Cos’è l’accoppiamento energetico? Come funziona in realtà? Ecco una guida completa di tutto ciò che c’è da sapere sull’accoppiamento energetico.

Le reazioni chimiche possono assumere varie forme. Mentre alcune di queste reazioni richiedono energia per avere luogo, altri, d’altra parte, producono energia. Ad esempio, una reazione chimica di catabolismo è quella che produce energia, mentre una reazione di anabolismo è quella che richiede energia.

Quindi, qual è l’accoppiamento energetico? In questo articolo, ci accingiamo a esplorare più in profondità ciò che l’accoppiamento di energia comporta, così come come funziona.

Ma, andiamo con ordine. Diamo prima un’occhiata alla definizione di accoppiamento energetico.

Che cos’è l’accoppiamento energetico?

Quando si parla di accoppiamento energetico, si riferisce al processo di trasferimento di energia, da una reazione di catabolismo a una reazione chimica di anabolismo. Si riferisce semplicemente al processo di utilizzo di un processo exergonico per facilitare un processo endergonico.

Ciò significa che l’energia di un rilascio di processo exergonico viene utilizzata per abilitare un processo endergonico. In questo processo, l’ATP è necessario. L’ATP funge da valuta energetica per il processo di accoppiamento energetico.

In sostanza, l’ATP viene utilizzato in varie reazioni chimiche che necessitano di energia, come booster per queste reazioni.

Negli organismi, l’accoppiamento energetico viene tipicamente mostrato in base alla produzione di ATP e all’idrolisi. Le reazioni cataboliche generano l’ATP, mentre l’ATP prodotto, spinge in avanti le reazioni anaboliche.

Nel campo dell’elettronica, l’accoppiamento energetico si riferisce a una trasmissione di energia desiderabile o indesiderabile da un mezzo all’altro, ad esempio il trasferimento di energia da una fibra ottica o da un cavo metallico a un mezzo diverso. L’accoppiamento può anche riferirsi alla trasmissione di energia elettrica a un segmento di circuito diverso da un altro segmento.

Quindi, Qual è il ruolo dell’ATP in questo processo?

Prima di entrare in quale ruolo gioca l’ATP nell’accoppiamento energetico, capiamo il significato di alcuni termini in questo argomento.

• Reazione endergonica: Il termine è usato per descrivere una reazione chimica che prende energia (calore) dall’ambiente.
• Reazione exergonica: descrive una reazione che genera o rilascia energia nell’ambiente.
• Energia libera di Gibbs: Questa è la quantità di massimo sforzo disponibile, risultante da un sistema a pressione e temperatura costanti.
• Idrolisi: Questo è un processo di decomposizione chimica che comporta la scissione del legame attraverso l’aggiunta di acqua.
• ATP (adenosina trifosfato): Un composto chimico (organico) utilizzato per fornire energia che guida numerosi processi nelle cellule degli organismi viventi. Questi includono cose come propagazione dell’impulso nervoso, contrazioni muscolari, sintesi chimica e altro ancora.

In che modo l’ATP gioca un ruolo nell’accoppiamento energetico

Bene, l’ATP nei processi cellulari è tipicamente considerato come la valuta energetica. Offre l’energia necessaria sia per le reazioni endergoniche (che consumano energia), sia per le reazioni exergoniche (che generano energia), che necessitano di un piccolo apporto energetico per l’attivazione.

L’energia necessaria per queste reazioni viene generata quando una reazione rompe i legami chimici nell’ATP. L’energia generata dalla reazione può essere utilizzata per guidare i processi cellulari. È bene notare che, più i legami presenti in una molecola, maggiore è il potenziale energetico che ha.

E, poiché questi legami nell’ATP sono facili da rompere e trasformare, l’ATP agisce molto come una batteria (ricaricabile) per alimentare vari processi cellulari, dalla sintesi proteica alla replicazione del DNA.

Una cosa importante da notare, però, è che la molecola di ATP è altamente instabile. Pertanto, dovrebbe essere messo a lavorare il più velocemente possibile almeno si dissocia. La molecola di ATP si dissocia naturalmente per formare ADP + Pi, rilasciando l’energia libera nel processo come calore.

Il processo, attraverso il quale l’energia all’interno di questi legami dell’ATP viene sfruttata, è ciò a cui ci riferiamo come accoppiamento energetico. Ciò significa che l’ATP è la forza trainante nell’accoppiamento energetico.

Ma quanta energia (energia libera) viene generata naturalmente dal processo di idrolisi dell’ATP? E quanta di questa energia è utile per il lavoro cellulare?

Bene, l’idrolisi di precisamente una mole di una molecola di ATP, calcolata come G G (energia libera) è -7,3 kcal/mole (-30,5 kJ/mole). Questo è possibile solo in condizioni standard.

D’altra parte, il G G (energia libera) per l’idrolisi in una cellula viva quasi raddoppia la quantità alle regolazioni standard. Questo è 14 kcal / mole (-57 kJ/mole).

Come funziona l’accoppiamento energetico

Pompe sodio-potassio

Le pompe sodio-potassio possono illustrare un ottimo esempio di accoppiamento energetico. Qui, le cellule combinano una reazione exergonica (idrolisi di ATP) con una reazione endergonica di un processo cellulare.

Ad esempio, le pompe ioniche transmembrana presenti nelle cellule nervose, pompano ioni attraverso le membrane cellulari, per generare un potenziale d’azione, utilizzando l’energia libera dall’ATP. Una pompa sodio-potassio spinge fuori sodio (Na) da una cellula e potassio (K) in una cellula.

Idrolizzazione la molecola di ATP aiuta a trasferire il suo fosfato gamma, attraverso il processo di fosforilazione, nella pompa proteica. La pompa sodio-potassio riceve il G G (energia libera), che le consente di subire un cambiamento conformazionale rilasciando tre ioni sodio all’esterno della cellula.

Due ioni extracellulari di potassio (K+), che sono legati alla proteina, causano un cambiamento nella forma della proteina e lo scarico del fosfato. Quando l’energia libera viene donata alla pompa sodio-potassio, avviene una reazione endergonica.

Accoppiamento energetico e metabolismo

Nel metabolismo cellulare, o sintesi e ripartizione dei nutrienti, molecole specifiche devono essere leggermente trasformate per diventare substrati necessari per i prossimi passi nella serie di reazioni.

Durante le fasi iniziali della respirazione cellulare, avviene la glicolisi (scomposizione del glucosio). Qui, l’ATP è necessario per il processo di fosforilazione del glucosio, che crea un intermedio instabile ma ad alta energia.

La reazione di fosforilazione determina un cambiamento trasformazionale attraverso il quale la “molecola di glucosio fosforilato” viene convertita in “fruttosio di zucchero fosforilato” utilizzando enzimi.

Questo fruttosio è un importante intermedio per il processo di glicolisi. Qui, l’idrolisi dell’ATP, che è una reazione exergonica, è accoppiata con una reazione endergonica (conversione del glucosio) da utilizzare nel metabolismo.

Importanza dell’accoppiamento energetico

Il processo di idrolisi di qualsiasi molecola di ATP facilita la rottura dei legami ad alta energia (legami fosfatici). Nel processo, alte misure di energia vengono rilasciate in una forma exergonica. Il processo di accoppiamento aiuta a convertire l’energia generata in una forma endergonica, assicurando che l’energia non venga persa sotto forma di calore.

L’accoppiamento avviene spesso attraverso un intermedio reciproco. Ciò significa che il prodotto finale di una certa reazione viene ricevuto e utilizzato in un’altra reazione come reagente.

Quando il processo di accoppiamento coinvolge una molecola di ATP, l’intermedio comune è, nella maggior parte dei casi, una molecola fosforilata. Un buon esempio di come funziona il processo è nella creazione di saccarosio da fruttosio e glucosio.

In questo caso, la formazione di saccarosio richiede un input di energia: il suo ΔG è di circa +27kJ/mol in condizioni standard. D’altra parte, un’idrolisi dell’ATP produce intorno-30kJ/mol all’interno delle regolazioni standard.

Ciò significa che l’energia generata dal processo è sufficiente per soddisfare il fabbisogno energetico nella sintesi della molecola di saccarosio.

Ci sono normalmente due reazioni qui, tra cui:

• La formazione di un intermedio (glucosio fosforilato) attraverso una reazione che consuma energia.
• Una reazione tra l’intermedio del glucosio e il fruttosio per produrre saccarosio è la seconda. Poiché il glucosio-P è piuttosto instabile, questa reazione è spontanea e genera energia.

Conclusione sull’accoppiamento energetico

Alcune reazioni si verificano e rilasciano energia, come l’idrolisi di una molecola di ATP. D’altra parte, alcune altre reazioni richiedono un po ‘ di energia per accadere.

L’accoppiamento energetico è necessario per garantire che l’energia generata nella prima reazione non vada sprecata come calore.

Invece, può essere utilizzato come combustibile per la seconda reazione che richiede energia.

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