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Mitocondri - Coggle Diagram
Mitocondri
Gli organismi e l'energia
ATP: le cellule utilizzano parte dell'energia liberata dalla demolizione delle grosse biomolecole per costruire molecole
una molecola di Atp è formata da una base azotata adenina legata a una molecola di ribosio a cui sono attaccati 3 gruppi fosfato
l'idrolisi dell'ATP produce una molecola di ADP, uno ione fosfato inorganico ed energia
nelle normali condizioni l'idrolisi rilascia una quantità di energia significativa ma non troppo elevata. ciò è importante per due ragioni
l'energia è sufficiente ad attivare gran parte delle reazioni cellulari, ma non tanta da distruggere la cellula
la cellula può sintetizzare facilmente nuove molecole di ATP a partire da ADP e fosfato
le cellule utilizzano l'energia contenuta nel glucosio
autotrofi: catturano l'energia della luce solare e la usano per sintetizzare il glucosio a partire da acqua e diossido di carbonio
eterotrofi: ricavano sostanze nutritive dagli organismi di cui si nutrono, comprendono diversi tipi di lipidi, carboidrati e proteine, che vengono convertiti in glucosio prima di essere usati per sintetizzare l'ATP
la sintesi e l'idrolisi dell'ATP costituiscono un ciclo di accoppiamento energetico. L'ADP si trasforma in ATP prelevando energia dalle reazioni di demolizione, e la stessa quantità di energia viene rilasciata dall'idrolisi dell'atp nelle reazioni di sintesi e negli altri processi cellulari
catalizzatori: sostanze che accelerano una reazione senza essere modificate dalla stessa. quelli biologiche sono gli enzimi
in una reazione catalizzata da un enzima, i reagenti prendono il nome di substrati. Le molecole di substrato si legano al sito attivo dove avviene la reazione. il legame produce il complesso enzima-substrato che dà origine al prodotto e all'enzima libero. l'enzima libero riacquista la stessa forma chimica che aveva all'inizio
l'attività dell'enzima è legata alla presenza di molecole non proteiche chiamate
coenzimi sono composti organici di piccole dimensioni
cofattori: ioni inorganici
gruppi prostetici: gruppi molecolari legati all'enzima
molte delle reazioni che avvengono negli organismi sono relazioni di ossidoriduzione. in questa reazione uno o più elettroni sono trasferiti da una sostanza all'altra
riduzione: acquisizione di elettroni da parte di un atomo
ossidazione: perdita degli elettroni
il composto che si riduce è chiamato agente ossidante, quello che si ossida è detto agente riducente
le redox che avvengono nelle cellule sono catalizzate da enzimi che in genere lavorano in coppia con coenzimi
tra tutti il più importante è il coenzima NAD che lavora insieme a un gruppo di enzimi chiamati deidrogenasi
il Nad può essere: ossidata NAD contenuto energetico inferiore, e la forma ridotto NADH+H ricca di energia
nelle cellule avvengono reazioni chimiche che costituiscono il metabolismo cellulare
reazioni anaboliche: sintetizzano molecole complesse a partire da molecole più semplici
reazioni cataboliche: demoliscono le molecole complesse in molecole più semplici
le reazioni si realizzano in varie tappe
le sequenze di tutte le reazioni coinvolte nella medesima trasformazione chimica costituisce una via metabolica. seguono alcuni principi in comune
ogni reazione è catalizzata da un enzima specifico
molte vie metaboliche si assomigliano in tutti organismi
ogni via metabolica è regolata da enzimi che determinano la velocità con cui avvengono le reazioni
negli eucarioti quasi tutte le vie metaboliche sono organizzate per compartimenti
Il metabolismo del glucosio
il glucosio è una molecola che ha un contenuto energetico molto alto. con la combustione il glucosio si ossida completamente mentre l'ossigeno si riduce. Nelle cellule il glucosio è ossidato con la stessa reazione ma ci sono delle differenze
l'energia liberata è sfruttata per produrre molecole di ATP
la demolizione del glucosio si realizza attraverso una serie di vie a tappe mutiple
i processi metabolici sono tre
glicolisi
spezza la molecola di glucosio in due molecole di un composto a 3 atomi di carbonio chiamato piruvato
fermentazione
trasforma il piruvato o in acido lattico o in alcol etilico, è un processo anaerobico durante i quali non si produce ATP, senza ossigeno
respirazione cellulare
con l'ossigeno, la demolizione del glucosio viene completata attraverso la respirazione cellulare
glicolisi
una molecola di glucosio viene scissa formando due molecole di piruvato e una piccola quantità di energia
le molecole di piruvato contengono un numero di atomi di idrogeno inferiori rispetto al glucosio, questi sono trasferiti a una molecola di NAD che si riduce a NADH
comprende diverse fasi
investimento energetico che consuma 2 molecole di ATP
rendimento energetico che produce 4 molecole di ATP e 2 molecole di NADH+H
il guadagno netto è pari a 2 molecole di ATP e 2 molecole di NADH
respirazione cellulare
fase preparatoria
avviene nella matrice del mitocondrio. il piruvato attraversa la doppia membrana mitocondriale grazie alle proteine di trasporto e si forma acetil-CoA. si produce una molecola di CO2 e una molecola di NADH
questa reazione è catalizzata dall'enzima piruvato deidrogenasi
ciclo di krebs
Il ciclo inizia con l’acido ossalacetico (4C) che si unisce all’aceti-CoA dopo essersi separato dal CoA grazie a H2O, per formare l’acido citrico(6C). si trasforma in acido isotricitrico si libera CO2 e si forma NADH+H e l’acido a-chetoglutarico(5C).
Poi si libera CO2 e si forma NADH+H. Con l’aggiunta di un CoA abbiamo il succinil-CoA(4c) che perde subito CoA e libera energia che forma ATP. Poi c’è l’acido succinico(4c) e l’acido fumarico ( 4c).
Qui si forma FADH2. L’aggiunta di H2O produce l’acido malico(4c) che dopo la formazione di NADH+H chiude il ciclo con la rigenerazione dell’acido ossalacetico.
fosforilazione ossidativa
prima NADH e FADH2 cedono i loro elettroni ad alta energia a una serie di trasportatori di elettroni. questi sono inseriti nel doppio strato fosfolipidico delle creste della membrana interna dei mitocondri e costituiscono la catena respiratoria mitocondriale
NADH si ossida diventando NAD , FADH2 diventa FAD. gli elettroni passano al primo trasportatore della catena respiratoria riducendolo. Queste reazioni continuano in modo sequenziale
dopo che gli elettroni sono passati da un trasportatore all'altro sono ceduti infine all'ossigeno, che si riduce producendo molecole d'acqua
questi trasportatori, accettano gli elettroni e se li passano a vicenda e l'ossidazione di NADH e FADH causa la liberazione di ioni idrogeno
alcuni complessi della catena usano l'energia per pompare gli ioni idrogeno nello spazio intermemembrana. Questi si accumulano ai due lati della membrana interna che si spostano verso la matrice
poichè la membrana interna è impermeabile agli ioni, per rientrare nella matrice questi attraversano il complesso enzimatico dell'ATP- sintesi che sfrutta gli ioni per sintetizzare l'ATP(chemiosmosi)
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in presenza di ossigeno, piruvato e NADH imboccano la via metabolica della respirazione cellulare
la respirazione avviene nei mitocondri:
sono circondati dalla membrana esterna e interna. questa è molto estesa e forma delle creste
lo spazio intermembrana e la matrice
