La respirazione cellulare

La respirazione
cellulare
Il meccanismo mediante il quale
le cellule aerobie ricavano
l’energia dai composti del carbonio
utilizzando l’ossigeno atmosferico
L’energia
dei composti del carbonio
 I legami tra atomi di carbonio e di
idrogeno immagazzinano energia
 Il carbonio legato all’idrogeno si definisce H
carbonio ridotto
H C
 La rottura di questi legami e la
METANO
H
formazione di altri legami
tra carbonio e ossigeno e
C
H
tra idrogeno e ossigeno
H
O
libera energia
H
La molecola-energia: il
glucosio
Il glucosio, sintetizzato
dagli organismi
fotoautotrofi,
immagazzina nei legami
chimici l’energia solare
impiegata nella
fotosintesi.
Il glucosio è la fonte
principale di energia
biologica per tutti gli
organismi, sia autotrofi
sia eterotrofi
CH2OH
O H
H
HO
H
HO
H
H
OH
C6H12O6
OH
Energia nelle molecole biologiche
Il glucosio si
presenta come
Saccarosio
glucosio
fruttosio
disaccaride
un polimero
 Saccarosio: o
zucchero da
cucina -dimero di
glucosio e
Amido (patate, cereali)
fruttosio Amido: nei
tessuti vegetali
Cellulosa (legno)
 Glicogeno: nei
tessuti animali
Gli enzimi digestivi non riescono a scindere  Cellulosa: nelle
i legami tra le molecole di glucosio nella
pareti cellulari
cellulosa.
dei vegetali
glicolisi
 La prima tappa della respirazione
cellulare è la glicolisi, nel citoplasma
 Le due molecole di piruvato (a 3 atomi
di carbonio) e le molecole di NADH
(sulle quali sono caricati gli elettroni e i
protoni H+ sottratti al glucosio) non
partecipano alle reazioni di
fermentazione, ma vengono avviate
all’interno del mitocondrio
 Dal piruvato si libera una molecola di
CO2 e il gruppo acetile che rimane (a 2
atomi di carbonio) viene legato a un
trasportatore, il coenzima A (CoA),
dando origine all’ acetilCoA
In nero atomi di carbonio (C)
In rosso gruppi fosfato
Il mitocondrio
 La sede della respirazione ossidativa è il mitocondrio
 Le membrane dell’organello possono venire attraversate
solamente dal “trasportatore” coenzimaA (CoA)
 La membrana interna ospita delle proteine specializzate:
pompe protoniche, che trasportano i protoni H+ contro
gradiente (cioè li concentrano solo in un luogo, tra le due
membrane) e le proteine di trasporto degli elettroni, che
agiscono come una sorta di pile, producendo una corrente
elettrica (flusso di elettroni)
Spazio tra le due membrane
Interno del mitrocondrio
Ciclo di Krebs
 Nel mitocondrio una serie di enzimi
preleva il gruppo acetile dall’acetilCoA e
 lo lega a una molecola a 4 atomi di C
 Dando origine a una molecola di acido
citrico (a 6 atomi C)
 Una serie di reazioni ossida 2 dei 6
atomi C a CO2
 per sottrazione di elettroni e di H+
all’acido citrico
 Elettroni e protoni vengono caricati su
molecole trasportatrici: NAD+ e FAD+
che si riducono a NADH e FADH2
 Il prodotto finale della serie di reazioni è
la molecola a 4 atomi C, pronta a
legarsi con un altro gruppo acetile e
riprendere il processo
piruvato
NAD+
NADH
acetilCoA
ossalacetato
citrato
NAD+
NADH
Fosforilazione ossidativa
NADH e FADH2 liberano i protoni H+, accumulati dalle pompe protoniche tra le due
membrane del mitocondrio, e gli elettroni (la cui energia fa funzionare le pompe)
alle proteine della catena di trasporto.
Gli H+, costretti tra le due membrane, sono carichi di energia.
Catena di trasporto degli elettroni
2 H+
2 H+
2 H+
6 H+
e-
2 H+
2 H+
2
H+
NAD+
ATP
sintetasi
Gli ioni H+, attraverso un canale che funziona da ATPsintetasi (lega un gruppo fosfato
all’ADPfosforilazione),rientrano secondo gradiente nel mitocondrio. Qui l’ossigeno li
accoglie assieme agli elettroni che hanno fatto funzionare le pompe e si forma acqua.
Schema riassuntivo
Elettroni
portati dal
NADH
Elettroni portati
dal NADH e dal
FADH2
GLICOLISI
Glucosio  piruvato
citoplasma
fosforilazione al
livello del substrato
ciclo
di
Krebs
catena di
trasporto elettroni e
fosforilazione
ossidativa
mitocondrio
fosforilazione al
livello del substrato
Fosforilazione
ossidativa
Prodotti della respirazione
cellulare
 Da ogni molecola di glucosio C6H12O6 che viene
completamente ossidata nella cellula si ricavano
 36 molecola di ATP (2 vengono consumate per avviare la
glicolisi e 4 ne vengono prodotte dalla glicolisi)
 6 molecole di CO2
 6 molecole di H2O
ATP funge da “carica di energia”, come una micropila. Dove
serve, cede un gruppo fosfato (Pi) alla molecola che deve
essere lavorata e si trasforma in ADP.
Per ricaricare ADP ad ATP, viene impiegata l’energia liberata
dalla glicolisi e dalla respirazione cellulare
Se la cellula viene fornita di glucosio e di altre molecole
biologiche in quantità superiore alle sue necessità, questi
vengono trasformati in piruvato e successivamente in grasso