La cellula al lavoro: energia, reazioni chimiche e metabolismo cellulare

La cellula al lavoro: Energia e Reazioni Chimiche

La cellula al lavoro Energia L'energia è la capacità di produrre calore o compiere un lavoro.

Tipi di Energia

Energia potenziale Energia cinetica Energia Termica E' la risultate della somma dell'energia cinetica associata ai movimenti degli atomi o molecole di una sostanza Moto di AGITAZIONE TERMICA H2O 2 CO2 2 0 H H H

Energia Chimica

La cellula al lavoro Energia Chimica energia chimica Forma di energia associata alle forze che tengono unite le particelle (atomì, molecole, ioni). legami chimici

Reazione Chimica

Reazione chimica è una trasformazione della materia, in cui una o più specie chimiche (dette "reagenti") modificano la loro struttura e composizione per generare altre specie chimiche (dette "prodotti"). + -> c O2 CO2

Reazioni Esoergoniche ed Endoergoniche

Reazione Esoergonica

Reagenti Energia libera Reazione esoergonica Quantità di energia liberata Prodotti In una reazione esoergonica viene liberata energia a mano a mano che i reagenti formano prodotti meno energetici Percorso della reazione

Reazione Endoergonica

Prodotti Deve essere fornita energia a una reazione endoergonica in cui i reagenti vengono convertiti in prodotti con un contenuto energetico più alto; Quantità di energia richiesta 1 Reagenti Percorso della reazione 3

Esempi di Reazioni

Reazione esoergonica: combustione del metano (OSSIDAZIONE) REAGENTI PRODOTTI + 2 + 2 + ENERGIA CH metano 202 ossigeno CO2 diossido di carbonio 2 H2O acqua Reazione endoergonica: produzione di Idrogeno Carbonio + Acqua + Energia > Monossido di Carbonio + Idrogeno C + H2O + energia -> CO + H2 Ossigeno Idrogeno Elettrolisi dell'acqua H2O + Energia elettrica > O2 + H2 4,5 V Reazione endoergonica

La Scintilla delle Reazioni Chimiche

Energia di Attivazione

Barriera energetica Stato di transizione Energia libera Reagenti Fa (stabili) 1 AG AG non viene influenzato da Ea. Prodotti Percorso della reazione Ea è l'energia di attivazione richiesta per dare inizio a una reazione. Per innescare le reazioni chimiche è necessaria una quantità di energia che superi la soglia energetica. Questa energia è l'energia di attivazione (E). l'energia di attivazione permette la collisione tra le molecole e dare inizio alla reazione.

Catalizzatori ed Enzimi

I catalizzatori (enzimi) abbassano l'energia di attivazione e la reazione avviene più velocemente. ENERGIA CHIMICA 2H2+O2 Reazione esotermica Con catalizzatore 2H2O · Senza catalizzatore 5

Funzionamento degli Enzimi

Gli enzimi catalizzano le reazioni Prodotto Sito attivo 8 Le molecole di substrato si adattano perfettamente al sito attivo ... La demolizione del complesso enzima-substrato genera il prodotto. L'enzima è nuovamente disponibile per catalizzare un'altra reazione. ... mentre molecole diverse non vi si adattano. Enzima Complesso enzima-substrato Enzima NAD (coenzima) Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi (enzima) 6

Metafora della Palla

La palla necessita di una spinta (Ea) per uscire dalla buca. Energia libera Stato stabile Stato meno stabile (stato di transizione) Energia libera La palla ha ricevuto un apporto di energia di attivazione e può rotolare spontaneamente lungo il pendio, rilasciando energia libera.DETA Pool a pucom

Il Metabolismo degli Esseri Viventi

Definizione di Metabolismo

Il metabolismo degli esseri viventi METABOLISMO = E' l'insieme delle reazioni biochimiche che si svolgono in ogni organismo vivente e che ne determinano l'accrescimento, il rinnovamento, il mantenimento del corpo dell'individuo. Il metabolismo rappresenta l'insieme delle reazioni che avvengono in un organismo. E' composto da:

1. Reazioni cataboliche: reazioni di demolizione di sostanze organiche complesse in prodotti più semplici; queste reazioni producono energia.
2. Reazioni anaboliche: reazioni di sintesi di molecole complesse (per esempio proteine, acidi grassi, acidi nucleici); avvengono con consumo di energia.

Catabolismo e anabolismo sono processi strettamente accoppiati Con le reazioni cataboliche la cellula ottiene energia da utilizzare per le reazioni anaboliche; il trasportatore di energia dentro la cellula è l'ATP. Reazione CATABOLICA > energia (trasportata da ATP > Reazione ANABOLICA 7

La Molecola dell'Energia: l'ATP

Struttura dell'ATP

La molecola dell'energia: l'ATP Gruppi fosfati Adenina P P P Ribosio Adenosina trifosfato (ATP)

Produzione di Energia dall'ATP

Come si ricava energia dall'ATP? Tramite idrolisi: si spezza il legame tra due gruppi fosfato con la produzione di una molecola di ADP idrolisi Ione fosfato E' la biomolecola che funziona come la pila ricaricabile delle cellule Adenina NH2 C N C C-H H-C C N Gruppi fosfato Z O O O O= 0-P-O-P-O-P-O-CH2 I C H H C 1 H H OH OH Ribosio ADP (adenosindifosfato) ATP (adenosintrifosfato) ATP + H2O-> ADP + Pi + energia per le reazioni anaboliche «pila carica» «pila scarica» I I -O O O -0 N 8

Accoppiamento Energetico

L'accoppiamento energetico Reazione esoergonica: (libera energia) · Respirazione cellulare · Trasporto attivo · Catabolismo · Movimenti cellulari · Anabolismo Energia ADP + Energia La sintesi di ATP da ADP e Pi richiede energia. L'idrolisi di ATP in ADP e Pi libera energia. 9

Fotosintesi e Respirazione Cellulare

Equazione Generale

FOTOSINTESI e RESPIRAZIONE CELLULARE + 6 CO2 anidride carbonica + 6 H2O acqua CHIO% glucosio + 6 02 ossigeno Inseriamo l'Energia nelle 2 reazioni: Fotosintesi > 6 CO2 + 6 H2O + Energia luminosa -> C6H1206 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energia chimica C6H12O6 + 6 O2 «Respirazione ATP energia solare anidride carbonica + acqua 6CO, + 6H,O FOTOSINTESI CH_06 + 602 RESPIRAZIONE glucosio + ossigeno cloroplasto mitocondrio cellula + ATP Reazione endoergonica: (richiede energia)

La Fotosintesi: Energia dal Sole

Processo e Componenti

La fotosintesi: energia dal Sole H2O 02 CO2 Luce solare Gli zuccheri prodotti dalla fotosintesi vengono trasportati attraverso il corpo della pianta. Foglia Il CO2 entra nelle foglie e l'O2 e l'acqua escono dalle foglie attraverso pori sulla superficie fogliare chiamati stomi. Questi pori si aprono e si chiudono in risposta alle diverse condizioni. Stelo H2O Radici Gli organismi fotosintetici usano la luce del Sole, l'acqua del suolo e il CO. 2 dell'atmosfera per produrre composti organici e liberare O2 grazie alla fotosintesi. 11

Fotosintesi Clorofilliana

Reazione endoergonica = FOTOSINTESI CLOROFILLIANA Cloroplasti = trasformano acqua e anidride carbonica in alimenti energetici, utilizzando l'energia solare tilacoide grano I cloroplasti sono verdi perché contengono una molecola verde, la clorofilla, essenziale per la fotosintesi. La reazione di fotosintesi Clorofilliana è ENDOERGONICA = sintesi del glucosio 6 CO2 + 6 H2O + Energia luminosa -> C6H1206 + 6 O2

La Respirazione Cellulare

Tipi di Respirazione

Gli organismi si procurano ENERGIA con un processo chiamato RESPIRAZIONE La Respirazione può avvenire in presenza o assenza di OSSIGENO(respirazione aerobica o anaerobica) GLICOLISI +O2! Respirazione aerobica o cellulare «Respirazione» anaerobica o Fermentazione

Glicolisi: Primo Passaggio

Il primo passaggio è comune ai due processi: primo passaggio: GLICOLISI La glicolisi consiste nella rottura della molecola di glucosio in 2 molecole di piruvato. La glicolisi è comune a tutti gli organismi GLICOLISI Glucosio Piruvato

Secondo Passaggio: Con o Senza Ossigeno

secondo passaggio: con o senza Ossigeno? In seguito avvengono reazioni di: > Respirazione cellulare o anaerobica > Fermentazione o resp. anaerobica fermentazione assenza di ossigeno respirazione cellulare presenza di ossigeno glicolisi primo passaggio: GLICOLISI acido piruvico CH 1 C=0 1 CH, OH C=0 -O H ÒH H OH エ ー HO V OH CH, 1 H OH C=0 C=0 - OH glucosio 2 molecole di acido piruvico La glicolisi è un processo: · che avviene nel citoplasma di tutte le cellule, sia procariote che eucariote · che non ha bisogno di ossigeno · mediante cui una molecola di glucosio (6C) viene spezzata in due molecole di acido piruvico (3C). l'acido piruvico CH3 COCOOH È un acido, dunque in H2O perde ioni H+ piruvato CH3 COCOO- O 1 c=0 1 C=0 I CH3 Piruvato H + 2 ATP Si formand 2 molecole di ATP (un po' di energia !! )

Respirazione Cellulare con Ossigeno

secondo passaggio: con Ossigeno RESPIRAZIONE CELLULARE Mitocondri = sono la centrale energetica della cellula producono energia attraverso il processo di respirazione cellulare mitocondrio Glucosio Piruvato RESPIRAZIONE CELLULARE CO2 e H20 O2 presente 2 ATP 34 ATP respirazione cellulare Reazione di respirazione cellulare: in genere si tende ad unire Glicolisi e respirazione cell. in unica equazione C6H1206 >2 CH3 COCOOH + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + Energia

L'Energia nelle Nostre Cellule

L'energia nelle nostre cellule O GLUCOSIO dal cibo OSSIGENO dall'ambiente energia 34 ATP 1 GLICOLISI MITOCONDRIO catena 3 di trasporto H,O acido piruvico energia 2 ATP 2 ciclo di Krebs energia 2 ATP co, CITOPLASMA Le fasi della respirazione cellulare. Nella glicolisi, una molecola di glucosio si trasforma in due molecole di acido piruvico e viene liberata energia chimica, immagazzinata in 2 molecole di ATP. Nel ciclo di Krebs, l'acido piruvico subisce una serie di reazioni chimiche, fino alla formazione di acidi tricarbossilici e alla liberazione di anidride carbonica come prodotto di scarto. Queste trasformazioni producono energia (2 ATP), elettroni e atomi di idrogeno. Nell'ultima fase, la catena di trasporto degli elettroni, gli atomi di idrogeno liberati nel ciclo di Krebs si accoppiano con l'ossigeno presente nell'aria che respiriamo. Dalla loro combinazione, si formano molecole di acqua e energia (34 ATP). Complessivamente, in queste tre tappe, a partire da una molecola di glucosio si possono ottenere 38 molecole di ATP

Stadi della Respirazione Cellulare

L'energia nelle nostre cellule Molecole di cibo I due stadi della respirazione cellulare Glucosio trasportato all'interno della cellula ATP Glicolisi ATP ATP ATP Ossidazione mitocondrio citoplasma

La Fermentazione

Tipi di Fermentazione

La fermentazione Microrganismi diversi utilizzano tipi di fermen- tazione diversi e liberano sostanze di scarto diverse. Le reazioni di fermentazione di alcuni batteri possono essere utilizzate per la creazio- ne di particolari prodotti alimentari. > certi tipi di lieviti (funghi unicellulari) producono alcol etilico e anidride carbonica; > alcuni batteri e le cellule dei muscoli sotto sforzo producono acido lattico. Il processo di glicolisi+fermentazione produce meno energia, rispetto alla respirazione cellulare. lattica alcolica Aspergillus Lactobacillus Saccharomyces acido lattico acido lattico etanolo + CO2 etanolo anidride carbonica Batteri salsa di soia formaggio, yogurt birra Lieviti (funghi) vino pane 18

Processo di Fermentazione

https://www.youtube.com/watch?v=tkO5L1y72-w&ab_channel=HUBScuola https://www.raicultura.it/raicultura/articoli/2020/06/Giovanni-Perconti-ATP-energia-per-le-cellule-d6493c75-4151-4bcf-a768-572a35877830.html secondo passaggio: senza Ossigeno glucosio acido piruvico