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RESPIRAZIONE CELLULARE
SCOPO  PRODURRE ENERGIA sotto forma di ATP, per passaggi successivi da molecole
grandi con elevata energia di legame a molecole piccole con bassa energia di legame
REAZIONI DI OSSIDAZIONE
N.B. nelle vie metaboliche le reazioni avvengono per passaggi successivi, ciascuno presieduto da un
enzima; i prodotti intermedi che si formano in un passaggio sono il substrato dell’enzima che
catalizza il passaggio successivo.
I STADIO  GLICOLISI
sede Citoplasma
1 molecola di GLUCOSIO (6 C) viene scissa in 2 molecole di ACIDO PIRUVICO (3 C)
produce 4 ATP
produce 2 molecole di NADH
per 1 GLUCOSIO  2 ACIDO PIRUVICO + 4 ATP + 2 NADH
in presenza di ossigeno l’ACIDO PIRUVICO viene portato nei mitocondri dove verrà completamente demolito, l’accettore finale degli elettroni sarà l’ossigeno.
se l’ACIDO PIRUVICO prosegue per il II stadio il NADH sarà ossidato nella catena respiratoria
però non si avrà: 1 NADH  3 ATP come avviene normalmente ma 1 NADH  2 ATP perché il
NADH per arrivare alla catena respiratoria deve entrare nei mitocondri e ciò richiede energia per
cui questa molecola sarà meno “carica” rispetto al NADH prodotto dentro i mitocondri ovvero
avrà un rendimento minore.
in assenza o carenza di ossigeno l’ACIDO PIRUVICO rimane nel citoplasma, l’accettore finale di elettroni sarà un altro composto ≠ dall’ossigeno(vedi fermentazione).
RENDIMENTO DELLA GLICOLISI = 2 molecole di ATP
Il rendimento finale della glicolisi è d 2 ATP in quanto pur venendone prodotte 4 molecole, 2 vanno
sottratte perché 2 ATP ,presenti nel citoplasma, vengono utilizzate inizialmente per attivare il
Glucosio per cui tale quota va ripristinata.
Se il glucosio da attivare proviene dalla scissione del glicogeno per attivarlo basta 1 solo ATP per
cui, in questo caso, il rendimento finale della glicolisi sarà di 3 ATP
Durante la glicolisi e il Ciclo di Krebs si ha la partecipazione alle reazioni di due coenzimi il
NAD+e il FAD che collaborando, con gli enzimi, come accettori di H ed elettroni, diventano:
NAD+  NADH e il FAD  FADH2, in questo modo rimuovono dai prodotti intermedi proprio H+
ed elettroni per trasportarli su altre molecole della catena respiratoria del III stadio.
II STADIO CICLO DI KREBS = Ciclo degli Acidi Tricarbossilici sede Mitocondri (matrice)
= Ciclo dell’Acido Citrico(1°composto acetil-CoA+ac.ossalac.)
1 molecola di ACIDO PIRUVICO si unisce ad un coenzima: il Coenzima A formando l’acetil-CoA
libera 1 molecola di CO2
dà luogo alla formazione di 1 molecola di NADH
l’acetil-CoA si unisce ad 1 molecola di ACIDO OSSALACETICO  inizio del ciclo
dopo una serie di reazioni che: liberano altre 2 molecole di CO2
producono 3 molecole di NADH
producono 1 molecola di FADH2
producono 1 molecola di ATP
si riforma l’ACIDO OSSALACETICO che riavvia il ciclo
1 ACIDO PIRUVICO + CoA 1 acetil-CoA+1CO2+ 1NADH +2CO2+3 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP
per 2 di ACIDO PIRUVICO si avranno2CO2 +2NADH +4CO2 +6NADH + 2FADH2 + 2 ATP
=
6CO2 + 8NADH + 2 FADH2 + 2ATP
RENDIMENTO DEL CICLO DI KREBS = 2 molecole di ATP
III STADIO FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA sede Mitocondri (membrana)
Lungo il passaggio dei prodotti: NADH e FADH2 attraverso la catena respiratoria, avverrà la
maggior produzione di molecole di ATP.
Da 1 NADH della glicolisi  2ATP
“ 1 NADH della formazione di acetil-CoA e del ciclo di Krebs 3ATP
“ 1FADH2 del ciclo di Krebs  2ATP
L’energia liberata dagli elettroni che fluiscono lungo la catena respiratoria viene utilizzata per
“pompare” ioni H+ dalla matrice verso lo spazio tra le due membrane mitocondriali, attraverso
alcune proteine che si trovano nella membrana interna dei mitocondri. In questo modo si forma una
differenza di concentrazione(detta gradiente) tra la matrice e lo spazio tra le membrane: elevata
concentrazione di ioni H+ tra le membrane e bassa nella matrice. A questo punto, gli ioni H+
possono fluire verso la matrice per semplice diffusione, attraversando la membrana interna del
mitocondrio grazie ad un canale formato dal complesso proteico dell’ATPsintetasi. Questo
movimento di H+, noto come chemiosmosi avviene secondo il gradiente di concentrazione ed è un
processo esoergonico. L’ATP sintetasi sfrutta l’energia rilasciata dal passaggio degli H+
accoppiandolo con la sintesi di ATP a partire da ADP + P. questo processo prende il nome di
fosforilazione ossidativa. Alla fine della catena gli elettroni sono accettati dall’ossigeno che
unendosi all’idrogeno forma H2O. Da 6O2 si ottengono 6H2O.
PRODUZIONE DI ATP
2 NADH  4 ATP +
8 NADH  24 ATP
+ 2 FADH2 4ATP
(dalla glicolisi)
(dalla formazione di acetil-CoA e dal Ciclo di Krebs) (dal ciclo di Krebs)
4 ATP
+ 24 ATP
+ 4 ATP = 32 ATP
RENDIMENTO DELLA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA = 32 molecole di ATP
RENDIMENTO DEI 3 STADI :
2 ATP (I STADIO) + 2 ATP (II STADIO) + 32 ATP(III STADIO) = 36 ATP
REAZIONE GENERALE DELL RESPIRAZIONE AEROBICA
C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP
Nel metabolismo del glucosio a livello del muscolo e del fegato si possono produrre 37 molecole di
ATP perché la glicolisi parte dal glicogeno e per attivare il glucosio si utilizza 1 sola molecola di
ATP per cui il bilancio per la glicolisi è di 3 ATP anziché 2 ATP.
L’ATP prodotto esce dal mitocondrio per andare nel citoplasma dove verrà utilizzato,
contemporaneamente ADP entra nel mitocondrio per ripristinare le scorte.
In assenza o in carenza di ossigeno
In assenza o in carenza di ossigeno non è possibile la demolizione completa del glucosio ad anidride
carbonica e acqua, né la produzione di 36 molecole di ATP. Lo stadio successivo alla glicolisi sarà la
fermentazione. La fermentazione, partendo dall’acido piruvico, porta alla formazione di acido lattico (=
fermentazione lattica, reazione reversibile) oppure di alcol etilico (= fermentazione alcolica).
LA FERMENTAZIONE
LATTICA
Se l’ACIDO PIRUVICO si trasforma in ACIDO LATTICO, il NADH viene ossidato dallo stesso
ACIDO PIRUVICO che si trasforma, appunto, in ACIDO LATTICO, la reazione è reversibile
H
H
|
|
H–C–H
H – C –H
|
|
C=O
H – C –OH
+ NADH + H+
|
+ NAD+
|
C=O
C=O
|
|
OH
OH
ALCOLICA
L’ACIDO PIRUVICO si trasforma prima in ACETALDEIDE perdendo CO2 e poi
l’ACETALDEIDE si trasforma in ALCOL ETILICO ossidando il NADH.
H
|
H–C–H
|
H
|
C=O
|
H – C- H
+ CO2
|
C=O
|
OH
C=O
|
H
ACETALDEIDE
H
H
|
|
H – C –H
|
+ NADH + H+ 
H –C – H
|
H –C – OH
C=O
|
|
H
H
ALCOL ETILICO = ETANOLO
+ NAD+