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Prof. Giorgio Sartor
I nutrienti
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Versione 1.1.2 – nov 2011
Fonti di carbonio ed energia
Fonte di
carbonio
Fonte di
energia
Donatore di
elettroni
(piante, alghe
verdi, cianobatteri
fotosintetici)
CO2
Luce
H2O, H2S, S,
altri inorganici
Fotoeterotrofi
Composti
organici
Luce
Composti
organici
CO2
Reazioni
redox
H2, H2S, NH4+,
NO2-, Fe++,
Mn++
Reazioni
redox
H2O,
Organismo
Fotoautotrofi
(rodobatteri non
sulfurei)
Chemioautotrofi
(H2, Fe, S, batteri
nitrificanti)
Chemioeterotrofi
(Animali,
microrganismi,
tessuti di piante
non fotosintetici)
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Composti
organici
L01 - I nutrienti
composti
organici
-2-
Fonti di carbonio ed energia
Fonte di
carbonio
Fonte di
energia
Donatore di
elettroni
(piante, alghe
verdi, cianobatteri
fotosintetici)
CO2
Luce
H2O, H2S, S,
altri inorganici
Fotoeterotrofi
Composti
organici
Luce
Composti
organici
CO2
Reazioni
redox
H2, H2S, NH4+,
NO2-, Fe++,
Mn++
Reazioni
redox
H2O,
Organismo
Fotoautotrofi
(rodobatteri non
sulfurei)
Chemioautotrofi
(H2, Fe, S, batteri
nitrificanti)
Chemioeterotrofi
(Animali,
microrganismi,
tessuti di piante
non fotosintetici)
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Composti
organici
L01 - I nutrienti
composti
organici
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Metabolismo del carbonio
D-Glucoso
N.O. Carbonio < +4
H
H
HO
H
N.O. Ossigeno = 0
H
H OH
OH
O
OH
H
H
+
O2
Luce
OH
Cellule
fotosintetiche
Cellule
H2O, CO2
N.O. Ossigeno = -2
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N.O. Carbonio = +4
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-4-
Fonti di carbonio ed energia
D-Glucoso
H
H
H
HO
H
H OH
OH
O
OH
H
H
+
O2
Luce
OH
FOTOTROFI
ETEROTROFI
CaCO3
H2O, CO2
Ca++
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L01 - I nutrienti
-5-
Ossigeno
Aerobi
Usano l’ossigeno come accettore
finale degli elettroni
Aerobi obbligati
Usano SOLO l’ossigeno come
accettore finale degli elettroni
Anaerobi
facoltativi
Possono usare altri accettori di
elettroni
Anaerobi
obbligati
NON possono usare l’ossigeno
come accettore di elettroni
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Digestione, metabolismo, escrezione
• Digestione:
– Processo attraverso il quale un polimero complesso
(polisaccaride, lipide o proteina) viene convertito in
monomeri (o composti semplici) più solubili in acqua.
• Metabolismo
– Catabolismo: processo attraverso il quale una
molecola semplice viene ossidata a CO2, H2O e NH3 e
l’energia associata ai legami chimici (potenziale
chimico) viene immagazzinata o convertita.
– Anabolismo: processo attraverso il quale molecole
semplici o intermedi del catabolismo vengono
utilizzati per la sintesi molecole complesse.
• Escrezione
– Meccanismo attraverso il quale i prodotti di scarto
vengono eliminati.
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Fase idrolitica
• Proteasi
– Scissione del legame peptidico
• Lipasi
– Scissione del legame estereo nei
trigliceridi e nei lipidi
• Glicosidasi
– Scissione del legame etereo nei
polisaccaridi
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Digestione
• Endocellulare
– Endocitosi
• Vescicole specializzate
• Extracellulare
– In organi specializzati
• Apparato digerente
– Extracorporea
• Estroflessione di apparati (stelle marine)
• Emissione di enzimi digestivi (veleni)
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PROTEINE
POLISACCARIDI
ADP + Pi
ADP + Pi
LIPIDI
ADP + Pi
ATP
ATP
Aminoacidi
ATP
Esosi; Pentosi
I
FASE IDROLITICA
Ac. Grassi; Glicerolo
ADP + Pi
ADP + Pi
ADP + Pi
ATP
-chetoacidi
ADP + Pi
ATP
ATP
ATP
Piruvato
II
FASE OSSIDATIVA
AcetilCoA
III
O2
ADP + Pi
ATP
NH3
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H2O
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CO2
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Fase ossidativa
• Metabolismo ossidativo di
– Glucidi
– Lipidi
– Aminoacidi
AcetilCoA
-chetoacidi + NH4+
Urea
NADH
O2
ATP
2H2O
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PROTEINE
POLISACCARIDI
ADP + Pi
ADP + Pi
LIPIDI
ATP
ATP
Aminoacidi
I
FASE IDROLITICA
ADP + Pi
ATP
Esosi; Pentosi
Ac. Grassi; Glicerolo
ADP + Pi
ADP + Pi
ADP + Pi
ATP
-chetoacidi
ADP + Pi
ATP
ATP
ATP
Piruvato
II
FASE OSSIDATIVA
AcetilCoA
Metabolismo
dei glucidi
III
O2
ADP + Pi
ATP
NH3
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H2 O
L01 - I nutrienti
CO2
- 12 -
PROTEINE
POLISACCARIDI
ADP + Pi
ADP + Pi
LIPIDI
ATP
ATP
Aminoacidi
I
FASE IDROLITICA
ADP + Pi
ATP
Esosi; Pentosi
Ac. Grassi; Glicerolo
ADP + Pi
ADP + Pi
ADP + Pi
ATP
-chetoacidi
ADP + Pi
ATP
ATP
ATP
Piruvato
II
FASE OSSIDATIVA
AcetilCoA
Metabolismo
dei grassi
III
O2
ADP + Pi
ATP
NH3
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H2 O
L01 - I nutrienti
CO2
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PROTEINE
POLISACCARIDI
ADP + Pi
ADP + Pi
LIPIDI
ATP
ATP
Aminoacidi
I
FASE IDROLITICA
ADP + Pi
ATP
Esosi; Pentosi
Ac. Grassi; Glicerolo
ADP + Pi
ADP + Pi
ADP + Pi
ATP
-chetoacidi
ADP + Pi
ATP
ATP
ATP
Piruvato
II
FASE OSSIDATIVA
AcetilCoA
Metabolismo
dell’azoto
III
O2
ADP + Pi
ATP
NH3
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H2 O
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CO2
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Vie metaboliche ed intermedi
• Le vie metaboliche producono intermedi,
• Il destino dei composti intermedi può essere
vario,
• Ogni punto di biforcazione di una via
metabolica permette una regolazione,
• Le vie metaboliche più importanti sono comuni
a tutti gli organismi,
• Organismi diversi in ambienti diversi sono
caratterizzati da vie metaboliche alternative,
• Gli organismi vengono caratterizzati in
funzione del modo con cui utilizzano carbonio,
ossigeno ed energia.
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L01 - I nutrienti
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Crediti e autorizzazioni all’utilizzo
• Questo materiale è stato assemblato da informazioni raccolte dai seguenti testi di Biochimica:
– CHAMPE Pamela , HARVEY Richard , FERRIER Denise R. LE BASI DELLA BIOCHIMICA [ISBN 9788808-17030-9] – Zanichelli
– NELSON David L. , COX Michael M. I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER - Zanichelli
– GARRETT Reginald H., GRISHAM Charles M. BIOCHIMICA con aspetti molecolari della Biologia
cellulare - Zanichelli
– VOET Donald , VOET Judith G , PRATT Charlotte W FONDAMENTI DI BIOCHIMICA [ISBN 9788808-06879-8] - Zanichelli
• E dalla
–
–
–
–
consultazione di svariate risorse in rete, tra le quali:
Kegg: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes http://www.genome.ad.jp/kegg/
Brenda: http://www.brenda.uni-koeln.de/
Protein Data Bank: http://www.rcsb.org/pdb/
Rensselaer Polytechnic Institute:
http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/MB1index.html
Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da:
http://www.ambra.unibo.it/giorgio.sartor/ oppure da http://www. gsartor.org/
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limitazione, purché venga riconosciuto l’autore usando questa frase:
Materiale ottenuto dal Prof. Giorgio Sartor
Università di Bologna a Ravenna
Giorgio Sartor - [email protected]