →Disaccaridi: saccarosio (comune zucchero da tavola, formato dall’unione di una molecola di glucosio e una di fruttosio), lattosio (principale zucchero contenuto nel latte, formato da unione di una molecola di glucosio con una di galattosio), maltosio (si ottiene per idrolisi parziale dell’amido ed è formato da 2 molecole di glucosio), cellobiosio (si ottiene per idrolisi parziale della cellula, formato da 2 molecole di glucosio). →Polisaccaridi: costituiscono riserva di energia e fanno parte delle membrane e pareti cellulari. Si distinguono in: ● di riserva→ amido nei vegetali (polimero di glucosio e formato da 2 tipi di molecole: amilosio, a catena lineare, ⲁ e l’amilopectina a catena ramificata; glicogeno degli animali (polimero di glucosio, ha un peso molecolare ⲁ maggiore dell’amido, ha funzione di riserva negli animali e si accumula nei muscoli e fegato). ● strutturali→ carboidrati che fanno parte della parete cellulare dei vegetali e funghi, delle membrane cellulari, dell’esoscheletro di molti invertebrati e quelli presenti negli spazi intercellulari e nel tessuto connettivo degli animali. Tra questi ricordiamo: cellulosa (polimero di B glucosio a catena lineare, principale costituente delle pareti cellulari delle piante, costituisce 50% legno ed è il carboidrato più diffuso in natura, gli uomini e gli animali non la usano come fonte di glucosio), chitina (polimero di N- acetilglucosamina, costituisce le pareti cellulari dei funghi e l’esoscheletro di insetti e crostacei), glicosamminoglicani (polisaccaridi lineari in cui si alterano 2 unità monomere: un amminozucchero e un glucide a carattere acido, sono presenti nei tessuti animali con funzioni specifiche es. anticoagulante). PROTEINE→polimeri risultanti dall’unione di 20 =/ amminoacidi, uniti tra loro dal legamento peptidico, a formare catene. Gli amminoacidi che formano le proteine sono tutti chiari tranne la glicina e sono tutti L-delta-amminoacidi. Le proteine sono di grande importanza per tutti gli esseri viventi e la loro sintesi in ogni cellula è controllata dal DNA; inoltre possono avere ruolo STRUTTURALE o funzione CATALITICA (es. enzimi). Gli AMINOACIDI ESSENZIALI (9 aminoacidi che compongono le proteine presenti nell’organismo umano), non possono essere sintetizzati e sono introdotti con l’alimentazione. Anche i peptidi sono polimeri di amminoacidi ma con meno amminoacidi rispetto alle proteine. Una proteina può presentare 4 livelli di struttura: ● Struttura primaria: determinata da sequenza di amminoacidi lungo la proteina. ● Secondaria: determinata dalla disposizione degli aminoacidi nello spazio degli amminoacidi vicini lungo la catena.Possono avere struttura a foglietto o ad elica. ● Terziaria: struttura tridimensionale che assume la proteina nello spazio; è originata dal ripiegamento su se stessa della struttura secondaria. ● Quaternaria: è data dalla presenza, nella proteina funzionale, di 2 o più subunità peptidiche. Le strutture 2, 3, 4 sono mantenute da legami deboli e da ponti disolfuro, legami covalenti formati per ossidazione di 2 gruppi -SH della cisteina. Proteine GLOBULARI: forma rotondeggiante, generata dal ripiegamento della struttura 2° che comprende porzioni ad elica e altre a foglietto. (es. enzimi). Proteine FIBROSE: forma allungata e funzione strutturale, conferiscono resistenza, elasticità. (es. collagene). Molte proteine, esposte a valori estremi di pH o ad alte temperature, subiscono un processo di DENATURAZIONE (reversibile e non, dipende dai casi), che consiste nella rottura dei legami deboli e nella perdita della struttura tridimensionale della proteina. LIPIDI → sostanze diversificate dal punto di vista chimico e accomunate dal fatto di essere insolubili in acqua. Negli organismi viventi i lipidi sono importanti come componenti strutturali, riserva di energia e come “messaggeri” chimici: alcuni importanti ormoni come il testosterone. i principali lipidi sono: ● trigliceridi: funzione di riserva energetica; ● fosfolipidi: principali costituenti delle membrane cellulari; ● steroidi: struttura con 4 anelli condensati, comprendono gli ormoni sessuali, ormoni corticali, vitamina D, acidi biliari, colesterolo, presente anche nelle membrane cellulari. NUCLEOTIDI E ACIDI NUCLEICI→ Acidi nucleici DNA (acido desossiribonucleico) E RNA (acido ribonucleico) sono responsabili di funzioni fondamentali dell'ereditarietà e nella sintesi proteica. LE INTERAZIONI DEBOLI NELLA BIOLOGIA Le molecole organiche sono in grado di interagire tra loro tramite forze deboli non covalenti e legami ionici. ● le reazioni chimiche che permettono di ricavare energia per le cellule sono sostanzialmente comuni; tutte le cellule svolgono la glicolisi e l'ATP rappresenta sempre il principale composto attraverso il quale la cellula può "mettere da parte" energia, oppure renderla rapidamente disponibile; ● In tutte le cellule l'informazione genetica risiede nel DNA, che ha la stessa struttura chimica in tutti i viventi e viene tradotto secondo lo stesso codice e gli stessi meccanismi. MEMBRANA CELLULARE E’ un sottile involucro di circa 7-9 nm di spessore che avvolge la cellula e regola lo scambio di materiali con l’esterno. Costituita principalmente da FOSFOLIPIDI e PROTEINE, ma contiene anche es. colesterolo e glicolipidi. FOSFOLIPIDI = molecole anfipatiche (caratterizzate da testa polare idrofila e da 2 code idrofobe). Se dispersi in un mezzo acquoso tendono a formare un doppio strato. Molti fosfolipidi che formano il lato esterno della membrana sono legati ad una componente glucidica e in questo caso sono detti glicolipidi. Allo stesso modo molte proteine di membrana sono legate a porzioni glucidiche: ● glicoproteine: costituite da oligosaccaridi; ● proteoglicani: legate a lunghe catene polisaccaridiche. I carboidrati della membrana, sul lato esterno, formano un rivestimento protettivo detto GLICOCALICE. Le proteine di membrana possono attraversare il doppio strato lipidico, sporgendo nel citoplasma e nel mezzo extracellulare (proteine intrinseche o integrali),oppure essere legate ad una delle due facce della membrana mediante legami a idrogeno e interazioni elettrostatiche (proteine estrinseche). I fosfolipidi e le proteine ad essi associate sono liberi di muoversi sul piano laterale, infatti il modello della membrana cellulare è detto MODELLO del MOSAICO FLUIDO. Funzioni principali della membrana cellulare: ● strutturale e morfologica: definisce la forma della cellula. ● funzionale: regola gli scambi di ioni, sostanze nutritive e di scarto tra ambiente interno ed esterno. ● comunicazione e integrazione: sulla membrana si trovano proteine (glicoproteine) con funzione di recettori, a cui si legano ormoni e altri messaggeri che possono modificare il metabolismo cellulare. Possono essere riconosciute come antigeni del sistema immunitario e sono responsabili dell’inibizione da contatto (le cellule quando entrano in contatto tra di loro smettono di proliferare). IL NUCLEO Controlla la maggior parte delle attività della cellula e gioca un ruolo di primaria importanza nella replicazione, accrescimento e nel differenziamento cellulare. E’ circondato dalla membrana cellulare, in continuità con il reticolo endoplasmatico rugoso. La membrana nucleare è costellata da pori che permettono scambi selettivi con il citoplasma. Contiene il DNA (complessato con proteine (gli istoni) che costituiscono la cromatina). Inoltre in esso sono contenuti uno o più nucleoli, particolari strutture in cui vengono sintetizzati gli RNA ribosomiali (rRNA) e vengono assemblati i ribosomi. GLI ALTRI ORGANELLI CITOPLASMATICI RIBOSOMI Sono i siti della sintesi proteica e vengono assemblati nel nucleolo. Consistono in 2 subunità fermate da RNA ribosomiale e proteine. Possono essere liberi nel citoplasma o legati alla membrana esterna del reticolo endoplasmatico. I ribosomi degli eucarioti sono più grandi dei procarioti. RETICOLO ENDOPLASMATICO E’ un sistema di membrane costituito da tubuli e sacculi; può essere: ● liscio (privo di ribosomi): partecipa alla sintesi dei lipidi e alla detossificazione da farmaci e veleni; ● rugoso: sintetizza le proteine a destinazione non citoplasmatica. Rilasciate all’interno del reticolo endoplasmatico rugoso, queste proteine vengono poi trasferite all’apparato di Golgi mediante un flusso di vescicole. APPARATO DEL GOLGI Costituito da una pila di vescicole appiattite e delimitate da membrane (cisterne). Dopo aver ricevuto le vescicole che trasportano sostanze provenienti da questo organello, l’apparato di Golgi ne modifica il contenuto, lo trasferisce all’interno di nuove vescicole e lo indirizza ai diversi compartimenti cellulari o alla membrana plasmatica. La regione del Golgi rivolta verso il RER = CIS e quella verso la membrana cellulare = TRANS. LISOSOMI: vescicole delimitate da membrana, contengono enzimi idrolitici (o digestivi) in grado di demolire le sostanze organiche e sono caratterizzati da un pH interno molto acido. Sono abbondanti nelle cellule deputate alla difesa dell'organismo (es. globuli bianchi nel sangue). MICROSOMI: vescicole simili ai lisosomi, ma più piccoli. I più importanti sono i perossisomi (responsabili della formazione di perossido d’idrogeno). Ha funzione di demolizione delle sostanze tossiche tramite reazioni che reazioni che producono perossidi dannosi per le membrane e per le macromolecole biologiche: tali perossidi sono distrutti da enzimi detti CATALASI (reazione: 2H2O2). MITOCONDRI: organelli delimitati da una membrana doppia: ● L’esterno è liscio; ● L'interno presenta numerose pieghe (creste). Il contenuto interno è chiamato MATRICE. Possiedono un proprio DNA, ribosomi simili a quelli batterici grazie ai quali producono proteine e si dividono per scissione binaria. Al momento della fecondazione, i mitocondri dello zigote provengono dalla cellula uovo, questo materiale genetico viene trasmesso per via materna. Sono le centrali energetiche delle cellule, sono infatti sede della respirazione cellulare (processo in cui le sostanze organiche, in presenza di ossigeno, vengono demolite a CO2 e H2O, liberando energia che viene sfruttata per sintetizzare ATP necessario per le attività cellulari). CITOSCHELETRO: costituito da un fitto intreccio di filamenti proteici che irrobustiscono la cellula, ne determinano la forma e controllano gli spostamenti dei cromosomi e di diverse macromolecole al suo interno e permettono i movimenti cellulari. E’ formato da 3 tipi di filamenti: ● microtubuli: costituito da 13 filamenti della proteina tubulina. Sono componenti fondamentali dei centrioli, fuso mitotico, appendici cellulari. ● filamenti intermedi: formati da diversi tipi di proteine (es, cheratina), sono importanti per garantire alla cellula resistenza meccanica. ● microfilamenti: filamenti di actina. Coinvolti nel processo di movimento, permettono gli spostamenti degli organuli all’interno della cellula e la formazione di pseudopodi, estroflessioni che consentono la fagocitosi. CENTRIOLI = organelli costituti da 9 gruppi di 3 microtubuli. Le cellule vegetali ne sono prive, quelle animali ne possiedono 2 e svolgono un ruolo determinante nel monitoraggio dei microtubuli. La regione dei centrioli, centro di organizzazione dei microtubuli cellulari è detta CENTROSOMA. FLAGELLI e CIGLIA sono appendici cellulari dotate di movimento, formate da fasci di microtubuli e rivestite dalla membrana cellulare. Le cellule libere li utilizzano per muoversi nei liquidi e quelle fisse per spostare il materiale extracellulare. I flagelli sono lunghi e poco numerosi, mentre le ciglia sono corte e numerose. LA CELLULA VEGETALE Le cellule vegetali, oltre a possedere la normale struttura della cellula, sono dotate di alcune strutture specifiche: PARETE CELLULARE: involucro esterno rigido che dà forma alla cellula, la protegge e sostiene. è formata da fibre di cellulosa. Presenta piccoli pori che permettono il passaggio di citoplasma e sostanze da una cellula all’altra. PLASTIDI: comprende i cromoplasti, leucoplasti, i cloroplasti (circondati da una membrana doppia e contengono un elaborato sistema di vescicole membranose, appiattite e interconnesse, i tilacoidi, a cui sono associate le clorofille) ed è la sede della fotosintesi clorofiliana. VACUOLI: vescicole contenenti acqua e sostanze di vario genere che diventano sempre più grandi man mano che la cellula invecchia, fino ad occupare quasi tutto il suo volume. Spesso nelle cellule vegetali il citoplasma è ridotto a uno strato sottile appressato alla parete cellulare, mentre gran parte dello spazio interno è occupato da un grande vacuolo che conferisce turgore e sostegno alla cellula. (SINTESI GENERALE A PAG 51). SCAMBIO DI MATERIALI FRA INTERNO ED ESTERNO DELLA CELLULA Le sostanze possono entrare ed uscire dalla cellula in modi diversi. E’ opportuno innanzitutto distinguere il trasporto: ● PASSIVO: avviene secondo gradiente di concentrazione (cioè quando una sostanza si sposta da una zona in cui la concentrazione è maggiore a un’altra in cui è minore). ● ATTIVO: avviene contro gradiente di concentrazione (cioè quando una sostanza di sposta da una zona in cui la sua concentrazione è minore a un’altra in cui è maggiore). Questo trasporto richiede ENERGIA (fornita dall’idrolisi di ATP). DIFFUSIONE SEMPLICE E OSMOSI Diffusione semplice = movimento delle particelle da una zona ad alta concentrazione ad una minore. (la membrana plasmatica è semipermeabile → può essere attraversata solo da piccole molecole non polari o da piccole molecole polari neutre. Per regolare l’entrata e uscita di molecole + grandi e di tutti gli ioni, sono presenti specifici sistemi di trasporto). ● GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE→ forza che determina spostamento di una sostanza per diffusione (da regione + concentrata a meno). Se le sostanze che si spostano possiedono una carica elettrica(ione), è necessario considerare non solo la concentrazione ma anche la distribuzione delle cariche ai due lati della membrana. ● GRADIENTE ELETTROCHIMICO → forza motrice che tende a spostare un soluto carico (ione) attraverso la membrana ed è il risultato della somma del gradiente di concentrazione e del potenziale elettrico. OSMOSI: caso particolare di diffusione e consiste nel passaggio d'acqua attraverso una membrana semipermeabile che separa 2 soluzioni a diversa concentrazione. La pressione che occorre applicare alla soluzione più concentrata affinché il passaggio del solvente non avvenga è detta PRESSIONE OSMOTICA. Le membrane interne si comportano come membrane semipermeabili e l’acqua passa attraverso di esse per osmosi. Ponendo una cellula animale: → in soluzione isotonica (alla stessa concentrazione) rispetto al citoplasma non vi è alcuna variazione; → in una soluzione ipotonica si ha ingresso netto di acqua e la cellula si gonfia, eventualmente fino a scoppiare; → in soluzione ipertonica si ha fuoriuscita di acqua e la cellula si raggrinzisce. Le cellule vegetali, protette da parete cellulare, possono vivere in contatto con soluzioni molto diluite, senza scoppiare. In questo caso l’acqua attraversa la parete cellulare e il plasmalemma, le cellula si gonfia e preme contro la parete cellulare con una forza detta PRESSIONE DI TURGORE; la parete cellulare si può estendere fino ad un certo punto, oltre il quale si arresta l’ingresso di acqua. Le cellule vegetali subiscono la PLASMOSI (distacco della membrana cellulare dalla parete, dovuta alla fuoriuscita di acqua). TRASPORTO ATTRAVERSO PROTEINE DI MEMBRANA Le sostanze come ioni e zuccheri possono essere trasportate mediante proteine di membrana che agiscono in modo specifico per la sostanza da trasportare. QUeste proteine operano mediante 2 meccanismi: ● Diffusione facilitata→ trasporto di una sostanza secondo gradiente di concentrazione mediante una proteina di trasporto. Processo passivo, non richiede energia. ● Trasporto attivo→ sostanze sono trasportate attraverso proteine di membrana (POMPE) che le spostano contro gradiente di concentrazione, utilizzando l'energia ottenuta dall’idrolisi dell’ATP. Le proteine trasportatrici possono essere divise in 2 categorie: Molti enzimi per funzionare richiedono condizioni di temperatura e pH precise e la presenza di cofattori chiamati COENZIMI. Alcuni dei coenzimi agiscono come accettori di elettroni nelle reazioni di ossidoriduzione, acquistando una coppia di elettroni che possono poi cedere a un’altra molecola. (I nomi degli enzimi terminano solo per “ASI” e fanno riferimento alla loro funzione). CATABOLISMO DEL GLUCOSIO La cellula ricava energia tramite l’ossidazione di sostanze organiche. La principale fonte di energia per le cellule è la DEMOLIZIONE DEL GLUCOSIO (C6H12O6). →Prima fase è rappresentata dalla glicolisi (presente in quasi tutte le cellule, una serie di reazioni attraverso le quali il glucosio viene demolito a piruvato. In seguito a seconda dell’organismo e condizioni ambientali si può seguire 2 percorsi: ● anaerobiosi: in assenza di ossigeno viene ridotto tramite il processo della fermentazione ad acido lattico, etanolo o altri composti. ● aerobiosi: in presenza di ossigeno viene ossidato a CO2 durante la respirazione cellulare. GLICOLISI Comprende 9 reazioni biochimiche che avvengono nel citoplasma, ciascuna catalizzata da un enzima specifico. La molecola di glucosio a 6 atomi di carbonio viene trasformata in 2 molecole di acido piruvico a 3 atomi di carbonio, liberando energia. QUesta energia viene sfruttata per produrre 2 molecole di ATP e 2 di NADH. L’equazione della glicolisi è→ C6H 12O 6+2 Pi+2 ADP+2NAD+¿→2C3 H 4O3+ 2ATP+2NADH +2H +¿+2H 2O ¿ ¿. La FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO è un tipo di reazione che genera una molecola di ATP tramite il trasferimento diretto su una molecola di ADP di un gruppo fosfato proveniente da una molecola ad alta energia. In pratica, un composto fosforilato cede il proprio fosfato ad una molecola di ADP trasformandola in ATP, perché questa reazione è favorita dal punto di vista energetico. RESPIRAZIONE CELLULARE Ha luogo nei mitocondri e viene diviso in 3 fasi: 1. decarbossilazione ossidativa del piruvato → questa sostanza entra nel mitocondrio, perde una molecola di CO2 e H2O e allo stesso tempo viene ossidata. Nel corso di questa reazione il piruvato si trasforma in un gruppo acetile (a 2 atomi C) che si lega al coenzima A che entra nel ciclo di Krebs e una molecola di NADH. 2. il ciclo di Krebs → è una serie ciclica di reazioni nella prima delle quali il gruppo acetile (a 2 C) si lega all’acido ossalacetico (a 4 C) formando acido citrico (a 6 C). L’acido citrico subisce una serie di ossidazione che comportano alla formazione di 2 molecole di CO2 e una di ATP e alla riduzione di 3 molecole di NAD+ a NADH e di una di FAD a FADH2. L’ultima reazione rigenera l’acido ossalacetico, potendo iniziare in questo modo un altro ciclo. L’equazione di un giro completo del ciclo di Krebs è: ac.ossalacetico + acetil-CoA + ADP + Pi + 3NAD+ + FAD2 → ac.ossalacetico + acetil-CoA + 2CO2 +CoA + ATP +3 NADH +3H+ + FADH2. Ogni giro “completo” porta alla formazione di ATP, 3 molecole di NADH e 1 molecola di FADH2. Le reazioni di ossidazione e il ciclo di Krebs non necessitano di ossigeno; questo è necessario nell’ultima fase della respirazione cellulare. I due coenzimi ridotti si ossidano cedendo elettroni alla catena respiratoria costituita da proteine trasportatrici inserite nella membrana che forma le creste mitocondriali, ognuna delle quali fa passare gli elettroni ad un livello energetico sempre più basso. L’energia che perdono gli elettroni viene usata per produrre ATP. I componenti + importanti della catena respiratoria sono i citocromi (molecole che fungono da trasportatori di elettroni). La produzione di ATP accoppiata al trasporto degli elettroni nella catena respiratoria = FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA e avviene grazia a un meccanismo di accoppiamento chemiosmotico. Gli ormoni tiroidei quando presenti in concentrazione elevata, disaccoppiano il trasporto di elettroni della catena respiratoria dalla produzione di ATP perché permettono il passaggio degli ioni H+ dallo spazio intermembrana alla matrice. In questo modo l’energia liberata viene dissipata come calore. Ormoni coinvolti nella termoregolazione. Dall’ossidazione completa di una molecola di glucosio si ottengono 38 molecole di ATP; tra queste solo 2 sono prodotte dalla glicolisi e le altre dalla respirazione. Il bilancio totale della demolizione aerobica del glucosio: C6H12O6 + 6O2→6CO2 + 6H2O + energia (686 kcal/mole). 266 kcal sono usate per sintetizzare l’ATP e le restanti sono disperse nell’ambiente sotto forma di calore. (rendimento energetico del processo quindi è del 40%). FONTI ALTERNATIVE DI ENERGIA La cellula può ottenere energia anche da altre molecole: carboidrati, lipidi (scomposti in glicerolo e acidi grassi; il glicerolo viene convertito in fosfogliceraldeide che è un intermedio della glicolisi, gli acidi grassi sono trasformati in acetilCoA che entra nel ciclo di Krebs) e proteine Idrolizzate ad amminoacidi i quali vengono convertiti in piruvato, acetilCoA o in composti intermedi del ciclo di Krebs). Queste sostanze vengono convertite in glucosio o in altre molecole che entrano a diversi livelli nella glicolisi o nel ciclo di Krebs. Polisaccaridi e disaccaridi sono trasformati in disaccaridi, convertiti poi in glucosio o altri intermedi della glicolisi. FERMENTAZIONE In assenza di ossigeno le cellule ricorrono alla fermentazione, processo che avviene nel citoplasma in cui il piruvato prodotto dalla glicolisi viene ridotto dal NADH e convertito in sostanze diverse a seconda del tipo di fermentazione. La fermentazione non comporta alcuna produzione ulteriore di ATP rispetto alla glicolisi; permette di riossidare il NAD+. ● fermentazione LATTICA: è operata da alcuni batteri del latte che trasformano il lattosio in acido lattico ed è il processo sfruttato per la produzione di yogurt e latticini. Ha luogo anche nei muscoli quando l’apporto di ossigeno non è sufficiente a produrre abbastanza ATP con la respirazione. ● fermentazione ALCOLICA: Saccharomyces cerevisiae è il lievito usato per la panificazione; Saccharomyces ellipsoideus e apiculatus sono i principali lieviti utilizzati per la produzione di vino. REGOLAZIONE DEL METABOLISMO Grazie alle reazioni metaboliche, i composti organici vengono smontati e rimontati incessantemente evitando il caos. Tale coordinazione è garantita anche dalla presenza degli enzimi allosterici. Farmaci inibitori di enzimi → molti farmaci devono la loro azione alla capacità di inibire specifici enzimi. FOTOSINTESI CLOROFILLIANA Processo compiuto dai vegetali (piante e alghe) e da alcuni procarioti che permette di catturare l’energia solare e convertirla in energia chimica sotto forma di glucosio. L’energia luminosa viene sfruttata per l’organicazione del carbonio (per trasformare la CO2 in glucosio). Per compiere la fotosintesi i vegetali assorbono l’anidride carbonica e acqua per produrre glucosio e liberare l’ossigeno nell’atmosfera. L’equazione del processo è: 6CO2 + 6H2O + energia (686 Kcal/mol) →C6H12O6 + 6O2. L’Eq. della fotosintesi è l’esatto contrario della demolizione ossidativa del glucosio. Negli eucarioti la fotosintesi avviene nei cloroplasti, contenuti nelle parti verdi delle piante; qui l’energia luminosa viene catturata dai pigmenti: la clorofilla che è la molecola chiave dell’intero processo e i carotenoidi. I pigmenti e le altre molecole necessarie per la cattura dell’energia luminosa sono inseriti nelle membrane dei tilacoidi del cloroplasto. Il processo fotosintetico avviene in 2 fasi: ● fase luminosa: avviene nei tilacoidi e per progredire richiede luce che catturata dalla clorofilla viene trasformata in energia chimica sotto forma di ATP e NADPH; ● fase oscura: comprende una serie ciclica di reazioni (detta ciclo di Calvin), che si svolge nello stroma, indipendentemente dalla luce; nel corso di queste reazioni l’energia dell’ATP e il potere riducente del NADPH sono utilizzati per ridurre la CO2 e produrre glucosio. ORGANISMI AUTOTROFI ED ETEROTROFI Autotrofi: sono in grado di produrre sostanze organiche (zuccheri) a partire da sostanze inorganiche semplici (CO2 e H2O)prelevate dall’ambiente. Essi si dividono in: ● fotoautotrofi: sfruttano come fonte di energia il carbonio e la luce solare. ● chemioautotrofi: sfruttano l’energia liberata da reazioni di ossidoriduzione. Gli eterotrofi sono gli organismo che non sono in grado di sintetizzare autonomamente le molecole organiche partendo da molecole inorganiche semplici e devono prelevare dall'ambiente, cibandosi di autotrofi, di altri eterotrofi … Tutti gli organismi ottengono l’energia attraverso reazioni CATABOLICHE di demolizione di sostanze organiche. I VIRUS Sono entità viventi ma non costituite da cellule. Caratteristiche: ● costituiti da una molecola di acido nucleico (DNA o RNA) contenente le informazioni genetiche, racchiusa in un involucro proteico: CAPSIDE. ● contengono un unico tipi di acido nucleico (DNA o RNA a filamento doppio o singolo) che porta solo informazione genetica relativa alla sintesi dei propri elementi costitutivi. ● Sono incapaci di sintetizzare autonomamente le proteine di cui sono formati. ● per riprodursi devono infettare cellule ospiti di cui sfruttano gli enzimi e il sistema energetico (parassiti endocellulari obbligati). ● sono parassiti specifici: alcuni infettano solo cellule animali, altri solo vegetali …