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Le molecole
organiche resistono poco a variazioni di
Temperatura, Pressione, Energia,
pH.
E' importante sottolineare che la cellula e' una
macchina isotermica. In essa l'energia dell'
ambiente (cibo) viene trasformata in energia
chimica, che a sua volta cede lavoro chimico,
che sarą utilizzato in vario modo: biosintesi,
lavoro osmotica, lavoro meccanico. Gli enzimi
controllano questo lavoro e fanno si che non
avvengano reazioni esplosive.
La reazione principale per la produzione di
energia e' la seguente: C6H12O6+6O2---6CO2+6H2O
Il valore energetico per mole e' di 686
Kcal=2870 KJ. C'e' un' ossidazione del Glucosio
(perdita di e-) e una riduzione di anidride
carbonica e acqua. L' accettore finale di e- e'
O2 che forma acqua. Il processo di trasferimanto
avviene attraverso accettori intermedi, che
liberano l' energia a poco apoco, senza fiamma.
Gli accettori sono: NAD (Nicotinamide-Adenin-Dinucleotide)
e FAD (Flavin-Adenin-Dinucleotide).
Le cellule contengono lipidi, proteine,
polisaccaridi... Una cellula deve essere in
grado di distruggere questi substrati e anche di
ricostruirli attraverso la sintesi.
Il metabolismo e' costituito dall' anabolismo
(sintesi) e dal catabolismo (distruzione). Il
metabolismo ossidativo si puo' dividere in tre
fasi fondamentali:
lo stadio 1 permette di passare dai substrati
(lipidi ecc.) a componenti piu' piccole (acidi
grassi, esosi, aminoacidi..) e viceversa;
lo stadio 2 conduce alla formazione di un
composto comune ai substrati: l' acetilcoenzima
A (acetil-CoA). Entrambi i primi due stadi
avvengono nel citoplasma;
lo stadio 3 avviene invece nei mitocondri ed e'
conosciuto come ciclo di Krebs o ciclo degli
acidi tricarbossilici o ciclo dell'acido
citrico.
Lo stadio 2, o Glicolisi, e' un processo
citoplasmatico dove una molecola a 6 atomi di
carbonio viene spezzata in una a 3 C, con una
variazione di G°=-47 Kcal: la reazione e' quindi
spontanea o esoenergetica. La molecola di
partenza e' C6H12O6, il prodotto e'
2CH3-CHOH-COOH (Acido lattico). Nella realta'
dei fatti si ha anche la sintesi di 2ATP, (7.2
Kcal ciascuno), quindi il bilancio energetico
totale e': 14.4-47=32.6 Kcal. Quindi circa il
30% (14.4/47) dell' energia libera che si attua
durante la Glicolisi e' conservata sotto forma
di ATP.
E' importantissimo notare che se nel distretto
muscolare interessato c'e' una quantita'
sufficiente di O2 la Glicolisi non porta piu'
alla formazione di acido lattico, la reazione si
blocca prima e si ha la formazione di acido
piruvico, che viene trasportato nei mitocondri,
forma Acetil-CoA e da inizio al ciclo di Krebs.
Il ciclo di Krebs e' cineticamente lento e
necessita di O2, quindi se si necessita di molta
energia in breve tempo si ricorre alla piu'
veloce reazione che porta alla formazione di
acido lattico. Il problema e' dovuto all'
acidosi muscolare, che inattiva l' azione di
molti enzimi, quindi l' acido lattico deve
essere smaltito al piu' presto, per ripristinare
le normali funzioni enzimatiche. La risposta
fisiologica a tutto cio' e' l' iperventilazione,
che innalza il pH e mette a disposizione O2 per
ossidare l' acido lattico.
Bioenergetica
Acetil-CoA e' un
trasportatore di gruppi acetilici, cosi' come
l'ATP di fosfatogruppi ed il NAD di elettroni.
Acetil-CoA puo' essere anche formato dal
metabolismo lipidico, dove gli acidi grassi sono
trasferiti nel mitocondrio sotto forma di
Acetil-Carnitina.
Il ciclo di Krebs e'
produttore di e-: da NAD forma NADH2 e da FAD
FADH. Il Piruvato prodotto dalla Glicolisi e'
ossidato in un ciclo, all' inizio Acetil-CoA
reagisce con Ossalacetato e alla fine del ciclo
si ritrova Ossalacetato, pronto per reagire con
nuovo Acetil-CoA. In quattro delle cinque
ossidazioni e' prodotto NADH e in una Succinato.
In generale ogni mlecola che puo' dare origine
ad un intermedio del ciclo di Krebs puo' anche
servire a produrre Succinato e NADH.
La catena di
trasporto degli elettroni e' un insieme ben
strurrurato di proteine contenenti gruppi redox
che rendono possibile il trasporto graduale di
una coppia di e- da donatori, come il NADH ed il
Succinato, all' O2 molecolare, che la funzione
cardiocircolatoria pone a disposizione della
cellula.
Il complesso proteico del trasporto elettronico
e' suddiviso in quattro unita', che possono
essere considerate come delle catene di
trasporto di lunghezza limitata. Ciascuno dei
quattro complessi e' una struttura integrata
contenente una serie di proteine con gruppi
ossidoriduttori disposti in una ben precisa
successione.
Il complesso 1 catalizza l'ossidazione del NAD
ridotto (o NADH) per mezzo del Coenzima Q;
il complesso 2, l'ossidazione del Succinato per
mezzo del CoQ;
il complesso 3, l' ossidazione del CoQ ridotto
per mezzo del citocromo C;
il complesso 4, l'ossidazione del citocromo C
ridotto per mezzo dell' ossigeno molecolare.
Come risultato del
passaggio degli e- dai complessi 1,3, o 4 si ha
l' attivazione di uno stato energetico in cui l'
energia liberata dalle ossido riduzioni viene
conservata come energia conformazionale,
sintetizzando ATP da ADP e fosfato inorganico (fosforilazione
ossidativa).
Quindi la caduta di
potenziale tra NADH e CoQ nel complesso 1, tra
CoQ ridotto e cit C nel complesso 3, tra cit C
ridotto e O2 nel complesso 4 e' piu' che
sufficiente per liberare una quantita di energia
pari a circa 7,2 Kcal per formare ATP. Al
contrario cio' non si verifica nel complesso 2
tra Succinato e CoQ. le molecole passano nella
cellula per diffusione, sfruttando il gradiente
di concentrazione (se liposolubili); o per
trasporto, sfruttando delle proteine
trasportatori (ad esempio il glucosio che non č
di natura lipidica.
Tratto da:
http://www.nonsolofitness.it/argomenti/biologia.asp?biologia=14
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