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Bioenergetica

Ti sei mai chiesto come l’uomo riesca a realizzare performance fisiche incredibili, a volte estreme, o come alcuni animali riescano a sopravvivere digiunando per giorni, settimane o mesi interi? Le cellule del nostro organismo lavorano attraverso meccanismi molto precisi che in maniera coordinata e integrata determinano la sintesi e la degradazione delle biomolecole. Ciò permette al nostro fisico di adattarsi…

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Bioenergetica

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Ti sei mai chiesto come l’uomo riesca a realizzare performance fisiche incredibili, a volte estreme, o come alcuni animali riescano a sopravvivere digiunando per giorni, settimane o mesi interi? Le cellule del nostro organismo lavorano attraverso meccanismi molto precisi che in maniera coordinata e integrata determinano la sintesi e la degradazione delle biomolecole. Ciò permette al nostro fisico di adattarsi alle diverse condizioni ambientali, come ad esempio assenza o abbondanza di cibo. Tali processi possono essere racchiusi sotto il termine "metabolismo" e sono oggetto di studio di una branca della biochimica spesso definita bioenergetica.

Che cos’è la bioenergetica

La bioenergetica rappresenta un ramo della biochimica che si occupa dello studio di tutti i processi attraverso i quali le cellule immagazzinano, utilizzano e scambiano energia. Tra i processi cellulari che rientrano nello studio della bioenergetica affronterai nel dettaglio aspetti come i meccanismi di biosegnalazione, processi metabolici fondamentali per il nostro organismo (come la respirazione aerobica e anaerobica) ma anche per organismi diversi (come la fotosintesi clorofilliana nelle piante).

Bioenergetica: ramo della biochimica che si occupa dello studio di tutti i processi attraverso i quali le cellule immagazzinano, utilizzano e scambiano energia.

Il ruolo dell’energia in tutti i processi metabolici degli organismi viventi risulta fondamentale. A tal proposito, lo studio dei meccanismi che regolano gli scambi, la produzione e lo stoccaggio di energia rappresenta una materia fondamentale per lo studio della vita. Nelle cellule di un organismo vivente, l’energia ottenuta tramite la creazione o distruzione di legami chimici viene resa disponibile come lavoro meccanico (ad esempio per compiere attività fisica), o utilizzata per altri processi metabolici. Tutto ciò permette al nostro organismo di svolgere tutte le sue funzioni.

Organismi diversi possono utilizzare strategie differenti per ottenere energia. Ad esempio, gli organismi litotrofi sono in grado di utilizzare (ossidare) minerali come i nitrati per produrre energia. Gli autotrofi, tramite la fotosintesi clorofilliana, producono energia metabolica a partire dall’energia luminosa. Infine, gli eterotrofi (come l’uomo) consumano composti organici come i carboidrati, i grassi e le proteine, descritti nel dettaglio nell’articolo “Biomolecole”, per produrre energia metabolica.

Cenni storici

Il termine metabolismo deriva dal greco “metabolismos” che può essere tradotto come “cambiamento". I primi esperimenti sul metabolismo umano risalgono al 1600 quando Santorio Santorio pubblicò i suoi esperimenti nel libro Ars de statica medicina, in cui vennero riportati i cambiamenti di peso corporeo dello stesso autore in risposta a diverse condizioni (esempi: a riposo, dopo aver dormito o dopo aver mangiato, lavorato o digiunato). Tuttavia, l’idea che questi cambiamenti fossero regolati da processi biochimici venne sviluppata più tardi. Di fatti, le osservazioni di Louis Pasteur sulle fermentazioni degli zuccheri da parte dei lieviti (XIX secolo) e successivamente la scoperta degli enzimi da parte di Eduard Buchner (XX secolo) segnarono l’inizio della disciplina definita "biochimica" fino a raggiungere la mole di conoscenze disponibili al giorno d’oggi.

Metabolismo: insieme delle trasformazioni chimiche (anabolismo e catabolismo) che avvengono all’interno della cellula determinandone accrescimento, rinnovamento e mantenimento.

Trasformazioni energetiche

I nutrienti, processati durante i processi di digestione fino a composti organici e successivamente a componenti elementari come zuccheri semplici, aminoacidi e acidi grassi, vengono demoliti in molecole ancora più semplici in sequenze di step metabolici caratteristici di ogni singolo composto e racchiusi sotto il nome di respirazione cellulare. Questi processi hanno l’obiettivo di produrre energia metabolica per la cellula.

Questa catena di reazioni nel nostro organismo avviene normalmente in presenza di ossigeno ottenuto attraverso il processo della respirazione polmonare (respirazione aerobica), ma in alcuni casi può avvenire anche in assenza di ossigeno (respirazione anaerobica). La respirazione anaerobica (assenza di ossigeno) è comune a procarioti ed eucarioti e rappresenta una via metabolica importante e molto antica.

Le vie metaboliche che incontrerai nei prossimi articoli sono:

Il ruolo dell’adenosina trifosfato (ATP)

L’ATP rappresenta una molecola fondamentale nei processi biochimici metabolici. Essa è la molecola con cui viene temporaneamente immagazzinata l’energia ottenuta dalla respirazione cellulare. Molti considerano questo composto una “moneta energetica di scambio” dell’organismo.

ATP: adenosina trifosfato, è un ribonucleotide composto da una base azotata (adenina), dal ribosio (zucchero pentoso) e da tre gruppi fosfato.

Bioenergetica - Punti chiave

    • Le cellule del nostro organismo lavorano attraverso meccanismi molto precisi che in maniera coordinata e integrata determinano la sintesi e la degradazione delle biomolecole. Questi processi vengono studiati dalla bioenergetica, una branca della biochimica, e rientrano nel termine di metabolismo.

    • Il ruolo dell’energia in tutti i processi metabolici degli organismi viventi risulta fondamentale.

    • Organismi diversi possono utilizzare strategie differenti per ottenere energia.

    • I nutrienti, processati tramite la digestione e l'assorbimento, hanno l’obiettivo di produrre energia metabolica per la cellula.

    • Esistono diverse vie metaboliche, accomunate dall’obiettivo di produrre energia per la cellula.

    • L’ATP rappresenta una molecola fondamentale nei processi biochimici metabolici ed è considerata una “moneta energetica di scambio” del nostro organismo.

Domande frequenti riguardo Bioenergetica

La bioenergetica rappresenta un ramo della biochimica che si occupa dello studio di tutti i processi attraverso i quali le cellule immagazzinano, utilizzano e scambiano energia.  

I primi esperimenti sul metabolismo umano risalgono al 1600 e successivamente, gli esperimenti di Pasteur prima e di Buchner poi, determinarono l'inizio della disciplina definita "biochimica" che studia la bioenergetica.

L'adenosina trifosfato (ATP), è un ribonucleotide composto da una base azotata (adenina), dal ribosio (zucchero pentoso) e da tre gruppi fosfato. 

Gli autotrofi, tramite la fotosintesi clorofilliana, producono energia metabolica a partire dall’energia luminosa.  

gli eterotrofi (come l’uomo) consumano composti organici come i carboidrati, i grassi e le proteine, per produrre energia metabolica.


Quiz Finale Bioenergetica

Bioenergetica Quiz - Teste dein Wissen

Domanda

La fotosintesi clorofilliana è una reazione luce-dipendente.

Visualizza la risposta

Risposta

Vero

Visualizza la domanda

Domanda

Dove avviene la fotosintesi nelle piante?

Visualizza la risposta

Risposta

Nelle foglie

Visualizza la domanda

Domanda

Da dove deriva il colore verde delle foglie?

Visualizza la risposta

Risposta

Dalla clorofilla, un pigmento contenuto nei cloroplasti.

Visualizza la domanda

Domanda

Quale tra i seguenti non è un prodotto della fotosintesi?

Visualizza la risposta

Risposta

Ossigeno

Visualizza la domanda

Domanda

Quali sono i prodotti della fase luce-dipendente della fotosintesi?

Visualizza la risposta

Risposta

ATP, NADPH, ioni di idrogeno, ossigeno, elettroni

Visualizza la domanda

Domanda

Quali sono i prodotti della fase oscura della fotosintesi?

Visualizza la risposta

Risposta

Glucosio, fosforo, ADP, NADP+

Visualizza la domanda

Domanda

Quali sono i fattori limitanti della fotosintesi clorofilliana?

Visualizza la risposta

Risposta

Concentrazione di anidride carbonica

Visualizza la domanda

Domanda

L'aumento dell'intensità della luce solare provoca un'accelerazione nella fotosintesi.

Visualizza la risposta

Risposta

Vero

Visualizza la domanda

Domanda

Una temperatura di 50 gradi Celsius è ottimale per la fotosintesi clorofilliana.

Visualizza la risposta

Risposta

Falso

Visualizza la domanda

Domanda

Durante la fotosintesi non si verifica un movimento di elettroni da una molecola all'altra.

Visualizza la risposta

Risposta

Falso

Visualizza la domanda

Domanda

La fotosintesi clorofilliana accelera di notte.

Visualizza la risposta

Risposta

Falso

Visualizza la domanda

Domanda

Cosa fa l'ATP nella cellula?

Visualizza la risposta

Risposta

Trasporta energia.

Visualizza la domanda

Domanda

Cosa fa l'NADPH?

Visualizza la risposta

Risposta

Trasporta elettroni.

Visualizza la domanda

Domanda

Qual è la formula chimica sintetizzata della fotosintesi clorofilliana?

Visualizza la risposta

Risposta

6 CO2 + 6 H2O + luce = C6H12O6 + 6 O2

Visualizza la domanda

Domanda

Perché le cellule del mesofillo sono allungate?

Visualizza la risposta

Risposta

Per massimizzare il numero di cloroplasti ospitati al loro interno.

Visualizza la domanda

Domanda

Definisci brevemente la bioenergetica.

Visualizza la risposta

Risposta

Bioenergetica: ramo della biochimica che si occupa dello studio di tutti i processi attraverso i quali le cellule immagazzinano, utilizzano e scambiano energia.

Visualizza la domanda

Domanda

Per cosa sta l'abbreviazione ATP?

Visualizza la risposta

Risposta

Adenosina Trifosfato

Visualizza la domanda

Domanda

Definisci brevemente il termine metabolismo

Visualizza la risposta

Risposta

Metabolismo: insieme delle trasformazioni chimiche (anabolismo e catabolismo) che avvengono all’interno della cellula determinandone accrescimento, rinnovamento e mantenimento.

Visualizza la domanda

Domanda

L'uomo è un organismo

Visualizza la risposta

Risposta

Eterotrofo

Visualizza la domanda

Domanda

L'energia viene ottenuta in presenza di ossigeno attraverso la respirazione?

Visualizza la risposta

Risposta

Aerobica

Visualizza la domanda

Domanda

L'energia viene ottenuta in assenza di ossigeno attraverso la respirazione?

Visualizza la risposta

Risposta

Anaerobica

Visualizza la domanda

Domanda

L'ossidazione del piruvato avviene prima della fosforilazione ossidativa.

Visualizza la risposta

Risposta

Vero

Visualizza la domanda

Domanda

Qual è la molecola che le cellule convertono in energia durante la respirazione cellulare?

Visualizza la risposta

Risposta

Glucosio

Visualizza la domanda

Domanda

Il catabolismo è un processo che descrive l'assemblaggio di piccole molecole in una molecola più grande.

Visualizza la risposta

Risposta

Falso, è l'opposto.

Visualizza la domanda

Domanda

La prima fase della respirazione cellulare aerobica è il ciclo di Krebs.

Visualizza la risposta

Risposta

Falso, è la glicolisi.

Visualizza la domanda

Domanda

Quale delle seguenti non descrive una fase della respirazione cellulare?

Visualizza la risposta

Risposta

Ciclo di Krebs

Visualizza la domanda

Domanda

Il ciclo di Kreb e il ciclo dell'acido citrico sono sinonimi.

Visualizza la risposta

Risposta

Vero

Visualizza la domanda

Domanda

Qual è il risultato finale della glicolisi?

Visualizza la risposta

Risposta

Glucosio

Visualizza la domanda

Domanda

Quale dei seguenti fenomeni si verifica durante la fosforilazione ossidativa?

Visualizza la risposta

Risposta

I protoni vengono spostati attraverso la catena di trasporto degli elettroni.

Visualizza la domanda

Domanda

ATP è l'acronimo di quale sostanza?

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Risposta

Adenosina trifosfato

Visualizza la domanda

Domanda

Qual è la molecola risultante dall'ossidazione del piruvato?

Visualizza la risposta

Risposta

Acetil-CoA

Visualizza la domanda

Domanda

Come si chiama il fenomeno per cui un gruppo fosfato dell'ATP si lega a una molecola di glucosio?

Visualizza la risposta

Risposta

Fosforilazione

Visualizza la domanda

Domanda

L'ossigeno è indispensabile per la respirazione cellulare.

Visualizza la risposta

Risposta

Falso

Visualizza la domanda

Domanda

Quale organello della cellula svolge un ruolo importante nella respirazione cellulare?

Visualizza la risposta

Risposta

Il mitocondrio

Visualizza la domanda

Domanda

Che cos'è una via metabolica?

Visualizza la risposta

Risposta

Una sequenza di reazioni chimiche che avvengono in una cellula.

Visualizza la domanda

Domanda

Quanti fosfati ci sono nell'ATP?

Visualizza la risposta

Risposta

3

Visualizza la domanda

Domanda

Le reazioni di riduzione sono meccanismi chiave della respirazione cellulare. Vero o falso? Perché?

Visualizza la risposta

Risposta

Falso; l'ossidazione è il meccanismo chiave della respirazione cellulare.

Visualizza la domanda

Domanda

Descrivi brevemente le proteine.

Visualizza la risposta

Risposta

Proteine: macromolecole biologiche formate da catene di aminoacidi legate tramite legami peptidici e in grado di svolgere molteplici funzioni biologiche, critiche per la sopravvivenza di ogni organismo.

Visualizza la domanda

Domanda

Quali sono le fasi principali della sintesi proteica?

Visualizza la risposta

Risposta

Trascrizione e traduzione.

Visualizza la domanda

Domanda

Dove avviene la prima fase della sintesi proteica?

Visualizza la risposta

Risposta

La prima fase della sintesi proteica, la trascrizione, avviene nel nucleo cellulare.

Visualizza la domanda

Domanda

Dove avviene la seconda fase della sintesi proteica?

Visualizza la risposta

Risposta

La seconda fase della sintesi proteica, la traduzione, avviene nel citoplasma ed in particolare nei ribosomi. 

Visualizza la domanda

Domanda

Definisci il processo di trascrizione.

Visualizza la risposta

Risposta

La trascrizione è il trasferimento di una sequenza di basi del DNA in RNA.

Visualizza la domanda

Domanda

Definisci il processo di traduzione.

Visualizza la risposta

Risposta

La traduzione è la "lettura" di questo materiale genetico RNA.

Visualizza la domanda

Domanda

In quale fase della sintesi proteica è coinvolto il DNA e come?

Visualizza la risposta

Risposta

Il processo di sintesi proteica inizia con il DNA che si trova nel nucleo. Il DNA contiene il codice genetico sotto forma di sequenza di basi, che memorizza tutte le informazioni necessarie per la creazione delle proteine.

Visualizza la domanda

Domanda

I geni codificano per specifiche cate di aminoacidi e di conseguenza proteine.

Visualizza la risposta

Risposta

vero

Visualizza la domanda

Domanda

Qual'è la prima fase della trascrizione?

Visualizza la risposta

Risposta

La fase in cui si produce l'RNA pre-messaggero (pre-mRNA), che è un breve filamento singolo di RNA complementare a un gene presente nel nostro DNA. 

Visualizza la domanda

Domanda

Quali enzimi principali sono coinvolti nella trascrizione?

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Risposta

Elicasi e polimerasi

Visualizza la domanda

Domanda

Che cosa succede dopo lo splacing dell'mRNA?

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Risposta

Una volta completato lo splicing, l'mRNA può uscire dal poro nucleare e dirigersi verso il ribosoma per la traduzione.

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Domanda

I ribosomi sono organelli responsabili della traduzione dell'mRNA.

Visualizza la risposta

Risposta

Vero

Visualizza la domanda

Domanda

Qual'è la funzione principale dei ribosomi nella sintesi proteica?

Visualizza la risposta

Risposta

Questi organelli, costituiti da RNA ribosomiale e proteine, mantengono l'mRNA in posizione durante questa fase.

Visualizza la domanda

Metti alla prova le tue conoscenze con schede a scelta multipla

La fotosintesi clorofilliana è una reazione luce-dipendente.

Dove avviene la fotosintesi nelle piante?

Quale tra i seguenti non è un prodotto della fotosintesi?

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