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GLI ORGANISMI E L'ENERGIA - Coggle Diagram
GLI ORGANISMI E L'ENERGIA
GLI ORGANISMI HANNO BISOGNO DI ENERGIA
tutti i corpi scambiano
energia
con l'ambiente ogni volta che subiscono una trasformazione fisica o chimica
Unità di misura dell'energia nel SI è il
joule
(J)
in biologia usate anche caloria (cal) e kilocaloria. (1 cal = 4,184 J; 1 kcal = 10^3 cal)
diverse forme di energia, tra cui energia chimica, termica e di movimento. Più importane in biologia è quella
chimica
, ovvero energia conservata all'interno delle molecole e degli atomi
energia chimica può essere trasformata in altre forme di energia: es. il corpo trasforma l'energia chimica contenuta negli alimenti in energia di movimento o in calore
trigliceridi più energia rispetto agli zuccheri
esseri viventi utilizzano energia per vari scopi: per realizzare reazioni chimiche, per muoversi, per costruire strutture complesse e ordinate.
IL METABOLISMO CELLULARE
all'interno delle cellule avvengono costantemente
reazioni chimiche
che costituiscono il metabolismo cellulare
due tipi di reazioni metaboliche
reazioni cataboliche
: demoliscono le molecole complesse in molecole più semplici.
es. l'idrolisi dell'amido durante la digestione: nel corso di questo processo, una macromelecola è demolita in tante molecole più piccole
liberano energia
reazioni anaboliche
: sintetizzano molecole complesse a partire da molecole più semplici
tendono ad accrescere la complessità e l'organizzazione interna della cellula, richiedono quindi energia
es. sintesi di un polipeptide a partire dagli amminoacidi o sintesi di un acideo nucleico a partire dai nucleotidi
catabolismo
e
anabolismo
sono strettamente accoppiati: l'energia e le molecole semplici derivate dalle reazioni cataboliche sono utilizzate come materiale per la sintesi di nuove molecole.
Il metabolismo nel suo complesso non è un processo chiuso: al contrario richiede un continuo apporto di energia dall'esterno
IL RUOLO DELL'ATP
per catturare o trasferire energia le cellule utilizzano l'adenosintrifosfato o ATP
l'ATP può essere anche utilizzato per la sintesi degli acidi nucleici a partire dai nucleotidi
molecola di ATP è formata dalla base azotata adenina legata a una molecola di ribosio a cui è attaccata una sequenza di tre gruppi fosfato
l'idrolisi dell'ATP produce una molecola di ADP (adenosindifosfato), uno ione fosfato organico (H2PO(2-)4 abbreviato in Pi) ed energia:
ATP + H2O --> ADP + Pi + energia
l'idrolisi dell'ATP rilascia una quantità di energia significativa ma non troppo elevata. Importante per due ragioni:
l'energia rilasciata è sufficiente ad attivare gran parte delle reazioni cellulari, ma non tanta da danneggiare le cellule;
la cellula può sintetizzare facilmente nuove molecole di ATP a partire da ADP e fosfato, utilizzando l'energia prodotta da altre reazioni metabolice
le reazioni di sintesi dell'ATP immagazzina la stessa quantità di energia che viene liberata dall'idrolisi:
ADP + Pi + energia --> ATP + H2O
le reazioni cellulari che possono fornire l'energia per sintetizzare l'ATP sono molte:
negli eucarioti la più importante è la respirazione cellulare.
la sintesi e l'idrolisi dell'ATP costituiscono il "ciclo di accoppiamento energetico". L'ADP si trasforma in ATP prelevando energia dalle reazioni cataboliche, e la stessa quantità di energia viene rilasciata dall'idrolisi dell'ATP nelle reazioni anaboliche e negli altri processi cellulari che richiedono energia
per mantenere attivi i propri meccanismi biochimici, una cellula in attività richiede milioni di molecole di ATP ogni secondo. Ogni molecola di ATP va incontro quotidianamente a circa 10000 cicli di sintesi e idrolisi, queste sono facilitate dagli enzimi
l'ATP agisce cine una "moneta" o "pila" energetica, le cellule utilizzano una parte dell'energia prodotta dalle reazioni cataboliche per costruire molecole di ATP, che potrà poi essere usata per alimentare le reazione anaboliche.
GLI ENZIMI
alla temperatura corporea le reazioni biochimiche sarebbero troppo lente per prendere parte ai processi vitali se le cellule non facessero qualcosa per renderle più veloci
sono presenti
catlizzatori
, sostanze che accelerano una reaziona senza essere modificate in modo permanente. Non è in gradi di indurre una reazione, può solo aumentarne la velocità
i
catalizzatori biologic
i sono speciali proteine chiamate
enzimi
: un enzima riconosce un solo reagente o un piccolo gruppo di reagenti molto simili, si lega ad esso e catalizza un'unica reazione chimica.
in una reazione catalizzata da un enzima, i reagenti prendono il nome di
substrati
.
le molecole di substrato (S) si legano a un determinato sito dell'enzima, chiamato s
ito attivo
, dove avviene la reazione.
Il legame di un substrato con il sito attivo di un enzima produce il complesso
enzima-substrato
(ES), che da origine al
prodotto
(P) e all'
enzima libero
. Alla fine della reazione l'enzima libero (E) riacquista la stessa forma chimica che aveva all'inizio
E + S --> E + P
la specificità di un enzima deriva dalla
struttura tridimensionale
del suo sito attivo al quale si adatta un solo substrato, oppure una gamma molto ristretta di substrati. Altre molecole, diverse per forma o per proprietà chimiche data la presenza di gruppi funzionali diversi, non riescono ad aderire al sito attivo e legarsi ad esso
la maggior parte degli enzimi ha dimensioni notevoli rispetto al substrato su cui agisce; il
sito
è molto piccolo. Il suo ruolo è fondamentale: la capacità dell'enzima di selezionare il substrato corretto dipende dal preciso incastro fra sito attivo e substrato
il nome di un enzima fa riferimento alla sua funzione e termina con -
asi
es. saccarasi catalizza l'idrolisi del saccarosio: saccarosio + H2O --> glucosio + fruttosio
la lipasi e le amilasi catalizzano l'idrolisi dei lipidi e dell'amido
l'attività di un enzima è legata alla presenza di molecole non proteiche chiamate
coenzimi
,
cofattori
o
gruppi prostetici
coenzimi
: composti organici di piccole dimensioni che formano un legame transitorio con l'ensima
cofattori
: ioni inorganici come lo zinco o il ferro
gruppi prostetic
i: gruppi molecolari legati covalentemente all'enzima