La respirazione cellulare

La respirazione cellulare è il meccanismo attraverso cui la cellula, in presenza di ossigeno, è in grado di ricavare energia utilizzabile per i processi vitali. La formula della respirazione cellulare, che è sostanzialmente un'ossidazione del glucosio, è la seguente:

glucosio + 6 ossigeno = 6 anidride carbonica + 6 acqua + ENERGIA


La respirazione cellulare è caratterizzata da diverse reazioni, in cui i prodotti conclusivi di una reazione sono utilizzati come reagenti (prodotti di partenza) per la reazione successiva. 

Le molecole organiche che possono essere "respirate", ovvero ossidate con liberazione di energia, sono essenzialmente il glucosio, gli acidi grassi e alcuni aminoacidi.
Queste sostanze vengono via via trasformate in composti più semplici, liberando energia che viene utilizzata per sintetizzare molecole di ATP. Questa molecola può essere considerata la "moneta energetica" dell'organismo.
La respirazione cellulare inizia con la glicolisi, una serie di 10 reazioni che avvengono nel citoplasma e che spezzano e trasformano la molecola del glucosio in due molecole di acido piruvico.

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Successivamente l'acido piruvico viene ossidato e forma Acetilcoenzima A che entra nel ciclo di Krebs, un'altra serie di reazioni chimiche che avviene all'interno dei mitocondri, solo in presenza di ossigeno. Nel ciclo di Krebs vengono prodotti dei coenzimi (NADH, FADH2) che nelle tappe successive permettono la sintesi di molecole di ATP e l'acetilcoenzima A viene ossidato a CO2.

Nella terza e ultima fase della respirazione cellulare, l’ossigeno O2 ossida i coenzimi ridotti che si sono formati nei primi due stadi (i NADH e i FADH2).
NADH e FADH2 non reagiscono direttamente con O2, ma cedono elettroni ad una catena di molecole trasportatrici di elettroni, la catena respiratoria, che li portano all’ossigeno molecolare O2 che si riduce ad H2O. Questo flusso di elettroni, attraverso un complesso sistema molecolare situato sulla membrana interna dei mitocondri, attiva la produzione di ATP in un processo chiamato fosforilazione ossidativa. 

atp

L'ATP (adenosina-trifosfato) è un composto formato da una base azotata (adenina), dal uno zucchero pentoso (ribosio) e da tre gruppi ortofosfato (PO43-). 

L'ATP è il composto ad alta energia, richiesto dalla stragrande maggioranza delle reazioni metaboliche che richiedono energia, e si comporta come una batteria ricaricabile: quando la batteria si scarica cedendo energia per far avvenire una reazione chimica, si trasforma in ADP (adenosina-difosfato) e P (fosfato). 

ATP → ADP + P + energia 

L'energia liberata (i NADH e FADH2) con la respirazione cellulare viene utilizzata per produrre ATP partendo da ADP  + P:

ADP + P + energia → ATP