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METABOLISMO
È l’insieme delle reazioni chimiche che avvengono nel corpo degli esseri viventi e che intercorrono tra l’introduzione di sostanze di origine chimica e l’eliminazione degli scarti.
ENERGIA
ENERGIA = ATTIVITÀ, FORZA
CAPACITÀ DI COMPIERE UN LAVORO SPOSTARE LA MATERIA
ENERGIA CHIMICA• Fondamentale per i viventi.• È depositata nelle molecole sotto forma di legami
chimici.• È resa utilizzabile in decorrenza alla demolizione
delle molecole.• È resa disponibile per compiere lavoro.
USO DELL’ENERGIA
• L’uso dell’energia dipende:– dalla capacità di trasformarsi in forme diverse– dalla capacità di trasferirsi da un corpo all’altro
• Energia utile in uscita è MINORE a quella in entrata perdita sotto forma di CALORE – forma di energia non utilizzabile per compiere un lavoro
SISTEMI TERMODINAMICI
SISTEMA ISOLATO
non scambia né energia né materia
SISTEMA CHIUSOscambia
energia ma non materia
SISTEMA APERTOscambia energia e materia
LEGGI FONDAMENTALI DELL’ENERGIA
PRIMA LEGGE DELLA TERMODINAMICANulla si crea, nulla si distrugge tutto si trasforma
SECONDA LEGGE DELLA TERMODINAMICAL’energia dell’universo si degrada in modo irreversibile tende a disperdersi sotto forma di calore e a degradarsi in maniera disorganizzata ENTROPIA
ENERGIA E I VIVENTI
• I viventi sono sistemi aperti molto organizzati a bassa entropia.
• Per il mantenimento della vita c’è la necessità di un continuo scambio e flusso di MATERIA ed ENERGIA.
ENERGIA E I VIVENTI
I viventi utilizzano solo due forme di manifestazione dell’energia:
Energia luminosa
Organismi autotrofi
fotosintesi
Energia chimica
Organismi eterotrofi
Ingestione di molecole organiche
Se-ries1
reagenti prodotti
ENERGIA E I VIVENTI2 TIPI DI REAZIONI
• Energia dei prodotti minore di quella dei reagenti
• Libera enegia spontaneamente
• Può produrre lavoro• Es: respirazione cellulare
ESOERGONICA
• Energia dei prodotti maggiore di quella dei reagenti
• Richiedono spesa di energia• Esigono lavoro per poter
avvenire• Es. fotosintesi
ENDOERGONICA
Se-ries1
reagenti prodotti
ATP
• L’energia liberata dalle reazioni esoergoniche deve essere “intrappolata” dai viventi, affinché non si disperda in forma di calore.
• Viene perciò spesso trasferita ad uno speciale trasportatore di energia: l’ATP
ATP = ADENOSINA TRIFOSFATO
ATP
È il collegamento universale tra le reazioni eso e endoergoniche e funziona:fornendo energia ADP + P ATPrichiedendo energia ATP ADP + P o ATP AMP + 2P
ATP e RISERVA ENERGETICA
• Il fabbisogno energetico di uma cellula si esprime in 2 modi:– Bisogno immediato – energia da spendere
istantaneamente (uso di ATP).
– Deposito energetico – riserva energetica a lungo termine (uso di polimeri grandi come amido nelle piante e glicogeno negli animali).
ENERGIA DI ATTIVAZIONE
• È l’energia necessaria per innescare uma reazione
• È questa che determina l’effettivo svolgimento di una reazione e ne controlla la velocità
• In caso di assenza – cellula raggiunge entropia massima e muore
• In caso di presenza – cellula può fare avvenire le reazioni e può controllarla abbassandola (azione enzimatica).
Reazione esoergonica
Energia di attivazione
Energia reagenti
Energia prodotti
Reazione endoergonica
Energia di attivazione
Energia reagenti
Energia prodotti
REAZIONI DI INTERESSE BIOLOGICO
OSSIDORIDUZIONI – REAZIONI REDOX• Consistono nel trasferimento di elettroni
isolati o di elettroni e ioni idrogeno (protoni) da un composto (DONATORE) ad un altro (ACCETTORE).
OSSIDAZIONE – perdita di elettroniRIDUZIONE – guadagno di elettroni
REDOX
• Le ossidazioni e le riduzioni sono sempre abbinate perché gli elettroni non possono essere mai eliminati, ma solo trasferiti.
• Al passaggio degli elettroni coincide un passaggio di energia che non viene passata tutta in una volta, ma gradualmente attraverso reazioni intermedie che liberano ciascuna una piccola porzione di energia.
REDOX
• In tal senso si evita che l’energia liberata tutta insieme sotto forma di calore, innalzi la temperatura della cellula fino alla sua morte.
• Ciò è possibile grazie ai trasportatori di elettroni, che sono catene speciali di molecole, disposte in ordine che liberano energia gradativamente.
In laboratorio Nella cellulaENERGIA DI ATTIVAZIONE GRANDE
GLU
COSI
O +
O2
CO2 + H20
GLU
COSI
O +
O2
CO2 + H20
ENERGIE DI ATTIVAZIONE PICCOLE PER OPERA DEGLI ENZIMI
E
E
E
E
E
E
E
Non viene immagazzinata nessuna energia
ATP
TRASPORTATORI DI ELETTRONI
Esempi:
• NAD – nicotinnamide adenin nucleotide• NADP – nicotinnamide adenin dinucleotide
fosfato• FAD – flavina adenin dinucleotide• CITOCROMI – presenti nei mitocondri
CATALISI• Le reazioni biochimiche nelle cellule sono quasi tutte
ad alta energia di attivazione.
• Le cellule quindi ricorrono ai CATALIZZATORI, sostanze la cui funzione è quella di ABBASSARE L’ENERGIA DI ATTIVAZIONE, AUMENTANDONE LA VELOCITÀ.
• Le cellule usano catalizzatori organici che sono gli ENZIMI.
• Questo processo è denominato CATALISI.
FATTORI CHE INFLUENZANO L’ATTIVITÀ ENZIMATICA
• TEMPERATURA – aumento della temperatura porta all’aumento della velocità delle reazioni, ma oltre um certo grado può avvenire la denaturazione irreversibile delle proteine.
• pH – piccole variazioni sono sufficienti per ridurre l’attività enzimatica; variazioni grandi denaturano gli enzimi.