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Titolo batteri
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GENERALITA' SUL METABOLISMO DEGLI SCHIZOMICETI

L'insieme dei processi di produzione, conservazione ed utilizzo dell'energia è indicato con il termine di metabolismo. Si può distinguere il metabolismo di ogni organismo in: metabolismo energetico (catabolismo) e metabolismo biosintetico (anabolismo). La crescita è il risultato di uno stretto rapporto esistente fra catabolismo e anabolismo, poiché parte dell'energia libera derivante dai processi degradativi viene utilizzata nei processi di biosintesi. Nel metabolismo energetico possiamo riconoscere due differenti tipologie connesse alla fonte utilizzata per produrre energia: un metabolismo in cui la fonte di energia è di tipo chimico ed un altro che invece utilizza la luce.

La seconda Legge della Termodinamica stabilisce che in ogni reazione energetica l'energia totale liberata, ΔH, non è mai interamente utilizzabile per compiere un lavoro poiché parte di essa va perduta come aumento di entropia. L'energia libera potenzialmente utilizzabile per compiere un lavoro, ΔF, è data dalla relazione:

ΔH = ΔF + TΔS

dove TΔS rappresenta l'aumento di entropia. I sistemi viventi sono soggetti a questa legge fisica; c'è tuttavia da constatare che la quantità reale di energia derivata dal catabolismo e che può essere utilizzata per i processi metabolici è sempre notevolmente inferiore. Se consideriamo, ad esempio, la fermentazione alcolica degli zuccheri osserviamo che l'energia libera fornita dalla trasformazione di 1 mole (quantità in grammi pari al peso molecolare) di carboidrato in 2 moli di etanolo e 2 moli di anidride carbonica, secondo la reazione:

CH12O6 → 2CO2 + 2 C2H5OH

è di 56 kcal. In realtà la quantità effettivamente disponibile per effettuare le reazioni che richiedono energia è di sole 16 kcal circa. Ne consegue che il reale rendimento termodinamico della fermentazione alcolica è di circa il 29%, la restante energia libera prodotta viene dissipata in calore. Questa è la caratteristica di tutti i processi metabolici energetici e questo ci mostra la scarsa efficienza termodinamica dell'accoppiamento tra catabolismo ed anabolismo. Per comprendere appieno i motivi di questo "basso rendimento" è necessario considerare la natura dell'accoppiamento chimico fra i due componenti del metabolismo. Occorre ricordare che la funzione chimica essenziale di tutti i sistemi metabolici che forniscono energia è quella di produrre determinati composti organici che contengono un elevato livello di energia potenziale sotto forma di legami ad alta energia (legami fosfato). Questi composti fungono da trasportatori di energia ma poiché ognuno di essi ha un contenuto fisso di energia potenziale, l'energia utilizzabile derivante dai processi catabolici è resa disponibile in unità finite, ognuna delle quali ha un determinato contenuto di energia potenziale. Per chiarire il concetto con una similitudine possiamo considerare la batteria di un'automobile, noi possiamo tenerla sotto carica oltre misura, ma l'energia disponibile per l'utilizzo sarà sempre e soltanto quella derivante dalla sua capacità.

I processi di conservazione dell'energia si svolgono attraverso una serie di reazioni redox (ossido-riduzioni) nelle quali, i composti coinvolti, subiscono modificazioni a seconda del loro ruolo nella reazione (se si ossidano, e sono quindi riducenti, o se si riducono, e sono quindi ossidanti).

Schema ossidoriduttivo

Come tutte le ossidazioni, anche quelle che interessano un composto organico avvengono con una perdita di elettroni. Nella maggioranza dei casi ciascuna fase comporta la rimozione di due elettroni e la perdita contemporanea di due protoni, cioè la cessione di due atomi di idrogeno: si parla quindi di deidrogenazione. Nel caso contrario la riduzione di un composto organico implica generalmente l'acquisizione di due elettroni e due protoni e quindi la reazione prende il nome di idrogenazione.

I composti utilizzati dalle cellule come mediatori del trasporto di energia sono sostanzialmente due: l'adenosintrifosfato (ATP) ed i piridinnucleotidi ridotti (NAD [Nicotinammideadenindinucleotide] - NADP).

Struttura dell'ATP Struttura del NAD

L'energia del legame fosforico dell'ATP interviene in numerose e differenti fasi dei processi biosintetici. In primo luogo essa è necessaria per il trasporto dei fattori nutritivi all'interno della cellula, un processo attivo che richiede energia; in secondo luogo essa viene utilizzata per trasformare le sostanze nutritive, una volta penetrate nella cellula, in metaboliti intermedi di basso peso molecolare: aminoacidi, zuccherifosfati, nucleotidi, acidi grassi ed altri. Viene usata infine per effettuare la polimerizzazione di questi intermedi nelle varie classi di biopolimeri che sono i principali costituenti del materiale cellulare: proteine, polisaccaridi, acidi nucleici e lipidi.

Costituenti del metabolismo batterico

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