La respirazione cellulare

La respirazione cellulare

2.1 La formazione della molecola di ATP

A.    A. La molecola di ATP

ha tre gruppi fosfato

perdendo il gruppo fosfato terminale, rilascia energia e si trasforma in ADP

è la fonte di energia per le reazioni biologiche

si forma per aggiunta di un gruppo fosfato all'ADP, in presenza di energia

è la forma in cui viene immagazzinata l'energia contenuta nel cibo ingerito

2.2 Da dove viene l'energia immagazzinata nell'ATP?

A.    A. Alcune sostanze hanno maggiore affinità di altre per gli elettroni.

B.    B. In una reazione chimica

le sostanze che acquisiscono elettroni si riducono

le sostanze che cedono elettroni si ossidano

C.    C. Ossidazione e riduzione sono processi interdipendenti, cioè quando c'è una sostanza che si ossida, ce n'è una che si riduce.

D.    D. Le reazioni in cui si ha ossidazione e riduzione sono dette reazioni di ossidoriduzione o reazioni redox.

E.     E. Nelle reazioni redox:

non è implicato necessariamente l'ossigeno

molecole ad alto contenuto energetico si ossidano, cioè cedono elettroni a una molecola trasportatrice di elettroni che, a sua volta, trasferisce gli elettroni a un altro trasportatore

i trasportatori di elettroni, formano una catena fino all'accettore finale degli elettroni, solitamente un atomo di idrogeno

F.     F. Il più importante trasportatore di elettroni è il NAD (nicotinamide adenina dinucleotide):

• quando non trasporta elettroni è in forma ionica (NAD⁺)
• quando accetta 1 elettrone e 1 atomo di idrogeno si trasforma in NADH

a su volta, rilascia elettroni ad altri trasportatori rigenerando il NAD⁺

2.3 Le tre grandi tappe della respirazione cellulare

A.    A. Il glucosio, molecola ad alto contenuto energetico, viene demolito con la respirazione cellulare.

B.    B. La respirazione cellulare:

è formata da tre tappe: glicolisi, ciclo di Krebs e catena di trasporto degli elettroni

ciascuna tappa è formata da più reazioni, ognuna catalizzata da enzimi

immagazzina nell'ATP l'energia chimica liberata dalla demolizione del glucosio

richiede ossigeno

ha una resa energetica complessiva di 36 molecole di ATP

C.    C. La glicolisi:

• è il processo più semplice e più antico usato dagli organismi per ottenere energia
• è presente in tutti gli organismi

per alcuni batteri e organismi unicellulari è l'unico processo per ottenere energia

• non è un processo molto efficiente

ha una resa netta di solo 2 molecole di ATP

utilizza solo una piccola parte dell'energia contenuta nella molecola di glucosio

si svolge nel citoplasma della cellula

non richiede ossigeno

D.    D. Il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni:

si sono evoluti più tardi rispetto alla glicolisi

sono presenti solo negli organismi aerobi

si svolgono nei mitocondri

hanno una resa energetica complessiva di 34 molecole di ATP

richiedono ossigeno (solo la catena di trasporto degli elettroni)

2.4 La prima tappa della respirazione cellulare: la glicolisi

A.    A. Gli stadi della glicolisi sono:

1. il glucosio viene convertito in glucosio-6-fosfato per aggiunta dall'ATP di un gruppo fosfato

- si consuma una molecola di ATP

2. il glucosio-6-fosfato viene riorganizzato in fruttosio-6-fosfato
3. il fruttosio-6-fosfato viene trasformato in fruttosio-1,6-difosfato per aggiunta di un altro gruppo fosfato dall'ATP

- si consuma un'altra molecola di ATP

4. il fruttosio-1,6-difosfato viene scisso in due molecole di gliceraldeide-3-fosfato
5. ciascuna molecola di gliceraldeide-3-fosfato è convertita in acido 1,3-difosfoglicerico

- si formano due molecole di NADH

6. ciascuna molecola di acido 1,3-difosfoglicerico è convertita in acido 3-fosfoglicerico

- si formano 2 molecole di ATP

7. ciascuna molecola di acido 3-fosfoglicerico è convertita in acido piruvico

- si formano due molecole di ATP

2.5 La seconda tappa della respirazione cellulare: il ciclo di Krebs

A.    A. Il ciclo di Krebs:

si svolge nella camera interna dei mitocondri

è chiamato anche ciclo dell'acido citrico perché questo è il suo primo prodotto

ha una resa di sole 2 molecole di ATP

è un ciclo perché alla fine del processo si rigenera il primo reagente

B.    B. Tra la glicolisi e il ciclo di Krebs c'è una reazione intermedia che serve a formare la molecola di acetil-CoA.

C.    C. Gli stadi del ciclo di Krebs sono:

1. l'acetil-CoA si combina con l'acido ossalacetico

- si forma una molecola di acido citrico

2. l'acido citrico viene ossidato

- si trasforma in acido α-chetoglutarico

3. l' acido &-chetoglutarico viene ossidato dal NAD⁺

- si forma una molecola di CO₂ e un composto a 4 atomi di carbonio

4. il composto a 4 atomi di carbonio viene trasformato in acido succinico
5. l'acido succinico viene ossidato dal FAD

- si trasforma in acido malico

6. l'acido malico viene ossidato dal NAD⁺

si forma acido ossalacetico

7. il ciclo ricomincia

2.6 La terza tappa della respirazione cellulare: la catena di trasporto

A.    A. La catena di trasporto degli elettroni:

ha luogo sulla membrana mitocondriale interna

è formata da molecole trasportatrici di elettroni (NADH e FADH₂)

ha come accettore finale l'ossigeno

ha una resa complessiva di 32 molecole di ATP

B.    B. Il passaggio di elettroni lungo la catena libera l'energia necessaria per pompare ioni idrogeno dalla camera mitocondriale interna a quella esterna; quando questi ioni ritornano all'interno, il loro flusso fornisce energia per formare ATP.

C.    C. L'accettore finale degli elettroni è l'ossigeno che catturando due ioni idrogeno forma una molecola d'acqua.

2.7 Altre sostanze nutritive, altre vie metaboliche

A.    A. Le sostanze nutritive, diverse dal glucosio, vengono istradate, a seconda dell'occorrenza, lungo vie metaboliche diverse da quella della respirazione cellulare.

B.    B. Quando non è sufficiente l'energia fornita dal glucosio i trigliceridi vengono scissi in glicerolo e acidi grassi:

il glicerolo viene trasformato in gliceraldeide-3-fosfato che si inserisce nella glicolisi

gli acidi grassi vengono scissi e trasformati in molecole di acetil-CoA che entrano nel ciclo di Krebs

C.    C. Quando è sufficiente l'energia fornita dal glucosio, il glicerolo viene convertito in glucosio che viene immagazzinato sotto forma di glicogeno nelle cellule del fegato e dei muscoli.