Come realizzare un semplice schema sulla catena di trasporto degli elettroni

Il sistema di trasporto degli elettroni consiste in una serie di molecole trasportatrici (che insieme formano la cosiddetta catena respiratoria), inserite in una membrana. Queste utilizzano l'energia fornita dalle reazioni di glicolisi, ossidazione del piruvato, ossidazione degli acidi grassi e dal ciclo dell'acido citrico (di Krebs) per creare un gradiente (differenza di concentrazione) di idrogenioni (H+) attraverso la membrana in cui sono inserite. Il processo di trasporto degli elettroni avviene a livello della membrana dei mitocondri nella quale si trovano quattro grossi complessi proteici che lavorano in sequenza per trasferire all'ossigeno gli elettroni trasportati dal NADH (Nicotinammde-Adenin-Dinucleotide ridotto) e dal FADH2 (Flavin-Adenin-Dinucleotide ridotto). L'energia liberata è, infine, utilizzata per provocare la reazione di fosforilazione che forma ATP (Adenosina trifosfato) da ADP (Adenosina difosfato) e fosfato inorganico (Pi). In questa guida verrà esplicato come realizzare un semplice schema sulla catena di trasporto degli elettroni, col fine di carpirne i principali meccanismi servendosi di meccanismi basilari, ma allo stesso tempo efficaci.

• Carta e penna
• Conoscenze di natura biologica

La catena respiratoria si avvale dell'energia liberata dall'ossidazione di NADH e FADH2 ad opera dell'ossigeno (O2) che si riduce ad acqua (H2O) per creare un flusso di elettroni che a sua volta causa lo spostamento di ioni idrogeno (H+) dalla matrice allo spazio intermembrana. Dei quattro complessi proteici, solo i complessi 1, 3 e 4 sono capaci di spostare ioni H+ e sono perciò dette pompe protoniche. Oltre a questi, intervengono nelle reazioni il coenzima Q (capace di muoversi all'interno della membrana), che trasferisce elettroni dai complessi 1 e 2 fino al complesso 3, e il citocromo C (una piccola proteina situata all'esterno della membrana), che trasferisce elettroni dal complesso 3 al complesso 4. Come è facile intendere, tutti questi meccanismi si basano su un'efficientissima rete di complessi che compiono specifici fenomeni chimici in modo quantomeno coordinato.

Grazie alle reazioni che avvengono nella catena di trasporto degli elettroni, viene a crearsi un gradiente di ioni H+ tra lo spazio intermembrana e lo spazio della matrice dei mitocondri. Gli ioni H+, accumulati a livello dello spazio intermembrana, non sono in grado di spostarsi liberamente in senso opposto e tornare nella matrice, poiché la membrana interna mitocondriale è impermeabile a questi ioni. È qui che entra in gioco un altro enzima: la ATP sintasi. Si tratta di un enzima composto da due subunità, F0 ed F1, situato nella membrana interna dei mitocondri ed in grado di sintetizzare ATP a partire da ADP e Pi (fosfato inorganico). Gli ioni H+ possono passare dallo spazio intermembrana a quello della matrice solo attraverso questo complesso enzimatico e questo flusso provoca il movimento (una vera e propria rotazione) della subunità F0 rispetto alla F1 portando alla formazione di ATP.

A questo punto abbiamo a disposizione le componenti principali che ci permetteranno di realizzare uno schema semplificato della catena di trasporto degli elettroni. Con un po' di fantasia, potremmo rappresentare una porzione stilizzata della membrana esterna e di quella interna di un mitocondrio, con i 4 complessi proteici posti in maniera sequenziale a cavallo di quest'ultima (magari avendo l'accortezza di farla attraversare dalle 3 pompe protoniche e di posizionare il complesso 2 solo sul versante che "guarda" lo spazio della matrice). Allo stesso modo, la "versione stilizzata" della ATP sintassi sarebbe l'ultimo elemento all'estremo della nostra membrana mitocondriale interna. A completare il nostro schema sarà la riproduzione dei principali flussi di elettroni e ioni idrogeno, che hanno luogo durante le varie reazioni enzimatiche e che daranno come esito ultimo la formazione di ATP.

• Studiare nei minimi dettagli tutti i processi al fine di comprendere al meglio anche gli schemi più semplici

• Fosforilazione ossidativa