la creazione dellatp nelle cellule attraverso lossidazione del glucosio c 6 h 12 o 6 6o 2 6co 2 6h 2...
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La creazione dell’ATP nelle celluleattraverso l’ossidazione del glucosio
C6H12O6 6O2 6CO2 6H2O 686 kcal
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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.
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Struttura dell’ATP(Adenosintrifosfato)
Adenina (base azotata), Ribosio (zucchero) e un gruppo fosforico
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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.
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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.
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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.
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Le due fasi dell’ossidazione completa del glucosio (2)
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• 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).
Le due fasi dell’ossidazione completa del glucosio (3)
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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.
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I mitocondri (2)
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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.
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Le nove tappe nella glicolisi (da 1 a 3)
C6H12O6 2ATP 4ADP 2Pi 2NAD
2CH3COCOOH 2ADP 4ATP 2NADH 2H 2H2O 143kcal
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Le nove tappe nella glicolisi (la 4)
C6H12O6 2ATP 4ADP 2Pi 2NAD
2CH3COCOOH 2ADP 4ATP 2NADH 2H 2H2O 143kcal
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Le nove tappe nella glicolisi (da 5 a 7)
C6H12O6 2ATP 4ADP 2Pi 2NAD
2CH3COCOOH 2ADP 4ATP 2NADH 2H 2H2O 143kcal
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Le nove tappe nella glicolisi (da 8 a 9)
C6H12O6 2ATP 4ADP 2Pi 2NAD
2CH3COCOOH 2ADP 4ATP 2NADH 2H 2H2O 143kcal
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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.
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Ciclo di Krebs (1)
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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
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La catena di trasporto di elettroniDopo 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.
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Ipotesi chemiosmotica
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Bilancio energetico massimonell’ossidazione di una molecola di glucosio
C6H12O6 6O2 6CO2 6H2O 686 kcal
(38 molecole di ATP) (7 kcal) = 266 kcal (40%)