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glicolisi e fermentazione - scienze, Dispense di Biologia

Biologia

come procurarsi energia, reazioni redox, ossidazione del glucosio, glicolisi, fermentazione, respirazione cellulare, fotosintesi

Tipologia: Dispense

2018/2019

In vendita dal 23/05/2022

simo.olivari
simo.olivari 🇮🇹

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Le strategie per procurarsi energia
2 modi:
1. Organismo autotrofi -> energia della luce solare;
2. Eterotrofi -> dagli organismi di cui si nutrono.
Combustibile chimico in comune: glucosio; i carboidrati, zuccheri e grassi assunti,
per fornire energia, sono convertiti in glucosio.
Il percorso da glucosio a ATP è composto da tappe; la sequenza di tutte le reazioni
coinvolte nella medesima trasformazione chimica è detta via metabolica. Principi
comuni:
Ogni reazione è catalizzata da uno specifico enzima.
Molte vie metaboliche si assomigliano.
Ogni via è regolata da enzimi che determinano la velocità delle reazioni.
Negli eucarioti, le vie metaboliche sono organizzate per compartimenti.
Nelle vie metaboliche -> enzimi: accelerano una reazione e restano inalterati; ATP:
consumato o prodotto e la quantità può cambiare.
Molte reazioni metaboliche sono redox
Alcune reazioni sono reazioni di ossidoriduzione/redox -> avviene uno spostamento
di elettroni:
Riduzione: acquisizione di uno o più elettroni ;
Ossidazione: perdita di uno o più elettroni .
Avvengono sempre insieme: se un composto chimico si ossida, gli elettroni che ha
perso vanno in un'altra sostanza che si riduce.
Composto che si riduce: agente ossidante; composto che si ossida: agente riducente.
Le redox nelle cellule sono catalizzate da enzimi che lavorano in coppia con altri
coenzimi. Il più importante è il coenzima NAD (nicotinammide adenin dinucleotide)
che lavora con gli enzimi detti deidrogenasi. Due tipi di NAD: NAD+ (forma ossidata)
e NADH + H+ (forma ridotta).
L’ossidazione del glucosio libera energia
Glucosio: fonte di energia per gli organismi, ha un contenuto energetico elevato.
C6 H12 O6 + 6 O2 - - - > 6 CO2 + 6 H2O + energia
Glucosio ossigeno diossido di carbonio acqua
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Scarica glicolisi e fermentazione - scienze e più Dispense in PDF di Biologia solo su Docsity!

Le strategie per procurarsi energia

2 modi:

  1. Organismo autotrofi -> energia della luce solare;
  2. Eterotrofi -> dagli organismi di cui si nutrono. Combustibile chimico in comune: glucosio; i carboidrati, zuccheri e grassi assunti, per fornire energia, sono convertiti in glucosio. Il percorso da glucosio a ATP è composto da tappe; la sequenza di tutte le reazioni coinvolte nella medesima trasformazione chimica è detta via metabolica. Principi comuni:  Ogni reazione è catalizzata da uno specifico enzima.  Molte vie metaboliche si assomigliano.  Ogni via è regolata da enzimi che determinano la velocità delle reazioni.  Negli eucarioti, le vie metaboliche sono organizzate per compartimenti. Nelle vie metaboliche -> enzimi: accelerano una reazione e restano inalterati; ATP: consumato o prodotto e la quantità può cambiare.

Molte reazioni metaboliche sono redox

Alcune reazioni sono reazioni di ossidoriduzione/redox -> avviene uno spostamento di elettroni:  Riduzione: acquisizione di uno o più elettroni;  Ossidazione: perdita di uno o più elettroni. Avvengono sempre insieme: se un composto chimico si ossida, gli elettroni che ha perso vanno in un'altra sostanza che si riduce. Composto che si riduce: agente ossidante; composto che si ossida: agente riducente. Le redox nelle cellule sono catalizzate da enzimi che lavorano in coppia con altri coenzimi. Il più importante è il coenzima NAD ( nicotinammide adenin dinucleotide ) che lavora con gli enzimi detti deidrogenasi. Due tipi di NAD: NAD

(forma ossidata) e NADH + H

(forma ridotta).

L’ossidazione del glucosio libera energia

Glucosio : fonte di energia per gli organismi, ha un contenuto energetico elevato. C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 - - - > 6 CO 2 + 6 H 2 O + energia Glucosio ossigeno diossido di carbonio acqua

  1. L’energia è utilizzata per produrre ATP.
  2. Il glucosio è demolito da diverse tappe. I processi metabolici più importanti sono il glucosio, la fermentazione e la respirazione cellular e.  Il metabolismo del glucosio inizia con la glicolisi, che avviene nel citoplasma. La glicolisi spezza la molecola di glucosio in due molecole di un composto a tre atomi di carbonio detto piruvato. Non si usa ossigeno e la piccola quantità di energia produce due molecole di ATP.  Se manca l’ossigeno, si ha la fermentazione, che trasforma il piruvato in acido lattico o alcol etilico. Processo anaerobico, non si produce ATP. Guadagno energetico inferiore.  Con ossigeno, dopo la glicolisi avviene la respirazione cellulare che trasforma la molecola di piruvato in tre molecole di diossido di carbonio. Processo aerobico, la grande quantità di energia produce fino a 32 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio entrata nella glicolisi. Guadagno energetico molto elevato. Lieviti: svolgono sia respirazione cellulare sia fermentazione -> anaerobi facoltativi.

La glicolisi

È una via metabolica universale, avviene nel citoplasma di tutte le cellule eucariotiche e procariotiche. Una molecola di zucchero costituita da sei atomi di carbonio viene scissa e ossidata producendo due molecole di acido piruvico (un composto a 3 atomi di carbonio) e una piccola quantità di energia. La glicolisi comprende 10 tappe ed è divisa in due fasi:  La prima fase che consuma 2 molecole di ATP.  La seconda fase produce 4 ATP e due molecole di NADH + H

. Prodotto finale: Glucosio + 2 ATP + 4 ADP + 2 gruppi fosfato + 2 NAD+^ - - ->

    • -> 2 piruvato + 4 ATP + 2 ADP + 2 NADH + 2 H
        • 2 H 2 O Ruolo del coenzima NAD: importante perché senza una quantità sufficiente, la cellula non potrebbe ossidare il glucosio e ricavare l’energia necessaria per produrre ATP. Il NAD deve essere continuamente rigenerato a partire dal NADH per far proseguire il processo della glicolisi.

La reazione produce un NADH e una molecola di CO 2 per ogni molecola di piruvato; la reazione è catalizzata dall’enzima piruvato deidrogenasi = grosso complesso enzimatico formato da 60+ tipi di proteine. Il ciclo di Krebs 2° via metabolica della respirazione cellulare. Si svolge in 8 tappe; ogni tappa è catalizzata da un enzima specifico.

  1. Il gruppo acetile (a 2 atomi di carbonio) si lega a una molecola di ossalacetato (4C) dando origine ad una molecola di citrato (6C).
  2. Il gruppo acetile viene completamente ossidato e i suoi 2 atomi di carbonio sono eliminati sotto forma di due molecole di CO 2. L’energia liberata da queste reazioni è usata per ridurre i trasportatori di elettroni, come il NAD e il FAD; si genera 1 ATP per ogni gruppo acetile.
  3. Al termine, si ottiene nuovamente l’ossalacetato che viene riutilizzato. Per ogni molecola di glucosio, il ciclo di Krebs si compie due volte. Prodotto: 6 CO 2 , 10 NADH (2 glicolisi, 2 sintesi acetil-CoA, 6 ciclo Krebs), 2 FADH 2 e 4 ATP (2 glicolisi, 2 ciclo Krebs). La fosforilazione ossidativa 3° e ultima via metabolica della respirazione cellulare. Avviene sulle creste del mitocondrio. Avviene l’ossidazione del NADH e la sintesi dell’ATP. Dall’ossidazione completa di una molecola di glucosio vengono prodotti 10 NADH e 2 FADH 2 ; affinché la glicolisi e il ciclo di Krebs continuino, queste molecole devono essere riossidate a NAD

e FAD. In presenza di ossigeno, questa reazione è accoppiata alla sintesi dell’ATP.

  1. Si verifica l’ossidazione del NADH, che cede i propri elettroni al primo accettore di una catena di trasporto posta sulla membrana interna dei mitocondri. In questa catena detta catena respiratoria, gli elettroni passano da un trasportatore all’altro fino a che non vengono ceduti all’ossigeno che si riduce producendo molecole d’acqua. Durante il trasporto, gli elettroni rilasciano gradualmente la propria energia, che è utilizzata per trasferire i protoni (H+) fuori dalla matrice mitocondriale. La catena respiratoria è così lunga perché l’ossidazione del NADH ad opera dell’ossigeno deve essere graduale: se avvenisse in un solo passaggio, libererebbe una quantità di energia troppo elevata per essere controllata la cellula.
  2. La sintesi di ATP avviene grazie alla chemiosmosi, che accoppia lo spostamento dei protoni alla sintesi di ATP. L’attività della catena di trasporto produce un trasporto attivo di H

attraverso la membrana interna del

mitocondrio. Ciò avviene perché i trasportatori di elettroni sono disposti in modo tale da prelevare i protoni su un lato della membrana e trasportarli sul lato opposto nello spazio inter-membrana. Questo trasferimento genera sia una differenza di concentrazione di protoni sui 2 lati della membrana mitocondriale interna, sia una differenza di carica elettrica, rendendo la matrice mitocondriale più negativa dello spazio Inter membrana. La differenza di concentrazione protonica e la differenza di carica creano una forza proton- motrice che tende a spingere i protoni indietro verso la matrice mitocondriale.

  1. Poiché la membrana mitocondriale interna è impermeabile agli ioni, per rientrare nella matrice i protoni devono attraversare l’enzima ATP sintasi, una proteina canale che impiega la forza proton-motrice per sintetizzare ATP.

Il bilancio della respirazione cellulare

Glicolisi + fermentazione = 2 ATP per ogni molecola di glucosio. C 6 H 12 O 6 - - > 2 acido lattico / 2 etanolo + 2 CO 2 + 2 ATP. Glicolisi + respirazione cellulare C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 - - > 6 CO 2 + 6 H 2 O + 32 ATP 32 ATP per ogni molecola di glucosio, perché:  Il glucosio è ossidato completamente a CO 2 , composto con basso contenuto di energia;  L’energia viene liberata gradualmente e può essere sfruttata in modo più efficace.

La fotosintesi

La fotosintesi è costituita da un insieme di reazioni che permettono di catturare l’energia della luce solare e utilizzarla per produrre glucosio e ossigeno gassoso a partire da diossido di carbonio e acqua. La maggior parte delle forme di vita dipende dalla fotosintesi per tre motivi:  La foto sintesi immette nella vita una fonte energetica Solare, Trasformando la energia chimica punto e virgola  Fornisce i composti organici da cui esseri viventi ricavano le molecole necessarie al loro metabolismo;  Traduci il ossigeno atmosferico che gli organismi utilizzano per la respirazione cellulare.