L'energia

L'energia

1.1 L'energia e la vita

A. A. La vita sulla Terra dipende dall'energia proveniente dal Sole:

le piante catturano l'energia solare e la utilizzano per costruire i propri tessuti

i tessuti vegetali sono fonte di nutrimento per altri esseri viventi

B. B. L'energia va sempre "in discesa", cioè da uno stato in cui è più concentrata ad uno in cui lo è meno.

1.2 Che cos'è l'energia?

A. A. L'energia si può definire come la capacità di compiere un movimento contro una forza che vi si oppone.

B.     B. Esistono diverse forme di energia che si possono distinguere in:

energia cinetica

è un tipo di energia connessa al moto di un corpo

energia potenziale

è un tipo di energia immagazzinata in un corpo perché legata alla sua particolare posizione o conurazione

C. C. La branca della fisica che si occupa dell'energia è la termodinamica, i cui principi affermano che:

l'energia non si crea né si distrugge ma unicamente passa da una forma a un'altra (primo principio della termodinamica)

una trasformazione di energia comporta sempre un aumento del disordine dell'universo, cioè dell'entropia (secondo principio della termodinamica)

D. D. In ogni trasformazione di energia una parte di essa si disperde sotto forma di calore che non può più trasformarsi spontaneamente in una forma di energia ordinata.

E.  E. Il destino ultimo dell'universo è legato all'esaurimento dell'energia solare.

1.3 L'uso dell'energia negli esseri viventi

A. A. Gli esseri viventi sono in grado di realizzare solo alcuni tipi di lavoro:

lavoro meccanico

muove il corpo o una sua parte nello spazio

ne è un esempio la contrazione muscolare

lavoro di trasporto

compie un movimento ne è un esempio la pompa sodio-potassio che trasporta ioni sodio e potassio attraverso la membrana plasmatica

lavoro di sintesi

costruisce molecole complesse partendo da molecole semplici

ne è un esempio la sintesi di proteine e zuccheri

B. B. Le reazioni che avvengono negli esseri viventi sono:

reazioni esoergoniche

liberano energia

l'energia contenuta nei loro prodotti è più bassa di quella contenuta nei loro reagenti

non necessitano di energia per essere attivate

reazioni endoergoniche

richiedono energia

l'energia contenuta nei loro prodotti è più alta di quella contenuta nei loro reagenti

necessitano di energia per essere attivate

C.    C. Negli esseri viventi le reazioni esoergoniche e quelle endoergoniche sono collegate tra loro (si parla di reazioni accoppiate)

sono tali che l'energia rilasciata dalle reazioni esoergoniche viene usata per attivare le reazioni endoergoniche

1.4 L'ATP: la molecola che immagazzina energia

A. A. La cellula immagazzina energia nella molecola dell'ATP (adenosina trifosfato) che si può quindi considerare la valuta energetica della cellula.

B. B. La molecola dell'ATP:

è formata da adenosina (adenina e ribosio) alla quale sono legati tre gruppi fosfato ad alta energia

è una molecola instabile perché i tre gruppi fosfato, carichi negativamente, si respingono

libera l'energia immagazzinata distaccando il gruppo fosfato terminale (reazione esoergonica), trasformandosi in ADP

si forma per aggiunta di un gruppo fosfato all'ADP, in presenza di energia (reazione endoergonica)

è un ottimo mezzo per trasferire energia ma non per immagazzinarla a lungo 

C.  Gli organismi ricavano dal cibo l'energia che viene immagazzinata nell'ATP.

1.5 Gli enzimi: come facilitare lo svolgimento delle reazioni

A. A. Gli enzimi

sono proteine

hanno la funzione di accelerare le reazioni chimiche che avvengono negli esseri viventi

ciascuno di essi è specifico per una o, al massimo, due molecole (substrati)

B. B. Il metabolismo

è l'insieme di tutte le reazioni che avvengono in una cellula o in un organismo

è formato da molte vie metaboliche

C. C. Una via metabolica

è formata da più reazioni

ogni reazione è resa possibile da un particolare enzima

1.6 Gli enzimi abbassano l'energia di attivazione delle reazioni

A. A. Gli enzimi

abbassano l'energia di attivazione delle reazioni chimiche

facilitando il contatto tra i reagenti

cambiando la forma dei reagenti in modo da facilitare la reazione

legano il substrato al loro sito attivo, altamente specifico per uno specifico substrato secondo il modello 'chiave-serratura'

sono catalizzatori, cioè partecipano alla reazione ma al termine di questa hanno riacquistato la loro struttura e composizione

in certe reazioni necessitano dell'ausilio di una o più molecole accessorie dette coenzimi

facilitano la formazione del legame enzima-substrato

spesso sono vitamine

B. B. La chimotripsina demolisce le proteine nell'intestino tenue, accelerando il processo di circa un miliardo di volte.

1.7 La regolazione dell'attività enzimatica

A. A. L'attività di un enzima può essere regolata

dalla quantità di substrato disponibile

- l'enzima catalizza la propria reazione finché è disponibile il substrato

da molecole diverse dal substrato capaci di legarsi al suo sito attivo, bloccandolo

- gli inibitori, bloccando il sito attivo, non lo rendono disponibile per il substrato

da un meccanismo allosterico

- il prodotto si lega in un punto diverso dal sito attivo, cambiando la forma di questo e impedendo così il legame con il substrato