La respirazione cellulare

La respirazione cellulare è un processo essenziale per la sopravvivenza della cellula e, di conseguenza, dell’organismo che la ospita. Consiste nell’introdurre a sé molecole complesse e di scomporle in molecole più semplici come l’acqua e l’anidride carbonica per rilasciare l’energia necessaria a svolgere tutte le sue funzioni essenziali.

La respirazione è uno dei tanti processi chimici usati per la vita, lo sviluppo e le funzioni specifiche delle cellule. Questi processi, chiamati genericamente metabolismo cellulare, possono consistere nella scomposizione di molecole complesse in più semplici rilasciando energia, catabolismo, oppure nella composizione di molecole complesse partendo da altre più semplici richiedendo energia, anabolismo. La respirazione cellulare fa parte della prima categoria e viene utilizzata per provvedere l’energia necessaria per tutte le funzioni anaboliche.

Quando avvengono reazioni chimiche per produrre nuove sostanze, la cellula spezza le molecole di ATP, chiamata anche adenosina trifosfato perché contiene l’adenina, una base azotata presente anche nel DNA, e tre gruppi fosfati. Quando uno dei legami chimici tra questi gruppi a base di fosforo vengono spezzati, viene rilasciata una grande quantità di energia che può essere utilizzata per la contrazione muscolare, la sintesi delle proteine, il trasporto attivo attraverso le membrane delle cellula e altre funzioni anaboliche. L’ATP viene convertita in ADP, adenosina difosfato, il quale ha soltanto due gruppi fosfati; per poterla riconvertire in ATP la cellula scompone le molecole di glucosio e altre molecole per ottenere l’energia necessaria a ricostruire questo legame. Avviene così un ciclo continuo di scarica e ricarica dell’ATP come fosse una batteria ricaricabile.

Le fasi della respirazione cellullare

La respirazione della cellula consiste in diversi fasi che portano alla formazione dell’ATP e a molecole di acqua e di anidride carbonica. I carboidrati, le proteine e i grassi vengono prima scomposti in elementi più semplici. Il glucosio, ottenuto dai carboidrati segue tutti i processi descritti sotto mentre i gli amminoacidi delle proteine e l’acetil-CoA dei grassi passano direttamente nei mitocondri per le fasi successive. Gli aminoacidi devono prima essere scomposti ulteriormente e di solito vengono usate in questo processo quando la quantità delle altre sostanza è scarsa.

Glicolisi

La glicolisi è un processo specifico del glucosio, una molecola formata da 6 atomi di carbonio. Consiste in una serie di reazioni chimiche che portano la molecola a scindersi in due molecole di acido piruvico, o piruvato, formato da 3 atomi di carbonio ciascuno e che verrà usato in seguito. In questo momento si formano anche due molecole di ATP e due molecole di NADH, formate anch’esse da adenina e il cui scopo è trasportare gli elettroni e gli ioni idrogeno ai mitocondri per produrre altra ATP.

I mitocondri sono degli organuli cellulari specifici per la respirazione della cellula. E’ al loro interno che avvengono i processi decisivi per la formazione di energia necessaria a tutte le funzioni vitali della cellula

Prima di entrare nei mitocondri l’acido piruvico subisce processi di ossido-riduzione che lo scompongono in anidride carbonica, acqua ed energia, conservata in due elettroni e due protoni che vengono usati per la formazione di altre molecole di NADH. Nel caso in cui la cellula ha già molta quantità di ATP le due molecole ottenute dal piruvato, adesso chiamate acetil-CoA, non entrano nel ciclo di Krebs ma vengono utilizzate per sintetizzare grassi e immagazzinare energia.

Ciclo di Krebs e fasi successive

All’interno del ciclo di Krebs le molecole di acetil-CoA vengono ossidate e scomposte completamente, rilasciando anidride carbonica come prodotto di scarto. Nella scomposizione vengono prodotte altre molecole di NADH e anche di FADH₂, che contengono gli elettroni da cedere per ottenere l’energia.

Si tratta di una serie di processi circolari in cui l’acetil-CoA si combina inizialmente con l’ossalacetato, una molecola con quattro atomi di carbonio, e ogni nuovo prodotto si combina con un’altra molecola specifica fino a ridursi completamente in ossalacetato, la quale si combinerà con un’altra molecola di acetil-CoA. Durante tutto il processo vengono prodotte alcune molecole specifiche per il trasporto degli elettroni e una di ATP per ogni molecola di acetil-CoA.

A questo punto si procede con la parte finale: le molecole cedono gli elettroni a delle strutture proteiche chiamate catene di trasporto formate da diverse aree. Per effettuare il viaggio, gli elettroni cedono energia che viene utilizzate per pompare protoni che vengono spostati tramite un altro enzima. L’energia ricavata dallo spostamento permette di ottenere l’ATP dall’ADP; alla fine del processo gli elettroni e i protoni si combinano con l’ossigeno già presente nei mitocondri e formano acqua come prodotto di scarto.