Reazione Endergonica

Definizione di Reazione Endergonica

Una reazione endergonica è una reazione in cui viene assorbita energia. In termini chimici, questo significa che il cambiamento netto di energia libera è positivo – c’è più energia nel sistema alla fine della reazione che all’inizio della stessa.

Perché le reazioni endergoniche implicano un guadagno di energia, questa deve essere fornita da una fonte esterna affinché la reazione avvenga.

In biologia, gli organismi usano reazioni endergoniche per immagazzinare energia da fonti esterne. La fotosintesi, che utilizza l’energia della luce solare per creare zuccheri, è una reazione endergonica. Così come l’anabolismo degli acidi grassi, in cui l’energia del cibo viene immagazzinata in molecole di grasso.

In generale, le reazioni che implicano la creazione di nuovi legami chimici sono endergoniche. I legami chimici “immagazzinano” l’energia della reazione finché non vengono rotti, e a quel punto una parte dell’energia che è stata messa nella reazione iniziale viene rilasciata.

Questo è il principio su cui si basa il metabolismo del glucosio, degli acidi grassi e di altri combustibili biologici. L’energia proveniente dalla luce del sole o da un’altra fonte che è stata usata per creare i legami chimici negli zuccheri, nelle proteine o nei grassi viene liberata quando questi legami vengono spezzati attraverso processi come la glicolisi e la respirazione cellulare.

In generale, le reazioni metaboliche che implicano la creazione di legami chimici sono chiamate reazioni “anaboliche”. Le reazioni metaboliche che implicano la rottura dei legami per liberare energia sono dette “cataboliche”.

È questo movimento di energia attraverso i legami chimici che permette l’esistenza della vita. Le reazioni endergoniche della fotosintesi e della chemiosintesi permettono alle creature in fondo alla piramide energetica di sopravvivere – e di nutrire organismi come noi, che ottengono la loro energia scindendo zuccheri e grassi per liberare l’energia immagazzinata.

Funzione delle reazioni endergoniche

Le reazioni endergoniche hanno due scopi importanti in biologia. Uno è quello di liberare l’energia immagazzinata nelle molecole di cibo, permettendo agli organismi di sopravvivere senza raccogliere tutta la loro energia direttamente dalla luce del sole.

L’altro scopo è quello di creare i mattoni della vita: Il DNA, l’RNA, le proteine e tutti gli altri elementi costitutivi delle cellule devono essere creati attraverso reazioni che formano nuovi legami tra gli elementi chimici. Queste reazioni di formazione dei legami sono generalmente endergoniche.

Gli organismi hanno bisogno di energia per crescere perché ci vuole effettivamente energia per produrre nuovi materiali. Per le piante, questo può significare gli zuccheri, i lipidi e gli acidi nucleici di cui sono fatte le loro foglie; per gli esseri umani, significa i lipidi delle nostre pareti cellulari, le proteine nei nostri muscoli, e naturalmente il DNA nelle nostre cellule.

Nella maggior parte dei casi, l’energia necessaria per costruire nuove cellule proviene dall’ATP. L’ATP è una molecola di immagazzinamento dell’energia del glucosio, che alla fine proviene, ovviamente, dal sole attraverso le piante fotosintetizzanti.

Esempi di reazioni endergoniche

Sintesi di DNA/RNA

La sintesi di DNA e RNA è affascinante perché non utilizza l’ATP nello stesso modo delle reazioni endergoniche. Potreste ricordare che il DNA ha quattro basi – A, T, C e G. Bene, la coppia di basi “A” sta per adenosina – la stessa della “A” in “ATP!”

Piuttosto che essere consumata e poi rigenerata durante la sintesi del DNA, l’ATP è uno dei materiali da costruzione. Il processo inizia con i trisofosfati di ogni coppia di basi: ATP, TTP, CTP e GTP.

Quando la DNA polimerasi sposta uno di questi trifosfati nucleotidici in posizione per attaccarsi al filamento di DNA in crescita, uno dei gruppi fosfato del nucleotide si stacca – e viene sostituito dalla formazione di un nuovo legame tra il nucleotide e il filamento di DNA!

A un certo punto, questo processo richiede energia e l’uso di ATP – tutti i nucleotidi devono avere gruppi fosfato attaccati a loro, in modo che questi gruppi fosfato possano immagazzinare l’energia necessaria per creare un legame tra il nucleotide e il filamento di DNA.

Ma a differenza di molte reazioni cataboliche, questa non trasforma semplicemente ATP in ADP e lo rimanda indietro per ottenere un nuovo gruppo fosfato. In questa, l’ATP, il TTP, il GTP e il CTP rimangono per sempre come parte del filamento di DNA, finché il filamento non viene spezzato!

Sintesi proteica

La sintesi proteica è un esempio più tipico di come gli esseri viventi spostano l’energia e la aggiungono alle reazioni per permettere la formazione di nuovi legami chimici.

Durante la sintesi proteica, una varietà di enzimi e ribozimi lavorano insieme per completare i passi necessari per aggiungere un aminoacido a una proteina in crescita. In tutto, circa cinque ATP devono essere consumati per aggiungere un singolo amminoacido a una proteina in crescita. Ciò significa che per ogni molecola di glucosio che viene metabolizzata, circa sei aminoacidi potrebbero essere aggiunti a una proteina!

Questo processo è immensamente costoso per i batteri; per le cellule di E. coli, circa il 95% di tutto l’ATP che producono è usato per la sintesi proteica.

Questo investimento ripaga abbondantemente nel lungo periodo, poiché proteine come gli enzimi possono abbassare drasticamente l’energia di attivazione richiesta per migliaia di reazioni chimiche successive. Ma per gli organismi che non possono effettuare la respirazione cellulare, il budget energetico è limitato!

Le proteine che vengono prodotte con l’energia dell’ATP permettono al nostro metabolismo, ai muscoli e persino al nostro cervello e agli organi sensoriali di funzionare. Ed è importante ricordare che questa energia ci viene fornita dal cibo che mangiamo – che alla fine, alla base della piramide energetica, proviene dalla fotosintesi!

Sintesi degli acidi grassi

La sintesi degli acidi grassi usa sia l’ATP che un’altra molecola portatrice di energia – il NADPH – per fornire energia per creare acidi grassi.

Fare un acido grasso richiede una grande quantità di energia; ci possono volere 7 ATP e 14 NADPH per aggiungere due molecole di carbonio a una catena di acidi grassi, e alcuni acidi grassi possono avere fino a 26 carboni!

Ma gli acidi grassi, proprio come le proteine, sono necessari a un organismo per funzionare e crescere; costituiscono la maggior parte delle membrane cellulari e intracellulari, oltre a servire ad altri scopi.

Se l’acido grasso viene creato allo scopo di immagazzinare energia, la maggior parte di quell’energia sarà immagazzinata e l’organismo potrà accedervi in seguito, se le sue riserve di ATP e di zucchero si esauriscono!

Quiz

1. Quale delle seguenti è MENO probabile che sia una reazione endergonica? La sintesi di un amido da molte molecole di zucchero.
B. La sintesi di una proteina da molti amminoacidi.
C. Il catabolismo di un grasso nei suoi componenti a singolo carbonio.
D. Nessuna delle precedenti.

2. Perché la DNA polimerasi non usa ATP?
A. Perché la sintesi del DNA è una reazione esergonica.
B. Usa invece il NADPH come fonte di energia.
C. Usa ATP – e altri trifosfati nucleotidici, che forniscono la propria energia alla reazione di sintesi.
D. Nessuna delle precedenti.

3. Quale dei seguenti NON è vero della sintesi proteica? I batteri devono metabolizzare più zucchero per pagare il “costo” energetico della sintesi proteica, perché non possono effettuare la respirazione cellulare.
B. La sintesi proteica è essenziale per la creazione di enzimi, che sono proteine.
C. Rilascia più energia di quanta ne spenda.
D. Nessuna delle precedenti.

• MacNaught, A. D., & Wilkinson, A. (1997). Compendio di terminologia chimica: Raccomandazioni IUPAC. Oxford: Blackwell Science.
• (n.d.). Retrieved April 29, 2017, from http://webprojects.oit.ncsu.edu/project/bio183de/Black/cellcycle/cellcycle_scripts.htm
• Deis, F. (n.d.). La sintesi proteica richiede energia (ATP)? Retrieved April 29, 2017, from https://www.quora.com/Does-protein-synthesis-take-any-energy-ATP