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.