respirazione cellulare e fermentazione

Didascalia alternativa:

piruvato appena formato. Il piruvato si ossida. Il piruvato viene portato all'interno dei mitocondri da proteine di trasporto. L'enzima piruvato - deidrogenasi rimuove un atomo di carbonio dal piruvato sotto forma di CO₂. In contemporanea interviene un NAD che viene ridotto a NADH caricandosi di 2 elettroni. Si forma così una molecola a due atomi di C (l'acetile). In seguito, questa, si lega ad un coenzima (coenzima A, abbreviato CoA). Si forma così l'acetil - CoA. Tutto ciò che ho appena detto si ripete due volte, ciascuna per ogni molecola di piruvato. BILANCIO Decarbossilazione del piruvato: COSA SERVE Piruvato x 2 + NAD x 2 + Coenzima A Fase 3) Il ciclo di Krebs: il ciclo di Krebs, negli eucarioti, si svolge nella matrice mitocondriale ed è utilizzato da tutti gli organismi aerobi per produrre energia. In questa fase le molecole di Acetil-CoA vengono completamente ossidate a CO₂ con la riduzione di NADH e FADH₂. l'acetil-CoA ha 2 atomi di C, nel ciclo di Krebs si perdono tali atomi andando a formare due molecole di CO₂. Però, se così fosse non avrei più atomi di C disponibili. Allora, a monte di tutto ciò, il gruppo acetile dell'acetil-CoA (che contiene i due atomi di C) si lega ad una molecola con 4 atomi di C, l'Ossalacetato e l'acetile perde il CoA. In questo modo ho allungato la catena di atomi di C. La nuova catena formata (Citrato) a 6 atomi di C (4 + 2) viene continuamente ossidata dal NAD*e FAD (questi cofattori strappano elettroni alla catena = ossidazione). citrato: ossidato una volta dal NAD e perde C in forma di CO2 e si forma chetoglutarato chetoglutarato: viene ossidato 1 volta dal NAD e perde C in forma di CO2 vine prodotta ATP e si forma il succinato succinato: si ossida con il FAD e si forma il fumarato fumarato: si ossida con il NAD e si forma l'ossalacetato COSA OTTENGO CO₂ x 2 + NADH x 2 + Acetil-CoA x 2 Alla fine del ciclo di Krebs, partendo da 6 atomi di C, sono stati rilasciati sotto forma di CO₂ otterrò quindi una molecola a 4 atomi di C, l'Ossalacetato che viene riutilizzato. L'Acetil-CoA può derivare anche da altre fonti come i lipidi e gli amminoacidi. Il gruppo Acetile dell'acetil-CoA viene trasferito sulla molecola di Ossalacetato. Questa molecola tornerà nuovamente disponibile alla fine del ciclo (in totale presenta 8 reazioni/stadi). Lo scopo del ciclo di Krebs è caricare i trasportatori (NAD*e FAD) di elettroni. Questi verranno poi utilizzati nell'ultima fase della respirazione cellulare. BILANCIO Ciclo di Krebs: COSA SERVE Acetil-CoA x 2 + NAD*x 6 + FAD x 2 + (ADP + P CoA Aceti-CoA 00 COA 00000 Citrato C 0000 Ossalacetato C₂ NADH NAD Ulteriori reazioni di ossidazione producono FADH, e NADH. NAD Ciclo di Krebs o ciclo dell'acido citrico oooo Fumarato C₂ FADH, NADH CO. Reazioni di ossidazione producono due NADH. FAD 00000 Chetoglutarato NAD NADH CO. 0000 ATP Succinato ç La sintesi a livello del substrato produce un ATP. COSA OTTENGO NADH x 6 + FADH₂ x 2 + ATP x 2 + CO₂ x 4 due Alla fine del ciclo di Krebs, dalla respirazione cellulare, ho ottenuto: - 6 molecole di CO₂ - 10 molecole di cofattore NADH - 2 molecole di cofattore FADH₂ • 4 molecole di ATP Il ciclo di Krebs è chiamato anche ciclo degli acidi tricarbossilici (TCA). Fase 4): catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa. (nel doppio strato fosfolipidico delle creste della membrana interna dei mitocondri, ) La fosforilazione ossidativa è l'ultima tappa della respirazione cellulare. Ora che ho ottenuto i NADH e FADH₂ carichi di elettroni, questi ultimi, vengono utilizzati nella Fase 4. Possiamo dividere la Fase 4 della respirazione cellulare in due sotto fasi: A. In questa fase gli elettroni caricati sui trasportatori vengono ceduti a una serie di proteine (Complesso I, Ubichinone, Complesso III, Citocromo C e Complesso V) della “catena di trasporto degli elettroni" presenti sulla membrana interna del mitocondrio. L'energia degli elettroni che passano da una proteina all'altra viene usata per pompare fuori dalla membrana interna del mitocondrio ioni H*. Questi ioni vengono pompati contro gradiente (ovvero non vorrebbero uscire) dalla matrice mitocondriale nello spazio intermembrana. In questa fase gli elettroni riducono una molecola di O₂ formando acqua. B. Nella seconda fase, viene sfruttata la grande concentrazione di ioni H*all'esterno per produrre ATP. Dato che la membrana mitocondriale interna è impermeabile agli ioni gli ioni passeranno attraverso Un grande complesso di proteine (ATP- sintasi) che sfrutta la forza di ingresso di ioni di idrogeno per trasformare ADP + P ATP. Viene convertita l'energia meccanica di ingresso degli ioni in energia chimica per formare ATP (chemiosmosi). 1 ATP ogni 2H La Fase 4 mi crea circa: . 3 ATP ogni NADH - 2 ATP ogni FADH₂ Energia 50- 40 30 20 10- NADH FADH, TO Ubichinone (CoQ) Citocromo c 10₂ H,O Alla fine della respirazione cellulare quindi si ottengono al massimo 38 molecole di ATP per ogni molecola di Glucosio: · Glicolisi: 2 ATP · Ciclo di Krebs: 2 ATP . Fosforilazione ossidativa: 34 ATP Tuttavia considerando le spese energetiche che la cellula effettua durante il processo di respirazione, il valore reale di ATP prodotto scende a circa 30-32 molecole di ATP. Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa (ultima fase ella respirazione cellulare). Glucosio Glicolisi Piruvato (x2) piruvato Decarbossilazione del C6H12O6 + 6 0₂→ 6 CO₂ + 6 H₂O + Acetil-CoA CH3 Piruvato - NADH + H+ Ciclo di Krebs elettroni energia FERMENTAZIONE LATTICA E ALCOLICA FERMENTAZIONE LATTICA (nel citoplasma) La fermentazione lattica è un processo metabolico che avviene in alcuni batteri (e nella cellula animale) in assenza di ossigeno. Anch'esso serve a produrre energia in quantità molto inferiore rispetto alle condizioni aerobie. NAD+ In una cellula animale, in condizioni aerobie il glucosio viene trasformato in due molecole di piruvato. Queste entrano nel ciclo di Krebs per poi produrre circa 38 molecole di ATP. Se manca ossigeno la respirazione cellulare cambia. Questo perché la fosforilazione ossidativa non può avvenire. ATP In questa circostanza l'organismo si trova ad avere un eccesso di NADH inutilizzato (derivante da glicolisi). trasporto degli Catena di elettroni Ecco che, in assenza di ossigeno, il piruvato (derivante dalla glicolisi) viene convertito a lattato (fermentazione lattica) impiegando NADH e ossidandoli a NAD*. HO -C -H CH3 Lattato Durante la fermentazione non c'è alcuna produzione di ATP. Ma avviene soltanto la riconversione (ossidazione) del NADH a NAD*. Quest'ultimo viene riutilizzato nella glicolisi. La fermentazione lattica avviene anche nelle cellule animali (come quelle muscolari). 2 ADP+20P 2 ATP GLICOLISI Glucosio (C₂H₁₂O Coo C=0 CH, 2 Piruvato 2 NAD FERMENTAZIONE coo H-CICH CH₂ 2 Acido lattico NADH+2H 2 NADH+2 H ▶2 NAD+ Fermentazione lattica Dopo un'intensa attività fisica, in mancanza di una adeguata fornitura di ossigeno, il piruvato prodotto dalla glicolisi viene convertito a lattato. Immediatamente il sangue porta il lattato prodotto al fegato dove viene riconvertito in piruvato. Se viene prodotto troppo lattato, questo si accumula nei muscoli causando dolore e sensazione di bruciore. GLUCOSIO 2 PIRUVATO ● ● 6 ATP glucosio in circolo nel sangue 2 LATTATO GLUCONEOGENESI nel fegato ciclo di CORI GLICOLISI nel muscolo La fermentazione lattica è utilizzata anche da molti organismi nel sangue procarioti responsabili della conversione dello zucchero <<lattosio»> in acido lattico. Questo processo viene impiegato per la formazione di formaggi e yogurt a partire dal latte. GLUCOSIO 2 LATTATO NAD* Alcol etilico Anidride carbonica (CO₂) FERMENTAZIONE ALCOLICA Questo tipo di fermentazione si verifica in alcuni lieviti (funghi) e in alcune cellule vegetali. Il processo avviene in due tappe e produce: PIRUVATO →2 ATP Essendo una fermentazione avviene in assenza di ossigeno. Le bevande alcoliche sono prodotte dalla conversione degli zuccheri in alcol e anidride carbonica (responsabile delle bollicine) grazie a organismi come Saccaromyces cerevisiae. Il lievito aggiunto al mosto d'uva trasformerà gli zuccheri presenti in alcol etilico e anidride carbonica. Produco alcol, CO₂ e NAD* partendo dal glucosio e in ambiente anaerobico. Svolta da alcuni batteri e lieviti. 2 ADP+20P Fermentazione alcolica GLICOLISI Glucosio (C₂H₁₂O) coo C=O 2 Piruvato FERMENTAZIONE CH₂ 2 Acetaldeide оцон CH₂ 2 Alcol etilico 2 NAD+ 2(NADH+2 H 2 CO₂ 2 (NADH+2 H 2 NAD Bilancio tra ambiente aerobico e anaerobico Ambiente aerobico . Alta resa energetica: 38 ATP In alcune cellule i NADH prodotti durante la glicolisi non riescono a entrare nei mitocondri e, per il loro trasporto, viene usato ATP. Questo abbassa lievemente la resa totale. ● (presenza di O₂) Glicolisi respirazione cellulare (ciclo di Krebs e catena di trasporto degli elettroni) Nella respirazione cellulare: ● IL Glucosio viene ossidato completamente a CO2. viene liberata L'energia gradualmente Ambiente anaerobico (assenza di O₂) • Glicolisi + fermentazione Bassa resa energetica: 2 ATP (quelli della Glicolisi) La fermentazione serve a ossidare il NADH a NAD+ per essere riutilizzato nella Glicolisi. LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA Le cellule vegetali, come quelle animali, necessitano di energia (ATP) per sopravvivere. Tuttavia, essendo organismi autotrofi, possono produrre autonomamente l'energia richiesta. Il processo che permette la formazione di glucosio (energia) nelle piante è detto fotosintesi. Tale processo produce glucosio e ossigeno a partire da CO₂ e H₂O. Perché la fotosintesi è importante? Trasforma l'energia solare in energia chimica. Permette ai produttori di generare le molecole organiche di cui poi si nutriranno gli altri organismi. Produce ossigeno atmosferico utilizzato dagli eterotrofi nella respirazione cellulare. Alcuni batteri e funghi (lieviti) utilizzano come meccanismo energetico la fermentazione. Quindi producono ATP solo attraverso la Glicolisi. 6CO₂ + 12H₂O + energia solare C6H₁2O6 + 60₂ + 6H₂O Tutto l'ossigeno prodotto deriva dalla degradazione dell'acqua. Se semplificassimo l'acqua a sinistra e a destra notiamo che è la reazione inversa rispetto alla respirazione cellulare. La fotosintesi è divisa in due fasi Le due fasi della fotosintesi si svolgono nel cloroplasto ma in regioni diverse di esso. Reazioni della fase luminosa: tilacoidi DNA membrana esterna ribosomit intermembrana stroma membrana interna cloroplasto blacoide di amido lamella globulo lipidico Reazioni della fase oscura (o Ciclo di Calvin): stroma Questa fase avviene durante il giorno e sfrutta l'energia proveniente dal Sole. All'interno dei tilacoidi è presente la clorofilla. Questa molecola assorbe la radiazione solare principalmente blu e rossa riflettendo quella verde. La clorofilla eccitandosi libera alcuni suoi elettroni e li cede. La clorofilla per recuperare i suoi elettroni persi, ossida una molecola di acqua a ossigeno recuperando gli elettroni. ● Gli elettroni persi attraversano una catena di proteine (simile alla catena di trasporto degli elettroni). L'accettore finale di elettroni è il NADP+ che si riduce a NADPH. Inoltre trasporta anche un H*. NADP+ + e NADPH + H+ Oltre al NADPH viene prodotto anche ATP. Questi due elementi saranno poi usati per produrre Glucosio nel ciclo di Calvin. IL CICLO DI CALVIN Avviene sempre nel cloroplasto, ma all'esterno dei tilacoidi, nello stroma. E' la fase dove avviene la produzione di Glucosio. In questa fase vengono utilizzati il NADPH e l'ATP prodotti nella fase precedente per sintetizzare prima uno zucchero a 3 atomi di carbonio: il gliceraldeide-3-fosfato (G3P). Come fonte di carbonio per la costruzione di tale zucchero utilizzano quello della CO₂ atmosferica. In seguito la cellula vegetale utilizzerà il gliceraldeide-3-fosfato per la produzione di Glucosio.