Sylvia S Mader Immagini e concetti della biologia
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia 2 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
A 5 – L’attività delle cellule 3 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
L’energia è definita come la capacità di eseguire un lavoro. Le forme dell’energia si possono classificare in: • l’energia radiante (o solare) è prodotta dal Sole e viene emessa sotto forma di onde elettromagnetiche • l’energia chimica è racchiusa nelle molecole organiche, in particolare nei legami chimici • l’energia meccanica riguarda ogni tipo di movimento Il movimento di sistemi microscopici come atomi, ioni o molecole è associato a al calore (un tipo di energia meccanica) o energia calorica. 1 caloria (cal) = quantità di calore richiesta per innalzare la temperatura di 1 g di acqua di 1 °C. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018 4
L’energia si presenta in diverse forme A seconda della loro potenzialità di produrre un’azione, tutti i tipi di energia sono anche inquadrabili in due forme: • energia potenziale – si trova in una forma immagazzinata, pronta a trasformarsi in azione • energia cinetica – è energia già in azione 5 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
Due princìpi regolano le trasformazioni dell’energia • Primo principio della termodinamica (o principio della conservazione dell’energia) – l’energia non può essere né creata né distrutta, ma può soltanto cambiare da una forma all’altra. • Secondo principio della termodinamica – l’energia non può essere trasformata da una forma all’altra senza una perdita di energia utile. Una conversione di energia aumenta sempre il grado di entropia (disordine) di un sistema. 6 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
Due princìpi regolano le trasformazioni dell’energia In molte reazioni biologiche importanti, una parte dell’energia viene dissipata nell’ambiente in forma di calore. 7 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
ATP: energia per il lavoro cellulare L’ATP perde facilmente il terzo gruppo fosfato, poiché i prodotti della reazione di scissione sono più stabili della molecola di partenza. ATP ADP+ P Si tratta di una reazione esoergonica (che libera energia). La reazione opposta, di produzione dell’ATP a partire dall’ADP e un gruppo fosfato, è detta endoergonica, e avviene soltanto con un rifornimento di energia. 8 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
L’idrolisi dell’ATP è accoppiata con reazioni che richiedono energia Le reazioni accoppiate avvengono in identica sede e praticamente nello stesso istante, in modo che la reazione esoergonica (che rilascia energia) permetta lo svolgimento della reazione endoergonica (che consuma energia). 9 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
Gli enzimi rendono più rapide le reazioni abbassando l’energia di attivazione (Ea) necessaria perché una reazione si inneschi. 10 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
L’attività enzimatica è influenzata da diversi fattori • • La concentrazione del substrato La temperatura Il p. H I cofattori, come le vitamine e i coenzimi 11 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
La membrana plasmatica Si tratta di un doppio strato fosfolipidico con proteine integrate. La consistenza oleosa del doppio strato consente i movimenti laterali delle proteine lungo la membrana. Per questo motivo, si parla di modello a mosaico fluido. 12 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
Le proteine integrali di membrana Le proteine integrali attraversano la membrana da parte e ne determinano in larga misura le funzioni specifiche. • Le proteine canale permettono alle molecole o agli ioni di attraversare la membrana. • Le proteine di trasporto assistono le sostanze nel passaggio. 13 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
Le proteine integrali di membrana • Le proteine di riconoscimento aiutano la cellula a riconoscere elementi estranei e a innescare le reazioni immunitarie. • Le proteine recettrici sono dotate di un sito di legame che aggancia specifiche molecole segnale. 14 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
Le proteine integrali di membrana • Le proteine enzimatiche svolgono reazioni metaboliche. • Le proteine di giunzione sono implicate nella formazione dei collegamenti tra cellule adiacenti, usati anche per la comunicazione intercellulare. 15 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
Il trasporto cellulare Alcune piccole molecole o ioni, come il diossido di carbonio (CO 2), l’ossigeno (O 2), il glucosio (C 6 H 12 O 6) e l’acqua (H 2 O), attraversano la membrana per diffusione, un processo di trasporto passivo. La diffusione può essere di due tipi: • diffusione semplice • diffusione facilitata 16 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
La diffusione semplice Le molecole si spostano seguendo il loro gradiente di concentrazione. Si muovono quindi da dove sono più concentrate a dove lo sono meno, fino a quando si raggiunge un equilibrio, cioè lo stato in cui le concentrazioni transmembrana sono identiche. 17 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
La diffusione facilitata Alcune molecole non liposolubili attraversano la membrana grazie all’intervento di una proteina di trasporto, che le aggancia e assiste il loro passaggio. La diffusione facilitata non richiede un dispendio di energia. 18 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
L’osmosi Nell’osmosi, l’acqua si muove verso la soluzione a maggiore concentrazione, finché le concentrazioni ai due lati della membrana sono identiche. 19 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
L’osmosi può influenzare le dimensioni e la forma delle cellule Gli effetti dell’osmosi nelle cellule animali e vegetali. • • • Le cellule in soluzione isotonica non perdono né assumono acqua Le cellule in soluzione ipotonica assumono acqua Le cellule in soluzione ipertonica perdono acqua 20 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
Il trasporto attivo Permette il movimento di molecole contro il loro gradiente di concentrazione. Questo tipo di trasporto richiede il consumo di energia sotto forma di ATP e l’intervento di specifiche proteine di trasporto, indicate con il nome di pompe. 21 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
Il trasporto di macromolecole implica l’intervento di vescicole Molte sostanze importanti per la vita sono macromolecole. Queste particelle sono di dimensioni troppo grosse per passare direttamente attraverso la membrana. Vengono quindi inglobate nella cellula in una vescicola, con un processo definito endocitosi. Quando materiali come gli enzimi o gli ormoni vengono invece secreti dalla cellula, grazie alla formazione di vescicole che riversano il loro contenuto all’esterno, si parla di esocitosi. 22 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018
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