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Enzimi ed ATP (nelle reazioni chimiche)

La creazione dell’ATP nelle cellule attraverso l’ossidazione del glucosio C 6 H 12 O 6  6O 2  6CO 2  6H 2 O  686 kcal. Enzimi ed ATP (nelle reazioni chimiche). Gli enzimi (proteine) riducono fortemente l’energia di attivazione di una reazione chimica.

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Enzimi ed ATP (nelle reazioni chimiche)

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Presentation Transcript

  1. La creazione dell’ATP nelle celluleattraverso l’ossidazione del glucosio C6H12O6 6O2 6CO2  6H2O  686 kcal

  2. Enzimi ed ATP (nelle reazioni chimiche) • Gli enzimi (proteine) riducono fortemente l’energia di attivazione di una reazione chimica. • L’ATP (nucleotide) fornisce l’energia necessaria alla reazione chimica stessa.

  3. Struttura dell’ATP(Adenosintrifosfato) • Adenina (base azotata), Ribosio (zucchero) e un gruppo fosforico

  4. ATP • Il legame covalente tra i gruppi fosforici si spezza facilmente liberando energia necessaria a guidare molte reazioni essenziali nella cellula. • Quando un gruppo fosforico viene rimosso si liberano circa 7 kilocalorie per mole e l’ATP diviene ADP (adenosindifosfato). • Fornendo 7 kilocalorie per mole, l’ADP riacquista il gruppo fosforico e diviene di nuovo ATP.

  5. L’ossidazione del glucosio nella cellula • C6H12O6 6O2 6CO2  6H2O  686 kcal • Circa il 40% dell’energia liberata in questo processo è utilizzata per trasformare ADP in ATP. • In presenza di ossigeno (ambiente aerobico) l’ossidazione completa di una molecola di glucosio produce circa 38 molecole di ATP.

  6. Le due fasi dell’ossidazione completa del glucosio (1) • Glicolisi nel citoplasma della cellula • Respirazione nei mitocondri della cellula • (ciclo di Krebs  catena di trasporto degli elettroni) • In assenza di ossigeno (ambiente anaerobico, per es. nelle cellule muscolari) la respirazione non può avere luogo e l’ossidazione di una molecola di glucosio produce solo 2 molecole di ATP.

  7. Le due fasi dell’ossidazione completa del glucosio (2)

  8. Le due fasi dell’ossidazione completa del glucosio (3) • Nella glicolisi una molecola di glucosio è trasformata in due molecole di acido piruvico. Il guadagno energetico netto, inteso come energia recuperata, è di due molecole di ATP e due molecole di NADH per ogni molecola di glucosio. • Nella respirazione molecole di NADH e di FADH2 liberano energia (ossidandosi) che viene utilizzata per la formazione di ATP da ADP e fosfato (fosforilazione ossidativa).

  9. I mitocondri (1) • Due membrane (interna ed esterna) selettive. • All’interno delle creste della membrana interna vi è una soluzione densa (enzimi, coenzimi, acqua, fosfati, ecc.) detta matrice.

  10. I mitocondri (2)

  11. La glicolisi • Alla fine della glicolisi, il glucosio è scisso in due molecole di acido piruvico. • Nel processo si liberano 143 kcal. • Rimangono 543 kcal nei legami chimici dell’acido piruvico. • C6H12O6 2ATP  4ADP  2Pi 2NAD •  2CH3COCOOH  2ADP  2H  2H2O  • 2NADH 4ATP143kcal • Questo processo biochimico avviene per tappe successive; attraverso nove reazioni diverse, ognuna catalizzata da un enzima specifico.

  12. Le nove tappe nella glicolisi (da 1 a 3) C6H12O6 2ATP  4ADP  2Pi 2NAD  2CH3COCOOH  2ADP 4ATP2NADH  2H  2H2O  143kcal

  13. Le nove tappe nella glicolisi (la 4) C6H12O6 2ATP  4ADP  2Pi 2NAD  2CH3COCOOH  2ADP 4ATP2NADH  2H  2H2O  143kcal

  14. Le nove tappe nella glicolisi (da 5 a 7) C6H12O6 2ATP  4ADP  2Pi 2NAD  2CH3COCOOH  2ADP 4ATP2NADH  2H  2H2O  143kcal

  15. Le nove tappe nella glicolisi (da 8 a 9) C6H12O6 2ATP  4ADP  2Pi 2NAD  2CH3COCOOH  2ADP 4ATP2NADH  2H  2H2O  143kcal

  16. Il passaggio preliminare alla respirazione • L’acido piruvico passa dal citoplasma, attraverso la membrana dei mitocondri, nella matrice mitocondriale. • Prima di entrare nel ciclo di Krebs (prima tappa della respirazione), ogni molecola di acido piruvico viene ossidata: CH3COCOOH  A NAD CH3COA  CO2  NADH • L’acetil-CoA dà inizio al ciclo di Krebs.

  17. Ciclo di Krebs (1)

  18. Ciclo di Krebs (2) Nel corso del ciclo, due dei sei atomi di carbonio sono ossidati a CO2 e parte dell’energia rilasciata è utilizzata per la produzione di NADH, ATP e FADH2. CH3COA  ac. ossalacetico  NAD  Pi NAD  FAD  ac. ossalacetico  CH3CoA  2CO2  CoA  ATP3NADH NAFH2

  19. La catena di trasporto di elettroni Dopo il ciclo di Krebs la molecola di glucosio è completamente ossidata ma molta dell’energia liberata si trova negli elettroni delle molecole di NADH e NAFH2. Le molecole di NADH e NAFH2, nei pressi della membrana mitocondriale interna, si vengono a trovare in un gradiente di protoni (catena di trasporto) e perdono per ossidazione i propri elettroni energetici in un processo che porta alla formazione di acqua e molecole di ATP per fosforilazione ossidativa. E’ stato stimato che, nella catena di trasporto degli elettroni, per ogni molecola di NAFH2 e NADH si formano rispettivamente due e tre molecole di ATP.

  20. Ipotesi chemiosmotica

  21. Bilancio energetico massimonell’ossidazione di una molecola di glucosio C6H12O6 6O2 6CO2  6H2O  686 kcal (38 molecole di ATP)  (7 kcal) = 266 kcal (40%)

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