Il metabolismo energetico è l'insieme delle reazioni chimiche che producono l'energia necessaria per svolgere le funzioni vitali degli esseri viventi.
Il metabolismo può essere suddiviso in:
- anabolismo: Reazioni chimiche che consentono la formazione di molecole più complesse. Sono reazioni di sintesi.
- catabolismo: Reazioni chimiche per la degradazione delle molecole. Sono reazioni di degradazione.
Glucosio (C6H12oh6) è il combustibile energetico delle cellule. Quando si rompe rilascia energia dai suoi legami chimici e dai rifiuti. È questa energia che consente alla cellula di svolgere le sue funzioni metaboliche.
ATP: adenosina trifosfato
Prima di comprendere i processi per ottenere energia, è necessario sapere come l'energia viene immagazzinata nelle cellule fino a quando non viene utilizzata.
Questo grazie all'ATP (Adenosina Trifosfato), la molecola responsabile della cattura e dell'immagazzinamento dell'energia. Immagazzina l'energia rilasciata nella scomposizione del glucosio nei suoi legami fosfato.
L'ATP è un nucleotide che ha come base l'adenina e il ribosio con lo zucchero, formando adenosina. Quando l'adenosina si lega a tre radicali fosfato, si forma l'adenosina trifosfato.
Il legame tra i fosfati è altamente energetico. Pertanto, quando la cellula ha bisogno di energia per una reazione chimica, i legami tra i fosfati si rompono e l'energia viene rilasciata.
L'ATP è il composto energetico più importante nelle cellule.
Tuttavia, dovrebbero essere evidenziati anche altri composti. Questo perché durante le reazioni viene rilasciato idrogeno, che viene trasportato principalmente da due sostanze: NAD+ e FAD.
Meccanismi per ottenere energia
Il metabolismo energetico cellulare avviene attraverso la fotosintesi e la respirazione cellulare.
Fotosintesi
IL fotosintesi è un processo di sintesi del glucosio dall'anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O) in presenza di luce.
Corrisponde a un processo autotrofico compiuto da esseri che hanno clorofilla, ad esempio: piante, batteri e cianobatteri. Negli organismi eucarioti, la fotosintesi avviene nel cloroplasti.
Respirazione cellulare
IL respirazione cellulare è il processo di scomposizione della molecola di glucosio liberare l'energia che vi è immagazzinata. Si verifica nella maggior parte degli esseri viventi.
Si può fare in due modi:
- respirazione aerobica: in presenza di gas ossigeno ambiente;
- respirazione anaerobica: in assenza di ossigeno gassoso.
La respirazione aerobica avviene attraverso tre fasi:
glicolisi
Il primo passo della respirazione cellulare è il glicolisi, che si verifica nel citoplasma delle cellule.
Consiste in un processo biochimico in cui la molecola di glucosio (C6H12oh6) viene scomposto in due molecole più piccole di acido piruvico o piruvato (C3H4oh3), liberando energia.
Ciclo di Krebs
Schema del ciclo di Krebs
oh Ciclo di Krebs corrisponde a una sequenza di otto reazioni. Ha la funzione di favorire la degradazione dei prodotti finali del metabolismo dei carboidrati, dei lipidi e dei vari amminoacidi.
Queste sostanze vengono convertite in acetil-CoA, con rilascio di CO2 e H2Sintesi di O e ATP.
In sintesi, nel processo, l'acetil-CoA (2C) sarà trasformato in citrato (6C), chetoglutarato (5C), succinato (4C), fumarato (4C), malato (4C) e acido ossalacetico (4C).
Il ciclo di Krebs avviene nella matrice mitocondriale.
Fosforilazione ossidativa o catena respiratoria
Schema di fosforilazione ossidativa
IL fosforilazione ossidativa è lo stadio finale del metabolismo energetico negli organismi aerobici. È anche responsabile della maggior parte della produzione di energia.
Durante la glicolisi e il ciclo di Krebs, parte dell'energia prodotta nella degradazione dei composti è stata immagazzinata in molecole intermedie, come il NAD+ e la FAD.
Queste molecole intermedie rilasciano gli elettroni energizzati e gli ioni H+ che passerà attraverso un insieme di proteine di trasporto, che costituiscono la catena respiratoria.
Pertanto, gli elettroni perdono la loro energia, che viene poi immagazzinata nelle molecole di ATP.
Il bilancio energetico di questo passaggio, cioè ciò che viene prodotto lungo l'intera catena di trasporto degli elettroni, è di 38 ATP.
Bilancio energetico della respirazione aerobica
glicolisi:
4 ATP + 2 NADH – 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH
Ciclo di Krebs: Poiché ci sono due molecole di piruvato, l'equazione deve essere moltiplicata per 2.
2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP
Fosforilazione ossidativa:
2 NADH dalla glicolisi → 6 ATP
8 NADH del ciclo di Krebs → 24 ATP
2 FADH2 del ciclo di Krebs → 4 ATP
Totale di 38 ATP prodotta durante la respirazione aerobica.
L'esempio più importante di respirazione anaerobica è la fermentazione:
Fermentazione
IL fermentazione consiste solo nel primo stadio della respirazione cellulare, cioè la glicolisi.
La fermentazione avviene nel ialoplasma, quando l'ossigeno non è disponibile.
Può essere dei seguenti tipi, a seconda del prodotto formato dalla degradazione del glucosio:
Fermentazione alcolica: Le due molecole di piruvato prodotte vengono convertite in alcol etilico, con il rilascio di due molecole di CO2 e la formazione di due molecole di ATP. Viene utilizzato per la produzione di bevande alcoliche.
Fermentazione lattica: Ogni molecola di piruvato viene convertita in acido lattico, con la formazione di due molecole di ATP. Produzione di acido lattico. Si verifica nelle cellule muscolari quando c'è uno sforzo eccessivo.
Scopri di più, leggi anche:
- Metabolismo
- Anabolismo e catabolismo
- Metabolismo cellulare
- Reazioni chimiche
- Biochimica
Esercizi per l'esame di ammissione
1. (PUC - RJ) Sono processi biologici direttamente correlati alle trasformazioni energetiche cellulari:
a) respirazione e fotosintesi.
b) digestione ed escrezione.
c) respirazione ed escrezione.
d) fotosintesi e osmosi.
e) digestione e osmosi.
a) respirazione e fotosintesi.
2. (Fatec) Se le cellule muscolari possono ottenere energia attraverso la respirazione aerobica o la fermentazione, quando un atleta sviene dopo una corsa di 1000 m, per mancanza di Un'adeguata ossigenazione del cervello, l'ossigeno gassoso che raggiunge i muscoli non è inoltre sufficiente a soddisfare le esigenze respiratorie delle fibre muscolari, che iniziano a accumulare:
a) glucosio.
b) acido acetico.
c) acido lattico.
d) anidride carbonica.
e) alcool etilico.
c) acido lattico.
3. (UFPA) Il processo di respirazione cellulare è responsabile di (a)
a) consumo di anidride carbonica e rilascio di ossigeno alle cellule.
b) sintesi di molecole organiche ricche di energia.
c) riduzione delle molecole di anidride carbonica in glucosio.
d) incorporazione di molecole di glucosio e ossidazione dell'anidride carbonica.
e) rilascio di energia per funzioni cellulari vitali.
e) rilascio di energia per funzioni cellulari vitali.
