Il metabolismo cellulare: enzimi, respirazione e fotosintesi

Il metabolismo cellulare è uno degli argomenti di biochimica più importanti dell'ultimo anno di liceo: spiega da dove le cellule prendono l'energia, come la conservano e come la usano per costruire le proprie molecole. È anche un argomento che si presta a domande di ragionamento, del tipo «che cosa succede se manca l'ossigeno?» o «che cosa succede se si blocca un enzima?». Questo materiale ti aiuta a ripassarlo con questo tipo di domande.

Si parte dal quadro generale: anabolismo e catabolismo, l'ATP come moneta energetica e i coenzimi ${\text{NAD}}^{+}$ e $\text{FAD}$ che trasportano elettroni. Poi gli enzimi: come abbassano l'energia di attivazione, perché sono specifici, come rispondono alla temperatura e al pH, e la differenza tra inibizione competitiva e non competitiva.

Il cuore del materiale è la demolizione del glucosio. La glicolisi nel citoplasma, con il suo bilancio netto; la fermentazione lattica e quella alcolica, che servono a rigenerare il ${\text{NAD}}^{+}$ quando manca l'ossigeno; la respirazione cellulare nei mitocondri, dalla decarbossilazione ossidativa del piruvato al ciclo di Krebs nella matrice, fino alla catena di trasporto degli elettroni e alla fosforilazione ossidativa sulla membrana interna, con il gradiente di protoni e l'ATP sintasi. Il confronto tra la resa della respirazione (circa 30–32 ATP per glucosio) e quella della fermentazione (2 ATP) chiude questa parte.

L'ultima parte riguarda la fotosintesi: la fase luminosa nei tilacoidi, con la fotolisi dell'acqua da cui deriva l'ossigeno e la produzione di ATP e $\text{NADPH}$, e il ciclo di Calvin nello stroma, con la fissazione della ${\text{CO}}_2$ da parte della RuBisCO. Il materiale mostra anche perché fotosintesi e respirazione sono processi complementari.

Il materiale offre un quiz con domande di ragionamento su situazioni concrete, ciascuna con una spiegazione; un mazzo di flashcard con le definizioni, le sedi e i bilanci da ricordare; una prova scritta da stampare con otto domande aperte da svolgere a mano; e un'interrogazione orale in cui l'esaminatore ti fa una domanda alla volta e ti chiede di collegare i processi tra loro.

Il livello è quello del quinto anno del liceo. Gli esercizi sono originali e pensati per l'allenamento: i distrattori riproducono gli errori più frequenti, come attribuire l'ossigeno della fotosintesi alla ${\text{CO}}_2$, confondere le sedi delle diverse tappe o pensare che la fermentazione produca molto ATP.

• Distinguere anabolismo e catabolismo e spiegare il ruolo di ATP, NAD e FAD
• Spiegare l'azione degli enzimi e i due tipi di inibizione
• Descrivere glicolisi e fermentazione e il loro bilancio
• Collocare e descrivere le tappe della respirazione cellulare
• Spiegare la fosforilazione ossidativa e confrontare le rese energetiche
• Descrivere fase luminosa e ciclo di Calvin e collegarli alla respirazione

Materiale di esercitazione elaborato da Zestly.