LA RESPIRAZIONE CELLULARE

Il presente schema rappresenta una enorme semplificazione dei passaggi che caratterizzano il
processo della respirazione cellulare. Ulteriori approfondimenti possono essere tratti dal materiale
(fotocopie) fornito alla segreteria, che si invita a leggere con necessaria attenzione.
Il docente
Prof. Giovanni Maiorca
LA RESPIRAZIONE CELLULARE
Schema sulla respirazione cellulare
La respirazione cellulare è un processo catabolico nel quale da molecole organiche complesse
(quali zuccheri) in presenza di ossigeno si ottengono molecole inorganiche semplici (anidride
carbonica ed acqua) con liberazione di energia conservata nell’ATP e liberata sottoforma di energia
termica o calore. Questo calore liberato è alla base della omeotermia, cioè alcuni organismi, quali
mammiferi ed uccelli, hanno una temperatura del corpo costante (il genere umano ha una
temperatura compresa tra i 34° e i 36°). La respirazione cellulare è la reazione di combustione del
glucosio, che nelle cellule libera energia utile per le attività dell’organismo. Si tratta di un processo
opposto alla fotosintesi.
La respirazione cellulare è un processo di ossidazione delle sostanze, cioè in presenza di O2 le
sostanze vengono demolite. Questo processo di ossidazione è possibile grazie agli enzimi, che sono
moltissimi e catalizzano ciascuno una reazione specifica. Ogni passaggio di reazione richiede
l’intervento di un enzima. Le tappe della respirazione cellulare sono controllate da enzimi e si
verificano in due fasi: la prima fase detta anaerobica (senza ossigeno) o glicolisi che avviene nel
citoplasma senza coinvolgimento di ossigeno; una seconda fase detta aerobica (con ossigeno) che
avviene nei mitocondri e che richiede ossigeno.
1° STADIO: LA GLICOLISI
Il glucosio (C6H12O6) una volta entrato nel citoplasma va incontro ad una serie di 11 reazioni
ciascuna caratterizzata da un enzima specifico, tali reazioni sono collegate fra loro e portano alla
formazione di due molecole di acido piruvico. Nella glicolisi avviene la scissione dello zucchero: la
molecola di glucosio si spezza a metà e vengono liberate due molecole di ATP
.
La glicolisi è un processo che non necessita di O2 ed è un processo anaerobico, ossia avviene in
assenza di ossigeno. La glicolisi è un processo preparatorio alla respirazione che ha sede nei
mitocondri. Per alcuni organismi la glicolisi è l’unica fonte di respirazione (batteri, alghe azzurre).
La sede della glicolisi è il citoplasma.
Reazione:
C6H12O6 + 2 ADP + 2 P = 2CH3COCOOH+ 2 ATP
2° STADIO: FORMAZIONE DELL’ACETIL COENZIMA A
In presenza di ossigeno: l’acido piruvico entra nel mitocondrio e si pone nella matrice
mitocondriale e qui grazie agli enzimi perde il gruppo CO2
Il gruppo acetile si attacca alla grande molecola di coenzima A (COA), quindi si ottiene l’acetil
coenzima A.:
Questo acetil Coenzima A entra nella matrice mitocondriale, in un ciclo di reazione che si chiama
ciclo di Krebs
3° STADIO: CICLO DI KREBS
Schema complessivo sulla del ciclo di krebs
Nel ciclo entra l’acetil coenzima A attraverso la reazione con l’ultimo composto del ciclo che
possiede quattro atomi di carbonio. Durante il ciclo si perdono due atomi di carbonio sottoforma di
due molecole di CO2. Oltre all’anidride carbonica vengono liberate coppie di ioni idrogeno (2H+) e
di elettroni e vengono liberate anche due molecole di ATP.
4° STADIO: CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI
Dal ciclo di Krebs arrivano gli ioni 2H+ e coppie di elettroni, che vengono catturati da alcune
sostanze dette trasportatori e portati anch’esse sulle creste mitocondriali. I trasportatori sono
particolari molecole disposte in file sulle creste mitocondriali.
Il NAD+ può essere presente in due forme: NAD+ è la forma ossidata, ossia che cede elettroni,
NADH è la forma ridotta che ha assorbito elettroni. Il NADH può ridiventa NAD+ se cede elettroni
in qualsiasi momento. Se il NAD+ assume elettroni esso diventa NADH.
L’NAD+ assumendo gli ioni 2H+ diventano NADH, i trasportatori A,B,C (i trasportatori sono
indicati con lettere a caso) a contatto con gli ioni 2H+ dalla forma ossidata si trasformano alla forma
ridotta, l’ossigeno diventa acqua. Si forma una catena detta catena di trasporto degli elettroni o
respiratoria. Associata a questa catena di elettroni vi è si osserva produzione di energia sottoforma
di ATP.
La produzione di ATP associata alla catena respiratoria prende il nome di fosforilazione ossidativa.
Per ogni atomo di ossigeno che diventano acqua si liberano tre molecole di ATP (in totale nella
respirazione vengono liberate 2 molecole di ATP nella glicolisi, 2 nel ciclo di Krebs e un numero
abbondante nella catena respiratoria) e anidride carbonica (prodotta dal ciclo di Krebs, dalla
formazione dell’acido piruvico e da quella dell’acetil coenzima A.
BILANCIO GENERALE DELLA RESPIRAZIONE:
Il 40% di questa energia viene conservata sottoforma di ATP: si formano 36 molecole di ATP di cui
2 della glicolisi, 2 nel ciclo di Krebs, 32 nella catena di trasporto degli elettroni. Il restante 60%
viene liberato sottoforma di calore.
ALTERNATIVA: AMBIENTE PRIVO DI OSSIGENO
Se non c’è ossigeno avviene la glicolisi, si forma l’acido piruvico, ma le due molecole di acido
piruvico danno origine alla fermentazione alcolica o alla la fermentazione lattica.
FERMENTAZIONE ALCOLICA:
Si tratta della fermentazione tipica dei lieviti. Non vi è produzione di energia ad eccezione delle due
molecole di ATP liberate dalla glicolisi.
FERMENTAZIONE LATTICA: