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VIE METABOLICHE E ORGANELLI - Coggle Diagram
VIE METABOLICHE E ORGANELLI
glicolisi
processo ossidativo che sfrutta mediatori chimici per rompere un legame carbonio-carbonio
si passa dal glucosio, molecola a 6 atomi di carbonio, a due molecole di piruvato a 3 atomi di carbonio
questi mediatori chimici immagazzineranno l'energia liberata dalla rottura del legame
da ciò si formano come prodotti ATP e NADH
sfrutta diversi enzimi; i più importanti sono
fosfofruttochinasi
fosforila il fruttosio-6-fosfato in
fruttosio-1,6-difosfato
piruvatochinasi
sottrae un gruppo fosfato al
fosfoenolpiruvato (PEP)
trasferendolo all'ADP che si trasforma in ATP
esochinasi
converte il glucosio in
glucosio-6-fosfato
che nello step successivo diventerà
fruttosio-6-fosfato
produce poco ATP e
potere riducente (NADH e FADH2)
tuttavia potere riducente e piruvato possono essere successivi metaboliti in altre vie metaboliche
infatti il piruvato verrà degradato in altri componenti
sebbene ci sono fonti energetiche primarie diverse i processi di conversione dell'energia sono comuni a tutti i tipi cellulari
l'ATP è una delle molecole comuni a tutte le forme di vita
tuttavia negli organismi chemiotrofi ci sono più vie metaboliche
molto spesso le vie metaboliche collaborano tra loro
il
mitocondrio
sede del metabolismo ossidativo, è fondamentale per il catabolismo cellulare
degrada macromolecole per ottenere attraverso un
gradiente protonico
ATP
sfrutta l'
Acetil Coenzima A
come punto strategico per il proprio funzionamento
poiché spinge la
catena di trasporto degli elettroni
e la
fosforilazione ossidativa
lavora in condizioni di aerobiosi
sono molto ricchi di ossigeno in situazioni in cui quest'ultimo non può mancare (es. muscolo cardiaco)
altrimenti ci sarebbero danni irreversibili
la
teoria endosimbiontica
avendo due membrane si pensa che i mitocondri possano essere stati inglobati da una cellula ancestrale
si divide in 4 compartimenti
membrana interna
presenta un elevato numero di proteine
è ricca di attività
vi si svolge il processo di sintesi di ATP
può essere inibita da disaccoppianti, come sostanze chimiche tipo il DDT
grazie all'
ATP sintetasi/ATP sintasi
attivato da variazioni di pH o voltaggio
la somma dei valori di V e pH (delta mu) giustifica la reazione di fosforilazione dell'ADP
è fondamentale l'utilizzo di un gradiente di voltaggio che consente lo scambio tra ATP e ADP
ATP dalla matrice al citoplasma
ADP va nella matrice per essere fosforilato dall'ATP sintetasi
l'ATP sintetasi
è un complesso formato da
trasportatore di membrana di protoni
rotore il cui movimento è determinato dal passaggio di protoni al suo interno
porzione interna verso la matrice (
ATP-asi F1
)
qui avviene la sintesi di ATP utilizzando l'energia prodotta dalla corrente protonica
può invertire il proprio funzionamento in particolari condizioni ambientali
pompando protoni verso la matrice a spese di ATP che viene idrolizzato in ADP e fosfato
è utile per portare all'interno della cellula sostanze nutritive, sfruttando l'energia potenziale che deriva dal pompaggio verso l'esterno dei protoni
presenta i
complessi della catena respiratoria (I,II,III,IV)
complessi enzimatici alla base della
catena di trasporto degli elettroni
gli elettroni prelevati durante il catabolismo del glucosio sono trasferiti a questi complessi
ciò avviene grazie a due componenti della catena che spostandosi lungo la membrana trasferiscono elettroni
citocromo c
ubichinone
al termine della catena di trasporto l'ossigeno molecolare, ultimo accettore, viene ridotto in acqua
i complessi I,III,IV fungono anche da pompe protoniche verso lo spazio intermembrana
la formazione di un gradiente protonico è sfruttata per sintetizzare ATP
il complesso I, ovvero quello del
NADH deidrogenasi
è di tipo multiproteico formato da
7 proteine codificate dal genoma mitocondriale
indice della semiautonomia del mitocondrio e della stretta collaborazione con il DNA nucleare
l'assemblaggio tuttavia avviene solo in loco nel mitocondrio
38 subunità espresse dal DNA nucleare
membrana esterna
presenta una quantità simile di lipidi e proteine
è permeabile a molti soluti
presenta porine
matrice mitocondriale
svolge diverse attività metaboliche tra cui il
Ciclo di Krebs
(ciclo degli acidi tricarbossilici)
il quale libera una parte di potere riducente
durante esso l'Acetil-CoA si lega all'ossalacetato per formare il citrato
presenta il
DNA mitocondriale
vi si trovano i
R.O.S.
, specie reattive dell'ossigeno che possono causare mutazioni del DNA
si formano a causa delle numerose reazioni presenti nella matrice
sono pericolose in quanto il genoma mitocondriale non ha forme di sorveglianza per le mutazioni
ciò porta ad una eteroplasmia (più tipi di genoma organellare all'interno del mitocondrio)
se le forme mutate diventano più delle forme wild type (normali) insorgono problematiche
alcuni studi associano le mutazioni che coinvolgono il DNA mitocondriale a invecchiamento cellulare e insorgenza di malattie neurodegenerative
morbo di Parkinson
qui il piruvato so trasforma in Acetil-CoA tramite una
piruvatodeidrogenasi
le molecole di piruvato vengono
decarbossilate
per formare i gruppi acetili a due atomi di C
il gruppo acetile poi si lega al Coenzima A (derivato dell'acido pantotenico) formando l'Acetil-CoA
la sua azione è inibita con accumulo di ATP, NADH, Acetil-CoA nella cellula
vi si svolge la
beta-ossidazione
comporta la degradazione di lunghe catene carboniose (acidi grassi)
con liberazione di
potere riducente
(FADH2 e NADH+)
forma di energia che spinge i processi termodinamicamente sfavoriti
consente lo svolgimento di una serie di reazioni di ossidoriduzione concatenate
porta a una produzione di Acetil-CoA
il catabolismo degli acidi grassi è più energetico rispetto a quello del glucosio a parità di peso
spazio intermembrana
è dove si forma il gradiente protonico
divide le due membrane
la sua attività è identificata dagli enzimi
MARKER
lo spostamento di ioni H+ in esso porta alla formazione di un gradiente di pH (pH più alto nello spazio intermembrana)
l'attività principale è quella energetica, ma è impegnato anche nel signaling dell'apoptosi
alcune proteine sono decodificate a livello mitocondriale
vi è una stretta collaborazione tra DNA mitocondriale e nucleare
semiautonomia del mitocondrio: c'è una stretta collaborazione tra DNA nucleare e mitocondriale (quest'ultimo sintetizza solo 13 proteine)
il DNA mitocondriale è relativamente piccolo e di forma circolare
si eredita esclusivamente da parte materna
il
cloroplasto
è fondamentale per l'anabolismo cellulare
si verifica lo stesso principio di conversione dell'energia del mitocondrio, col fine di sintetizzare macromolecole
il destino del piruvato
in condizioni di aerobiosi
via metabolica del mitocondrio
in condizioni di anaerobiosi
fermentazione
reazione di ossido-riduzione che
consente la trasformazione del piruvato
in quanto se si accumulasse, tramite feedback negativo, inibirebbe la glicolisi
favorisce la riossidazione del NADH
in quanto se il NADH che si forma durante la glicolisi non si riossidasse nuovamente, quest'ultima si arresterebbe
è di due tipi
lattica
avviene trasferimento diretto di elettroni dal NADH al piruvato con formazione di lattato
avviene anche nel tessuto muscolare scheletrico durante uno sforzo prolungato
questo perché la fermentazione assicura la riossidazione del NAD, permettendo di produrre continuamente ATP
la resa energetica rispetto alla via mitocondriale è minore ma la velocità è molto maggiore
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tuttavia il lattato risulta tossico e per questo verrà smaltito dalle cellule epatiche
qui viene riossidato a piruvato per mezzo dell'enzima
lattato deidrogenasi
alcolica
il piruvato viene decarbossilato con liberazione di una molecola di CO2 e si forma l'acetaldeide
la quale accetta gli elettroni catturati dal NADH
la sua riduzione forma l'etanolo (alcol etilico)