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LEZ.8 - ENERGIA E TRASPORTO

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Academic year: 2021

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La cellula e l’energia

L’energia è la capacità di produrre lavoro

Tutti gli organismi hanno

bisogno di energia per vivere.

L’energia è definita come

la capacità di effettuare un lavoro (cioè di

spostare un corpo

modificandone il moto o lo stato di quiete).

(3)

L’energia cinetica è l’energia posseduta dai corpi in movimento.

L’energia potenziale è l’energia immagazzinata

(dovuta alla posizione del corpo) e può essere trasformata in energia cinetica.

(4)

Il primo principio della termodinamica stabilisce che:

l’energia può essere trasformata da una forma all’altra;l’energia non può essere né creata né distrutta.

(5)

Il secondo principio della termodinamica afferma che durante le trasformazioni dell’energia aumenta il disordine (o entropia) e parte dell’energia è persa sotto forma di calore.

(6)

Disordine

Il passaggio da una forma ordinata a una disordinata è spontaneo (la vostra stanza)

Qualsiasi trasformazione subisca l’energia, rende l’Universo più “disordinato. Forme di energia nei viventi sono forme di energia potenziale depositate nelle molecole, formate da legami chimici che uniscono i loro atomi.

I viventi sono isole a basso contenuto di disordine (sistemi complessi altamente organizzati) immersi in un universo che continua ad aumentare il proprio

disordine.

(7)
(8)

Le reazioni chimiche consentono di immagazzinare

o di liberare energia

Le reazioni endoergoniche assorbono energia e danno origine a prodotti ricchi in energia potenziale (con un livello di energia chimica superiore a quella delle sostanze di partenza).

E n e rg ia p o te n zi a le d e lle m o le co le Reagenti Energia assorbita Prodotti Quantità di energia assorbita

Reazioni endoergoniche

(9)

Le reazioni esoergoniche liberano energia e danno origine a prodotti che contengono meno energia

potenziale dei loro reagenti.

Reagenti Energia liberata Prodotti Quantità di energia liberata E ne rg ia p ot en zi al e de lle m ol ec ol e

Reazioni esoergoniche

(10)

• Le cellule compiono migliaia di reazioni chimiche (esoergoniche ed endoergoniche).

• L’insieme di queste reazioni costituisce il

metabolismo cellulare.

L’accoppiamento energetico utilizza le reazioni

esoergoniche per far avvenire le reazioni endoergoniche.

(11)

Nella cellula l’ATP funge da navetta per il trasporto

dell’energia chimica

L’ATP fornisce l’energia

necessaria per tutte le forme di lavoro cellulare.

In una molecola di ATP

l’energia risiede nei legami covalenti che

uniscono i gruppi fosfato.

(12)

• L’ATP libera energia utile per le reazioni

endoergoniche attraverso la fosforilazione.

• La fosforilazione è il trasferimento di un gruppo fosfato a una molecola per renderla più reattiva.

ATP

Lavoro chimico Lavoro meccanico Lavoro di trasporto

P P P P P Reagenti Proteina motrice

Membrana della proteina Soluto +

(13)

Fosforilazione

La fosforilazione è un processo mediante il quale un

gruppo fosfato (PO

43–

) viene aggiunto a una molecola.

Si tratta di una reazione molto importante perché in

genere quando una molecola viene fosforilata, il suo

contenuto energetico aumenta ed essa è in grado di

partecipare a una data reazione.

(14)

ATP Energia utile per le reazioni endoergoniche Energia prodotta dalle reazioni esoergoniche C on de ns az io ne Id ro lis i

Il lavoro cellulare può essere sostenuto nel tempo perchè l’ATP è una molecola rinnovabile, che viene rigenerata dalle cellule.

(15)
(16)

Gli enzimi accelerano le reazioni chimiche della

cellula abbassando la richiesta energetica

Perchè una reazione chimica inizi, i reagenti devono assorbire una quantità di energia chiamata energia di attivazione (EA). Barriera EA Reagenti E nz im a

Enzimi

(17)

Un enzima è una molecola proteica che si comporta come catalizzatore biologico.

Un enzima può abbassare l’energia di attivazione

necessaria per avviare una reazione chimica.

Reagenti EA senza enzima EA con enzima Differenza netta di energia E ne rg ia

Enzimi

(18)

Ogni reazione cellulare è catalizzata da un enzima

specifico

• Gli enzimi hanno strutture tridimensionali

caratteristiche che determinano le reazioni

chimiche che essi sono in grado di catalizzare in una cellula.

• La sostanza su cui agisce l’enzima, ossia il

reagente, si chiama substrato.

(19)

Enzima (saccarasi) Glucosio

Fruttosio

Sito attivo Substrato

(saccarosio)

H2O

1 Enzima disponibile con il sito attivo vuoto 2 Il substrato si lega all’enzima che subisce un adattamento indotto 4 I prodotti vengono liberati 3 Il substrato

(20)

Specificità degli enzimi

La maggior parte degli enzimi presenta una notevolissima

specificità per la reazione catalizzata e per i substrati

coinvolti. La specificità è legata a diversi fattori che

caratterizzano l'associazione tra il substrato ed il sito

attivo, come la conformazione della struttura delle

molecole, le cariche elettriche, la natura idrofilica o

idrofobica

(21)

L’ambiente cellulare influenza l’attività degli enzimi

• La temperatura, la concentrazione dei sali e il pH influenzano l’attività enzimatica.

• Per funzionare, alcuni enzimi richiedono molecole non proteiche chiamate cofattori.

I cofattori possono essere sostanze inorganiche,

come gli ioni metallo, o molecole organiche (in questo caso si chiamano coenzimi).

(22)

Gli inibitori bloccano l’azione degli enzimi

Una sostanza chimica che interferisce con l’attività di un

enzima è detta inibitore.

L’azione di un inibitore è irreversibile se si formano legami

covalenti tra inibitore ed enzima. È reversibile quando si formano solo legami deboli (come il legame idrogeno).

Inibitori

Per scoraggiare i predatori di semi, le lenticchie contengono inibitori della tripsina che

interferiscono con la digestione.

(23)

Gli inibitori competitivi occupano il sito attivo di un substrato.

Gli inibitori non competitivi cambiano la funzione

dell’enzima modificando la sua forma.

Substrato Enzima

Sito attivo

Legame normale del substrato

Inibitore

non competitivo Inibitore

competitivo

(24)
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(26)

Gli inibitori sono spesso utilizzati come farmaci, ma possono agire anche come veri e propri veleni. In realtà, la differenza tra farmaco e veleno è

esclusivamente una questione di dose del

composto: la maggior parte dei farmaci, infatti, se somministrati ad alte dosi può risultare tossica. Un esempio di inibitore utilizzato come farmaco è l'aspirina, che inibisce l'attività delle ciclossigenasi, che producono le prostaglandine, mediatori

dell'infiammazione, riducendo dunque la sensazione di dolore.

Il cianuro è invece un inibitore irreversibile che si combina con il rame ed il ferro presenti nel sito attivo dell'enzima citocromo c ossidasi, bloccando la respirazione cellulare

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