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LA RESPIRAZIONE CELLULARE
I viventi ricavano dal cibo l’energia necessaria per poter svolgere le loro funzioni. Uno zucchero
semplice, il glucosio, è la sostanza maggiormente impiegata dalle cellule quale fonte di energia. Il
glucosio è il prodotto della fotosintesi e rappresenta il materiale di partenza per la “fabbricazione”
delle altre molecole organiche comuni a tutti i viventi: carboidrati, aminoacidi e proteine, acidi
grassi e lipidi, acidi nucleici, vitamine.
Quando il glucosio viene utilizzato come fonte energetica, nella cellula viene scisso da una serie di
reazioni chimiche che costituiscono la respirazione cellulare. La respirazione cellulare consiste
nella scissione del “cibo” e nella liberazione di energia in esso contenuta. Queste reazioni hanno
luogo all’interno della cellula, e non vanno confuse con l’inspirazione di aria che avviene in molti
animali. Nella maggior parte delle cellule, la respirazione cellulare richiede ossigeno ed è per
questo definita respirazione aerobica. Nel suo insieme il processo può essere rappresentato dalla
seguente equazione generale (reazione):
C6H12O6 + 602
6CO2 + 6H2O + energia
In alcune cellule la respirazione cellulare avviene in assenza di ossigeno ed è detta respirazione
anaerobica.
La respirazione aerobica
La molecola di glucosio è scissa in due molecole di acido piruvico. I primi passaggi della
scissione non richiedono ossigeno. Poi l’acido piruvico è ulteriormente scisso in una molecola a
due atomi di carbonio, la quale si combina con un coenzima, detto coenzima A, formando
l’acetil-CoA che subirà la respirazione aerobica.
Le reazioni di respirazione aerobica hanno luogo nei mitocondri e consistono in due serie di
reazioni: una è detta ciclo di Krebs (o “dell’acido citrico”); l’altra è detta ossidazione biologica.
Il ciclo di Krebs è il processo in cui l’acetil CoA è scisso in anidride carbonica con produzione di
energia e liberazione di elettroni. Parte dell’energia è liberata direttamente e accumulata subito in
molecole di ATP. L’ossidazione biologica è il processo in cui l’idrogeno si combina con l’ossigeno
formando acqua e liberando energia in forma di ATP.
L’ATP (adenosintrifosfato) è una molecola formata da adenina, uno zucchero (ribosio) e tre
gruppi fosforici. I gruppi fosforici di questa molecola sono tenuti assieme da legami altamente
energetici. Gran parte dell’energia disponibile per il lavoro delle cellule è contenuta in legami
altamente energetici. Quando la cellula accumula energia si produce ATP; quando la cellula
utilizza energia, l’ATP è scisso in ADP (adenosindifosfato) più un gruppo fosforico libero.
Possiamo, ora, riscrivere più correttamente l’equazione generale della respirazione cellulare:
ADP + P + C6H12O6 + 6O2
enzimi
6CO2 + 6H2O + ATP
Sono 38 le molecole di ADP che in seguito alla respirazione cellulare sono trasformate in ATP.
IL METABOLISMO
Il metabolismo è l’insieme delle reazioni chimiche che si svolgono negli esseri viventi. In alcune di
queste reazioni si accumula energia; in molte altre essa viene utilizzata o trasferita. Una molecola,
l’ATP, partecipa al trasferimento di energia. L’ATP è una molecola che fornisce energia
prontamente utilizzabile, che può essere accumulata e conservata fino a che non sia necessaria,
così come la moneta.
Le reazioni chimiche del metabolismo sono controllate da enzimi senza i quali procederebbero
molto lentamente oppure non avrebbero luogo.
Gli enzimi.
Sono molecole proteiche complesse sintetizzate nelle cellule. Come molte altre proteine sono
sensibili ai cambiamenti di temperatura e di pH. Funzionano da catalizzatori delle reazioni
biologiche, cioè accelerano la velocità delle reazioni chimiche delle cellule viventi. Gli enzimi non
sono modificati dalla reazione che catalizzano.
Molti enzimi richiedono un coenzima per controllare una reazione. Un coenzima è una sostanza
che lavora con un enzima, facilitandone l’azione.
LA RESPIRAZIONE ANAEROBICA
L’acido piruvico, ottenuto dalla scissione del glucosio, può essere demolito in modi differenti:
1. può andare incontro alla respirazione aerobica;
2. può dare luogo alla formazione di alcol etilico e anidride carbonica (il processo è detto
fermentazione);
3. può essere usato per formare acido lattico (il processo è detto glicolisi).
La fermentazione.
Molti microorganismi sono in grado di compiere la fermentazione; questa capacità è sfruttata, per
esempio, nella produzione del vino e del pane. Nel produrre vino, i microorganismi portano alla
formazione di alcol; nella produzione di pane, si forma anidride carbonica che fa gonfiare, cioè
lievitare la pasta. Il processo della fermentazione può essere così schematizzato:
2ADP + 2P + C6H12O6
enzimi
glucosio
2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
alcol etilico anidr. carbonica
energia
Soltanto una piccola quantità dell’energia che era accumulata nel glucosio è resa disponibile per
le cellule; molta energia rimane nelle molecole dell’alcol che, quindi, può essere usato come
combustibile.
La glicolisi.
La glicolisi ha luogo nei muscoli e nel fegato degli animali. Questo consente loro di eseguire attività
fisica prolungata. Il sangue fornisce alle cellule l’ossigeno necessario. Tuttavia le cellule possono
continuare ad utilizzare il glucosio per un breve periodo di tempo in assenza di ossigeno. In questo
lasso di tempo le cellule trasformano il glucosio in acido lattico. L’accumulo di acido lattico produce
la sensazione di fatica muscolare.
C6H12O6
Glucosio
2C3H6O3 + 2ATP
acido lattico
energia