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bilancio energetico test medicina

Se stai studiando Biologia per il test di Medicina, avrai sicuramente incrociato domande sul bilancio energetico. Allora vediamo assieme quali sono i concetti principali che coinvolgono questo argomento e cosa bisogna ripassare in vista della prova.

Il Bilancio Energetico della demolizione del glucosio

Se pensiamo alla cellula come un motore allora la sua benzina è principalmente rappresentata dallo zucchero. Questo, ossidandosi parzialmente o totalmente, genera la principale fonte di energia cellulare. I meccanismi che in una cellula vengono impiegati per l’ossidazione o degradazione del glucosio sono due:

  • la glicolisi, presente praticamente in tutti gli esseri viventi
  • la respirazione cellulare, ovvero l’ossidazione del glucosio a CO2 in aerobiosi, ovvero in presenza di ossigeno
    oppure
  • la fermentazione, ovvero l’ossidazione del glucosio ad acido lattico, etanolo o altri composti in anaerobiosi, ovvero in assenza di ossigeno

Glicolisi

La glicolisi è un argomento da conoscere bene in vista del test di Medicina. Questo processo, che si compone di 10 reazioni biochimiche che avvengono nel citoplasma della cellula, possono essere ricondotte a due, ovvero la spesa energetica e il guadagno energetico. La glicolisi, infatti, è il processo o via metabolica con cui una molecola di glucosio viene trasformata in due molecole di piruvato, rilasciando energia tramite la cessione di 3 atomi di carbonio. Questa energia viene poi utilizzata per produrre due molecole di ATP e due molecole di NADH.

Ecco l’equazione globale della glicolisi:

C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+ → 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+

L’ATP che si forma durante la glicolisi deriva da un processo che si chiama fosforilazione a livello del substrato, in cui si trasferisce su una molecola di ADP un gruppo fosfato che proviene da una molecola ad alta energia. Questo processo non vede il coinvolgimento della catena respiratoria.

Respirazione cellulare

La respirazione cellulare avviene in presenza di ossigeno, quindi negli aerobi. In questo caso, il piruvato viene ossidato e demolito per produrre CO2 e H2O.

La respirazione cellulare si compone di 3 step:

  1. Decarbossilazione ossidativa del piruvato, in cui perde una molecola di CO2 e contemporaneamente viene ossidato. Si forma dunque Acetil-coA  e una molecola di NADH.
  2. Ciclo di Krebs, in cui l’Acetil-coA si lega all’acido ossalacetico formando acido citrico. Tale acido subisce una serie di ossidazioni che portano alla formazione di una molecola di ATP, 3 molecole di NADH e una molecola di FADH2.
  3. Catena respiratoria, o catena di trasporto degli elettroni, in cui l’energia contenuta nelle molecole di NADH e FADH2 prodotte mediante la glicolisi e il ciclo di Krebs viene usata per produrre ATP.

Fermentazione

In anaerobiosi, quindi in assenza di ossigeno, il piruvato prodotto dalla glicolisi viene ridotto dal NADH e convertito in:

  • alcol etilico e CO2 nel caso della fermentazione alcolica
  • acido lattico nel caso della fermentazione lattica

Bilancio energetico della demolizione del glucosio

Schema del bilancio energetico della demolizione del glucosio – copyright Alpha Test

Esempio 1

Come dicevamo è assai frequente che questo argomento sia previsto in almeno una domanda della prova ufficiale. Eccone una che proviene da un esame degli ultimi anni:

Quale delle seguenti alternative meglio descrive la funzione dell’ATP?

  1. È l’organulo cellulare in cui viene immagazzinato l’ossigeno e per questo motivo è una riserva di energia per la cellula
  2. È la molecola in cui viene immagazzinata l’energia a livello cellulare
  3. È la molecola che serve a trasportare gli elettroni che partecipano alla catena di trasporto, liberando grandi quantità di energia
  4. È una molecola che consente esclusivamente il funzionamento delle pompe per il trasporto attivo attraverso la membrana cellulare
  5. Nessuna delle altre alternative è corretta

Soluzione: L’ATP (adenosina trifosfato) è un nucleotide costituito da adenina, ribosio e tre gruppi fosfato. I due fosfati più esterni possiedono legami ad alta energia, cioè la loro formazione richiede una notevole quantità di energia, mentre la loro scissione libera molta energia. Per questa sua caratteristica, l’ATP svolge un ruolo centrale come molecola trasportatrice di energia nei sistemi biologici: quando nella cellula è disponibile energia, per esempio in seguito a reazioni cataboliche, viene sintetizzato ATP, che poi è scisso ad ADP + P quando la cellula richiede energia. Risposta esatta: B

Esempio 2

Dati i seguenti processi:
1. Fermentazione alcolica
2. Glicolisi
3. Fosforilazione ossidativa
4. Ciclo di Krebs

Quali avvengono esclusivamente all’interno di organelli di cellule eucariote, come ad esempio il lievito?

  1. Solo 1 e 2
  2. Esclusivamente 1, 3 e 4
  3. Solamente 1 e 4
  4. Solo 2, 3 e 4
  5. Soltanto 3 e 4

Soluzione: La glicolisi è una via metabolica presente sia negli organismi eucarioti che nei procarioti e si svolge nel citoplasma. Il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa, processi fondamentali nella respirazione cellulare, si svolgono sia negli eucarioti che in alcuni procarioti, solo nei primi, però, hanno luogo all’interno di specifici organelli (i mitocondri) mentre nei procarioti si svolgono nel citoplasma. La fermentazione alcolica, ha sede citoplasmatica. Nessuno dei processi citati avviene solo all’interno di cellule eucariotiche, quindi il testo della domanda deve essere interpretato come: “Quali dei seguenti processi, nelle cellule eucariote, avvengono esclusivamente all’interno di organelli?”. In tal senso la risposta corretta è la E.

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