LA RESPIRAZIONE CELLULARE
Tutti gli esseri viventi ricavano l’energia necessaria alle loro attività da un processo, denominato
respirazione cellulare, che avviene in ciascuna delle loro cellule. La respirazione cellulare è formata
da una serie di reazioni che avvengono all’interno della cellula e che consentono di ricavare energia
dagli alimenti. Negli animali il cibo, tramite la digestione, viene ridotto a sostanze semplici: i
polisaccaridi sono ridotti a glucosio, le proteine ad amminoacidi, i trigliceridi a glicerolo ed acidi
grassi. Tutte queste sostanze semplici entrano poi nel sangue e, tramite questo, raggiungono tutte le
cellule. Nelle piante invece, tramite la fotosintesi, il glucosio viene prodotto direttamente dalle
cellule delle parti verdi, che lo riversano poi nella linfa elaborata tramite cui raggiunge tutte le parti
della pianta stessa.
All’interno delle cellule le sostanze elementari sono “bruciate”, cioè combinate con l’ossigeno
proveniente, per gli animali dalla respirazione polmonare, per le piante da apposite aperture delle
foglie, delle radici e del tronco. Tale combustione avviene attraverso un numero molto elevato di
reazioni chimiche, ognuna catalizzata da un enzima specifico, che consentono alle cellule di
ottenere energia senza raggiungere le alte temperature che si raggiungono bruciando “con fiamma”
le stesse sostanze. Le cellule infatti non potrebbero tollerare temperature così elevate. Nella
respirazione cellulare inoltre l’energia degli alimenti non è trasformata in calore, come avviene
nella combustione con fiamma, bensì in ATP, la moneta energetica utilizzata dalle cellule per tutte
le loro attività.
Per semplicità affronteremo ora solo il metabolismo energetico del
glucosio, cioè l’insieme delle reazioni chimiche attraverso le quali il
glucosio produce energia, facendo solo qualche accenno al
H
O
metabolismo energetico delle altre sostanze semplici (amminoacidi,
C
glicerolo e acidi grassi).
La prima parte della combustione del glucosio avviene nel
citoplasma, prende il nome di glicolisi e si verifica praticamente in
H
OH
C
tutte le cellule, dai più semplici procarioti alle cellule eucariote del
nostro corpo. La glicolisi, è formata da una serie di reazioni durante le
HO
H
quali, dallo scheletro del glucosio, sono sottratti atomi di idrogeno,
C
che vengono temporaneamente donati ad un composto detto NADH1.
Durante questa fase vengono anche generate due molecole di ATP,
H
C
OH
per ogni molecola entrata nel ciclo, mentre non viene utilizzato
l’ossigeno. Oltre al glucosio, ed ai polisaccaridi che da esso sono
H
formati (glicogeno ed amido), anche altri monosaccaridi ed alcuni
OH
C
disaccaridi possono essere utilizzati nella glicolisi.
Ciò che del glucosio resta ancora da demolire entra nella seconda fase
H
OH
C
della combustione, denominata ciclo di Krebs, che si svolge
all’interno della matrice mitocondriale, ovvero la soluzione che è
contenuta entro la membrana interna e ripiegata dei mitocondri. A
H
tale ciclo possono partecipare anche gli amminoacidi e gli acidi
grassi, che vi accedono da strade diverse dalla glicolisi, che si
Molecola di glucosio
svolgono nel citoplasma e durante le quali sono anch’essi
opportunamente trattati e trasformati. Durante il ciclo di Krebs si
finisce di togliere gli atomi di idrogeno dalla molecola di glucosio, per donarli ad altre molecole di
NADH e ad alcune molecole di FADH22, un altro composto che temporaneamente trattiene gli
atomi di idrogeno. Alla fine del ciclo, che non richiede ossigeno e durante il quale è prodotta ancora
L’ NAD+, il composto di partenza a cui si lega un atomo di idrogeno per formare NADH, si chiama nicotinammide
adeinin dinucleotide e, come dice il nome stesso, è formato da due nucleotidi contenenti adenina.
2
L’FAD, il composto di partenza a cui si legano due atomi di idrogeno per formare FADH 2, si chiama flavin adenin
dinucleotide ed ha una struttura simile a quella dell’NAD+.
1
qualche altra molecola di ATP, tutto ciò che resta della molecola di glucosio iniziale sono sei
molecole di CO2.
Anche la terza ed ultima fase della respirazione cellulare avviene nei mitocondri, più precisamente
entro il doppio stato fosfolipidico della membrana interna, e prende il nome di fosforilazione
ossidativa. Durante questa fase si svolgono tutta una serie di reazione, per mezzo della quali tutto
l’idrogeno, che nelle fasi precedenti era stato ceduto dal glucosio alle molecole di NADH e di
FADH2, adesso passa da queste all’ossigeno, che finalmente entra in gioco. Dalla combinazione tra
l’idrogeno e l’ossigeno si formano sei molecole di H2O per ogni molecola di glucosio iniziale e si
producono molte molecole di ATP.
Alla fine tutto il processo della respirazione cellulare può essere riassunto nella seguente reazione:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Durante di esso si sono prodotte 38 molecole di ATP, che tradotte in termini energetici,
corrispondono circa al 40% delle calorie che si otterrebbero bruciando una molecola di glucosio
all’aria. Il rendimento energetico della respirazione cellulare è dunque del 40%, circa il doppio di
quello delle macchine più efficienti inventate dall’uomo.
Riassumendo possiamo quindi dire che la respirazione cellulare avviene nelle seguenti tre fasi:
Glicolisi
Avviene nel citoplasma
Non necessita di ossigeno
Si producono poche molecole di ATP
Si sottraggono al glucosio atomi di idrogeno per donarli agli NADH
Ciclo di Krebs
Avviene nella matrice mitocondriale
Non necessita di ossigeno
Si producono poche molecole di ATP
Si finisce di togliere idrogeno dal glucosio, donandolo agli NADH ed agli FADH2, finché del
glucosio stesso non rimane che anidride carbonica.
Fosforilazione ossidativa
Avviene nel doppio stato della membrana mitocondriale interna
E’ necessario l’ossigeno
Si producono molte molecole di ATP
L’idrogeno degli NADH e degli FADH2 si combina con l’ossigeno, producendo acqua.
