Metabolismo

• Gli esseri viventi rispondono alle leggi della termodinamica, ma sono sistemi aperti e non sono in equilibrio termodinamico con l'ambiente
• Equilibrio termodinamico = morte
• Termodinamica del non-equilibrio


  Termine inventato da Ilya Proigogine. Nei sistemi in non-equilibrio strutture altamente ordinate si formano a partire da situazioni non ordinate, la vita è costruzione di ordine
• Energia libera (ΔG)


  La differenza tra l'energia dei prodotti e quella dei reagenti di una reazione chimica
• G

  Quantità di energia in grado di produrre lavoro durante una reazione a temperatura e pressione costante
• Buona parte dell'energia libera viene usata per tenere attiva la pompa sodio-potassio e mantenere il potenziale di membrana, consumando tantissima energia
• Il glucosio alla fine di tutto il processo metabolico produce CO2
• ΔG < 0


  Reazione esoergonica, spontanea, mette a disposizione energia
• ΔG = 0


  Equilibrio, non c'è scambio di energia
• ΔG > 0


  Reazione endoergonica, non spontanea, ha bisogno di energia per avvenire
• Idrolisi dell'ATP


  • È favorita perché: è una reazione con ΔG < 0, allontana due cariche negative, da una molecola ne produce due (ADP e Pi) aumentando il disordine, i prodotti hanno un contenuto energetico inferiore e sono più stabili dei reagenti
• ΔG°' per la reazione di idrolisi dell'ATP a ADP e Pi è -30 kJ/mole a condizioni standard e pH 7, mentre in vivo è ancora più esoergonica con ΔG = -42 kJ/mole
• Reazioni accoppiate

  Glucosio + Pi: non avviene spontaneamente
• Coenzima A


  Contiene: ADP, un lungo braccio composto da vitamina B5, una b-mercaptoetilammina con un gruppo SH che può legare tutti gli acili, ha un buon contenuto energetico (ΔG °' = - 31.5 kJ/mole) e viene usato per attivare gli acidi grassi a livello metabolico
• Reazioni di ossido-riduzione


  Trasferimento di elettroni da un donatore ad un accettore, ossidazione = perdita di elettroni, riduzione = acquisto di elettroni
• Elettroni trasferiti

  Come elettroni, atomi di idrogeno (H, 1 protone e 1 elettrone), ioni idruro (H-, 2 elettroni e 1 protone)
• Deidrogenasi


  Enzimi che riducono altre molecole, trasferendo elettroni, atomi di idrogeno o ioni idruro, grazie a coenzimi specifici come NAD, NADP, FMN, FAD
• NAD+ -NADH


  Nicotinammide adenin dinucleotide, derivato dalla vitamina B3. Quando acquista potere riducente, prende due atomi di idrogeno da un substrato e li trasferisce sul NAD che diventa NADH + H+
• NADP


  Identico al NAD ma con un gruppo fosfato sull'OH del carbonio C2', ha un ruolo particolare nel metabolismo ed è utilizzato meno del NADH in certi tipi di reazione
• FAD-FADH2


  Legati covalentemente alla deidrogenasi che li usa, quando si riducono tolgono due atomi di H che vengono trasferiti al FAD
• Funzioni del metabolismo


  • Ottenere energia chimica dalla degradazione delle molecole introdotte con la dieta, far sì che il metabolismo avvenga in modo armonico, trasformare in componenti cellulari le molecole esogene e quelle sintetizzate dall'organismo, sintetizzare e degradare biomolecole con funzioni specializzate
• Vie metaboliche


  Sequenze ordinate di reazioni chimiche che, grazie all'azione di enzimi specifici, trasformano un precursore in un prodotto finale tramite una serie di intermedi
• Molte molecole sono contese tra varie vie metaboliche, sono gli ormoni che regolano il flusso delle molecole verso il catabolismo o l'anabolismo
• Il fatto di suddividere il processo metabolico in molte tappe ci permette di semplificare e frazionare la liberazione di energia, permettendoci di recuperarne molta di più, e di regolare meglio il processo
• Catabolismo


  1. Idrolisi delle macromolecole introdotte con la dieta

  2. Monomeri vengono metabolizzati con vie cataboliche specifiche

  3. Il cuore del metabolismo ossidativo avviene nel mitocondrio, convergendo nel ciclo di Krebs
• Regolazione del metabolismo


  • Regolazione dell'espressione dei geni che codificano per gli enzimi
  • Modificazione dell'attività degli enzimi presenti nella cellula
  • Impiego di ormoni
• Vitamine idrosolubili


  Non accumulabili dall'organismo e da assumere quotidianamente con l'alimentazione (gruppo B, vitamina H, PP e C)
• Vitamine liposolubili


  Vengono assorbite assieme ai grassi alimentari e accumulate nel fegato (vitamina A, D, E e K)
• Alcune vitamine si legano covalentemente all'enzima, altre sono mobili
• ΔG = ΔH - TΔS
• ΔG° è la variazione di energia libera standard con prodotti e reagenti a concentrazione 1M, pressione 1 atmosfera, pH=0

  ΔG°’è la variazione dove invece di pH0 si usa pH 7
• In vivo esistono le reazioni accoppiate

  • Glucosio + Pi --------> endoergonico, non avviene spontaneamente
  • ATP + H2O --------> ΔG'°=-30,5 kJ/mole,libera più del doppio dell’energia che ci serve
  • Glucosio + ATP --------> G-6-P + ADP, ΔG'°=-16,7 kJ/mole, è spontanea e viene prodotta più energia del necessario
• Chi cede elettroni si ossida (riducente)

  Chi acquista elettroni si riduce (ossidante)
• NADH quando si ossida libera uno ione idruro
• FAD---> formato da ADP a cui è legato la parte attiva che è l’isoallossazina
• NAD+ È un dinucleotide composto da AMP e ADP
• Nel NAD+ la nicotinammide ha l’azoto che porta una carica positiva, forma ossidata, deriva dalla B3

  Le vitamine B collaborano con gli enzimi coinvolti nel metabolismo
• Metabolismo (dal greco “metabolé”) significa trasformazione. Con questo termine si indica il complesso di quelle reazioni chimiche che, in modo altamente coordinato, assicurano il mantenimento, l’accrescimento e la riparazione delle strutture biologiche che costituiscono gli organismi viventi.
• Ogni reazione della via metabolica apporta al suo substrato una piccola modificazione chimica
• Le vie metaboliche, nel loro insieme, prendono il nome di metabolismo intermedio.