Bioenergetica e respirazione cellulare
La Bioenergetica è la disciplina scientifica che studia le trasformazioni di energia che avvengono nei
processi vitali dell’organismo.
L’Energia Chimica contenuta negli alimenti viene continuamente convertita nelle cellule in altre forme di
energia, impiegata per sostenere il lavoro muscolare, il ricambio cellulare, l’accrescimento.
Il metabolismo è l’insieme delle trasformazioni biochimiche ed energetiche che avvengono nelle cellule
viventi. Nel metabolismo si distinguono due tipi di processi: Catabolismo e Anabolismo.
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Il Catabolismo comprende l’insieme di reazioni in cui le sostanze complesse sono demolite in
sostanze più semplici. Le reazioni cataboliche sono ESOERGONICHE, cioè liberano l’energia
contenuta nei composti di partenza.
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L’Anabolismo, invece, comprende invece l’insieme di reazioni di sintesi che portano alla formazione
di sostanze più complesse a partire da molecole semplici. Le reazioni anaboliche sono
ENDOERGONICHE, cioè accumulano energia nei composti sintetizzati.
CATABOLISMO E ANABOLISMO SONO PROCESSI INTERDIPENDENTI in quanto l’energia liberata dalle
reazioni esoergoniche viene impiegata nelle reazioni endoergoniche.
Questo trasferimento di energia è mediato dall’ATP che è un trasportatore di energia.
L'ATP viene idrolizzato ad ADP con produzione di energia (necessaria per le reazioni endoergoniche), e si
riconverte in ATP dopo aver ricevuto energia dalle reazioni esoergoniche.
La produzione di energia nell’organismo deriva dall’OSSIDAZIONE (o combustione) degli alimenti in
presenza di OSSIGENO. Questo processo è noto come RESPIRAZIONE CELLULARE.
Affinchè possa avvenire la respirazione cellulare c’è bisogno di
1) sostanze capaci di sviluppare energia: glucidi, lipidi, protidi, alcol.
2) ossigeno fornito dal sangue grazie alla respirazione.
Grazie alla respirazione cellulare avremo che:
Glucidi + O2 CO2+ H2O + Energia
Lipidi + O2
CO2+ H2O + Energia
Proteine + O2 CO2+ H2O + Composti azotati + Energia
I prodotti finali del catabolismo (CO2, H2O, Composti azotati) sono eliminati dall’organismo come materiali
di rifiuto attraverso la respirazione, la sudorazione, urine e feci.
LA RESPIRAZIONE CELLULARE
Il nutriente più comune per le cellule è il glucosio (C 6H12O6). L'energia può essere fornita anche da altre
molecole come i lipidi e le proteine, ma queste devono prima trasformarsi in glucosio o in un qualche
prodotto intermedio delle sue vie metaboliche. Nella cellula si verifica così una serie di reazioni, che porta
alla completa ossidazione del glucosio, e che prende il nome di RESPIRAZIONE CELLULARE.
La respirazione cellulare avviene in 3 tappe:
1) Glicolisi
2) Ciclo di Krebs
3) Catena respiratoria e fosforilazione ossidativa
1) La Glicolisi (significa “rottura”) avviene nel citoplasma delle cellule. Il glucosio, molecola a 6C (C= atomi di
Carbonio), in seguito alla glicolisi viene spezzata in 2 molecole di Piruvato, a 3 atomi di Carbonio. Nel corso
della glicolisi, che avviene in più tappe, si producono:
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2 molecole di Piruvato
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2 molecole di ATP
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2 molecole di NADH
Il NADH è la forma ridotta del coenzima NAD +, dopo la cattura di uno ione idrogeno (H +) e di 2 elettroni.
Il Piruvato, a questo punto, entra nel mitocondrio e si condensa (= si unisce) con un coenzima, detto
coenzima A. Durante questa condensazione il piruvato (3 C) perde una molecola di CO 2 e si ha la formazione
di una molecola a 2 atomi di Carbonio: l'AcetilCo-A (AcetilCoenzima-A).
L'acetil Co-A è una molecola che deriva dal
catabolismo di tutti i nutrienti: lipidi,
glucidi, protidi. Pertanto, da Acetil Co-A in
poi, la via per ottenere energia è unica.
Sempre nel mitocondrio (nella matrice) avviene la II tappa della respirazione cellulare: Il Ciclo di Krebs.
2)Il Ciclo di Krebs (o dell'acido citrico o degli acidi tricarbossilici).
Nel ciclo entrano:
Acetil Co-A (2 C), che si condensa con l'ossalacetato (molecola a 4 C che inizia e finisce il ciclo) e
produce acido citrico (6 C)
Coenzimi ossidati NAD+ e FAD
Alla fine del ciclo vengono prodotti:
I coenzimi ridotti FADH2 e NADH (si sono formati dopo che NAD + e FAD hanno accettato elettroni e
idrogenioni estratti durante il ciclo)
CO2
GTP (Guanosinatrifosfato) che cederà gruppi fosfato all'ADP formando ATP
3) A questo punto, i coenzimi ridotti FADH 2 e NADH cedono i loro elettroni a una catena di trasportatori di
elettroni situata sulle creste mitocondriali: la CATENA RESPIRATORIA. Il passaggio degli elettroni, ceduti dai
coenzimi ridotti alla catena respiratoria, determina la produzione di energia che viene immagazzinata nei
legami fosforici dell'ATP, mediante la reazione di fosforilazione dell'ADP + Pi in ATP.
Il processo di accoppiamento del flusso di elettroni nella catena respiratoria con la fosforilazione di ADP in
ATP viene chiamato FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA.
La presenza di Ossigeno come accettore finale di elettroni (e di H + ceduti dai coenzimi) è indispensabile per
la riossidazione del FADH2 (a FAD) e del NADH (a NAD+). Se l'ossigeno non è disponibile (come in caso di
sforzo muscolare) la catena si blocca, così come pure il ciclo di Krebs.
Dunque, in questa ultima fase della respirazione cellulare entrano:
NADH
FADH2
ADP
O2 (Ossigeno)
Alla fine della fosforilazione ossidativa si formano:
FAD e NAD+
ATP
Acqua (H2O)
La resa di energia dell'ossidazione di 1 molecola di glucosio, attraverso la respirazione
cellulare, è di 38 molecole di ATP totali.
