L’energia e la vita


Tutti gli esseri viventi hanno la necessità di disporre di energia libera per funzionare. Ogni cellula deve compiere un lavoro per garantire la vita attraverso le funzioni riproduttive, il movimento, l’omeostasi. La capacità di ogni cellula di compiere un lavoro dipende dall’energia.

Gli animali e l’uomo sono organismi eterotrofi. A differenza delle piante (autotrofe), infatti, non sono in grado di trasformare l’energia solare in energia chimica. L’energia chimica gli eterotrofi la ottengono mangiando le piante oppure altri animali. I nutrienti ingeriti, attraverso l’alimentazione, vanno incontro ad un lento processo di combustione per ottenere i fattori semplici assorbibili, rappresentati principalmente da zuccheri semplici, aminoacidi e acidi grassi.

A livello cellulare avviene una ulteriore demolizione in molecole ancora più semplici per ottenere energia, conservata in molecole prontamente disponibili a fornire energia, rappresentate principalmente dell’ATP. Il processo più redditizio e moderno di produzione di energia, a livello cellulare, viene definito respirazione cellulare. Anche la semplice glicolisi anaerobica (non necessita di ossigeno) fornisce energia chimica, ma con un rendimento molto più basso.

La capacità di ogni cellula di compiere un lavoro dipende dall’energia. Ci sono due forme fondamentali di energia: energia cinetica ed energia potenziale. La prima è l’energia del movimento e dell’azione, la seconda è l’energia dell’immagazzinamento e della posizione.  Le due forme di energia si trasformano continuamente una nell’altra, come quando si utilizza l’energia immagazzinata per compiere un lavoro. L’energia termica è una forma di energia cinetica, dovuta al movimento randomizzato degli atomi. L’energia termica che si trasferisce da un corpo ad un altro è chiamata calore. La luce è un’altra forma di energia cinetica.

L’energia chimica è il più importante tipo di energia degli esseri viventi, essendo l’energia potenziale disponibile per compiere le reazioni necessarie alla vita. La termodinamica rappresenta lo studio delle trasformazioni di energia che i verificano nella materia. Le leggi fondamentali della termodinamica sono due:

I° legge della termodinamica: L’energia non può né essere creata né essere distrutta. La quantità totale di energia dell’universo è costante. Ogni tipo di energia può trasformarsi in una forma diversa. Niente si crea e niente si distrugge ma tutto si trasforma.

II° legge della termodinamica: il processo di trasformazione di una forma di energia in un’altra forma non consente di convertire il 100% dell’energia. La maggior parte dell’energia si converte in un altro tipo di energia che non può essere misurato: l’entropia. La trasformazione dell’energia, perciò, fa aumentare il disordine. Una parte di energia viene persa come calore. Le cellule usano l’ossigeno per estrarre energia dalle sostanze nutritive, mente acqua ed anidride carbonica sono prodotti di scarto. Con la respirazione cellulare, dalle molecole che derivano dalla digestione degli alimenti, si estrae energia che viene immagazzinata sotto forma di ATP, molecole energetiche prontamente disponibili per produrre lavoro. Perciò, l’energia dell’universo è costante (I° legge termodinamica) e le conversioni di energia fanno aumentare il disordine dell’universo (entropia). Le reazioni chimiche vengono distinte in Esoergoniche (liberano energia) ed Endoergoniche (richiedono energia ed accumulano energia).

Le reazioni chimiche vengono distinte in

Esoergoniche (liberano energia)

Endoergoniche (richiedono energia ed accumulano energia)

La respirazione cellulare comprende vari steps in cui l’energia rilasciata viene utilizzata per produrre ATP.

L’anabolismo è caratterizzato da reazioni che assorbono energia e danno origine a prodotti più ricchi di energia (energia potenziale)

Le reazioni cataboliche liberano energia e danno origine a prodotti che contengono meno energia (energia potenziale)

Il metabolismo è la somma delle innumerevoli reazione che avvengono nell’organismo.

L’ATP è un’energia immagazzinata prontamente disponibile per compiere un lavoro. E’ formata da una molecola di Adenosina e una coda trifosfata formata da 3 gruppi fosfati. L’energia nelle molecole di ATP è trasportata dai legami tra i gruppi fosfati.

Il lavoro cellulare è garantito dalla capacità di ripristinare l’ATP consumata. Il ciclo dell’ATP consente il lavoro cellulare accoppiando i fenomeni anabolici con quelli catabolici.

La cellula compie 3 tipi principali di lavoro:

Chimico

Meccanico

Trasporto

L’ATP è necessaria per svolgere tutti e 3 i tipi di lavoro.

L’energia fluisce attraverso gli animali, a partire dale piante, formando una catena alimentare. Nei vari passaggi, per le leggi della termodinamica, si ha una notevole dispersione di energia.