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RESPIRAZIONE CELLULARE
Le sostanze nutritive derivanti dalla digestione (negli animali) o
dalla fotosintesi e chemiosintesi (negli organismi foto- e chemio
sintetici) devono essere ossidate allo scopo di produrre
l’energia necessaria al metabolismo
Il processo avviene nelle cellule in presenza di ossigeno
(aerobiosi) a partire da zuccheri che vengono completamente
demoliti ad anidride carbonica e acqua. Da tale ossidazione
(perdita di elettroni) si libera energia sotto forma di ATP e di
calore
C 6
H 12
O 6
+ 6O 2
= 6CO 2
+ 6H 2
O + energia
(686 kcal/mole in ATP e calore)
In assenza di ossigeno si hanno le fermentazioni
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La principale molecola che agisce da substrato per la
respirazione cellulare è il glucosio.
L’energia che si ottiene viene immagazzinata nei legami ad
alta energia contenuti nella molecola di adenosin-trifosfato,
ATP.
La demolizione del glucosio avviene gradualmente attraverso
una serie di reazioni catalizzate da specifici enzimi.
La respirazione cellulare porta alla formazione di 38
molecole di ATP per ogni molecola di glucosio
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Le fasi della respirazione cellulare
1^ fase: glicolisi
glucosio scisso in due mol. di piruvato
2^ fase: ciclo di Krebs
piruvato ossidato fino a CO 2
3^ fase: trasporto degli elettroni
lungo una catena di trasportatori
4^ fase: fosforilazione ossidativa
energia usata per formare ATP
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1^ fase: glicolisi
Avviene, in assenza di ossigeno, a livello del citoplasma dove si
trovano gli enzimi necessari allo svolgimento di tutte le reazioni.
La glicolisi rappresenta la più antica via metabolica che gli
organismi hanno adottato per ottenere energia.
C 6
H 12
O 6
+ 2NAD + 2ADP + 2P i
2C 3
H 4
O 4
+ 2NADH 2
+ 2ATP
In sintesi, attraverso diverse reazioni, una molecola di glucosio
viene parzialmente demolita in due molecole di un composto a tre
atomi di carbonio, l'acido piruvico (piruvato), con produzione
netta di due molecole di ATP e riduzione di due molecole di
NADH.
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2^ fase: ciclo di Krebs
Il piruvato viene completamente demolito in CO 2
e H 2
O
Negli eucarioti i mitocondri sono gli
organuli cellulari dove avvengono le
reazioni del ciclo di Krebs
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Il piruvato prima di entrare nel ciclo di Krebs viene
decarbossilato
1. Il C in posizione 1 viene liberato con l’O come CO2
2. Il gruppo acetilico a due atomi di C che resta si lega
al CoA e forma l’AcetilCoA, mentre l’H + va a ridurre un
NAD a NADH
Il gruppo acetilico che entra nel ciclo di Krebs può
provenire pure dalla demolizione di grassi o amminoacidi
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Nello stroma del
mitocondrio
I 2 atomi di C
del gruppo
acetilico, con
una serie di
reazioni, sono
ossidati a CO 2
.
Gli atomi di H
sono trasferiti
a NAD e FAD,
gli “accettori
di elettroni”
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3^ fase: trasporto degli elettroni
Il NADH e il FADH 2
cedono i propri
elettroni ad una serie di
trasportatori, localizzati sulla
membrana interna del mitocondrio,
convertendosi nella forma ossidata e
potendo quindi essere riutilizzati in
un nuovo ciclo.
Attraverso la serie di trasportatori
(es. coenzima Q, citocromi,
flavoproteine, ecc.) e livelli
energetici sempre più bassi, gli
elettroni sono infine accettati
dall’ossigeno con formazione di
acqua.
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4^fase: fosforilazione ossidativa
Avviene a livello delle creste mitocondriali.
Il passaggio degli elettroni lungo la catena dei trasportatori
comporta la liberazione di energia che viene immagazzinata nei
legami di 36 molecole di ATP (da ADP e P inorganico).
La sintesi di tali molecole viene operata dall’enzima ATP sintasi
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LA FERMENTAZIONE
In assenza o scarsità di ossigeno, il piruvato prodotto nella
glicolisi è trasformato in lattato (fermentazione lattica) o in
alcool etilico e CO 2
(fermentazione alcolica).
I prodotti finali hanno ancora un elevato contenuto energetico.
• La fermentazione lattica avviene in molti batteri, funghi e
nelle cellule animali
• La fermentazione alcolica avviene nei lieviti e nelle cellule
vegetali
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Per ogni molecola di glucosio fermentata si ha un guadagno
di due sole molecole di ATP, contro le 36 nette della
respirazione. Ma il processo è molto più veloce e consente
di produrre ATP in modo sufficiente, seppure con maggior
consumo di glucosio.
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