Appunti di scienze: la respirazione cellulare

Le cellule ottengono la loro energia dalle reazioni metaboliche di demolizione dei composti organici che portano alla formazione di prodotti termodinamicamente più stabili. Tra le reazioni coinvolte vi è la respirazione cellulare, che solitamente richiede consumo di ossigeno e produce anidride carbonica e acqua. Ecco dei brevi appunti di scienze sul funzionamento della respirazione cellulare.

La respirazione cellulare avviene in tutti gli organismi viventi e in tutte le cellule e di solito comporta l'ossidazione del glucosio. Tuttavia l'energia liberata nella reazione di ossidazione del glucosio non può essere utilizzata come tale. Essa deve essere ulteriormente trasformata e il punto di contatto tra l'ossidazione del glucosio e le attività dell'organismo è rappresentato dalla formazione di una sostanza chiamata 'adenosina trifosfato'(ATP). L'ATP appartiene alla famiglia dei nucleotidi e la sua molecola è formata da una parte organica detta 'adenosina', a cui è legata una catena di tre gruppi fosfato che sono ioni inorganici. In presenza dell'enzima appropriato, l'ATP viene idrolizzato, sprigionando energia che in parte si disperde e in parte viene trasferita ad altre molecole.

L'idrolisi (scissione delle molecole tramite acqua) dell'ATP viene catalizzata dall'enzima ATPasi e porta alla liberazione di adenosina difosfato (ADP) e fosfato inorganico. Poiché l'ATP costituisce la fonte principale di energia per le cellule, all'interno di ogni cellula deve essere sempre presente una quantità di ATP pronta. A questo serve la respirazione cellulare: l'ossidazione del glucosio ha lo scopo di liberare energia e di renderla disponibile per la sintesi dell'ATP. La sintesi dell'ATP avviene tramite la fosforilazione dell'ADP, cioè l'aggiunta di un gruppo fosfato all'ADP ed è una reazione che ricava energia proprio dall'ossidazione del glucosio. Quindi sintesi l'ATP e ossidazione del glucosio sono due reazioni accoppiate e legate tra loro.

L'ATP non viene mai accumulato ma viene sintetizzato di continuo. Per quel che riguarda l'ossidazione del glucosio, la sua demolizione non avviene con una sola reazione ma tramite una sequenza di reazioni che formano la via metabolica detta 'respirazione aerobica', la quale può essere divisa in 'glicolisi' e 'ciclo di Krebs'.

L'acetil-CoA è una molecola intermedia importante nella respirazione cellulare perché rappresenta l'anello di congiunzione tra la glicolisi e il ciclo di Krebs. L'acetil-CoA contiene due atomi di carbonio e reagendo con un composto organico a 4 atomi di carbonio, detto ossalacetato, dà origine al citrato, che ha 6 atomi di carbonio.

Le molecole che accettano questi elettroni formano poi insieme una 'catena di trasporto degli elettroni'. Il primo trasportatore di elettroni è il nicotinamide adenindinucleotide (NAD), un coenzima. Il successivo trasportatore è il flavin adenindinucleotide (FAD), altro coenzima che deriva dalla vitamina B2.

Nel tempo si è riusciti a localizzare tutte queste reazioni e si è scoperto che la glicolisi avviene nel citoplasma della cellula mentre il ciclo di Krebs ha luogo nella matrice dei mitocondri. Invece la catena di trasporto degli elettroni avviene presso le membrane mitocondriali ed è stata per questo formulata la 'teoria chemiosmotica', secondo cui è il gradiente elettrochimico a cavallo della membrana mitocondriale interna a fornire l'energia necessaria per la sintesi delle molecole di ATP.

• http://doc.studenti.it/appunti/biologia/6/respirazione-cellulare.html
• http://www.skuola.net/biologia/cellula/respirazione-cellulare.html
• http://www.chimica-online.it/biologia/respirazione-cellulare.htm
• https://www.professionistiscuola.it/didattica/didattica-scienze/1145-laboratorio-di-scienze-la-respirazione-cellulare-e-la-fotosintesi.html
• http://www.treccani.it/scuola/lezioni/scienze_naturali/respirazione_cellulare_1.html

• Come realizzare un semplice schema sul ciclo di Krebs
• Come realizzare un semplice schema sulla catena di trasporto degli elettroni
• Appunti di biochimica: la glicolisi