Biologia | La respirazione cellulare
In presenza di ossigeno, dopo la glicolisi, la maggior parte delle cellule completa l’ossidazione del glucosio attraverso il processo della respirazione cellulare, che comprende tre vie metaboliche: ossidazione del piruvato, ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa.
La glicolisi e le vie della respirazione cellulare non operano in isolamento dal resto del metabolismo. Esiste invece un interscambio, una circolazione biochimica che scorre dentro e fuori da queste vie, da e verso la sintesi o la demolizione di amminoacidi, nucleotidi, acidi grassi e altri materiali biologici. In queste vie entrano gli scheletri carboniosi derivanti da varie molecole, demolite per ricavarne energia (catabolismo) e ne escono altri per andare a formare le principali componenti macromolecolari della cellula (anabolismo).
Il piruvato viene ossidato ad acetato, con formazione di NADH + H+ e rilascio di CO2; l’acetato si combina con il coenzima A, formando acetil-CoA, il combustibile del ciclo di Krebs.
Il gruppo acetile (a due atomi di carbonio) e l’ossalacetato (a quattro atomi di carbonio) si combinano formando il citrato, un composto a sei atomi di carbonio. L’energia necessaria viene fornita dal distacco del coenzima A.
Il citrato si riarrangia a formare il suo isomero, l’isocitrato. L’isocitrato viene ossidato ad α- chetoglutarato, producendo NADH +, H+ e CO2.
L’α-chetoglutarato viene ossidato a succinil- CoA, con la formazione di NADH + H+ e CO2; questo passaggio è quasi identico all’ossidazione del piruvato. Il succinil-CoA rilascia il coenzima A divenendo succinato; l’energia così liberata converte il GDP a GTP che, a sua volta, converte l’ADP in ATP.
Il succinato viene ossidato a fumarato, con formazione di FADH2. Il fumarato reagisce con l’acqua, formando malato. Il malato viene ossidato a ossalacetato, con la formazione di NADH +, H+. L’ossalacetato può ora reagire con l’acetil-CoA e rientrare nel ciclo.
NOTA BENE: Ogni reazione è catalizzata da un enzima specifico.
L’ossidazione del piruvato e il ciclo dell’acido citrico generano grandi quantità di NADH e FADH 2. Queste molecole contengono un’elevata quantità di energia, che viene utilizzata nella fase seguente chiamata fosforilazione ossidativa. Durante questo processo, il NADH e il FADH 2 si ossidano cedendo elettroni e idrogeno all’ossigeno, che si riduce ad acqua. Il passaggio di elettroni e idrogeno all’ossigeno non avviene direttamente, ma attraverso una catena di trasportatori di elettroni. L’energia liberata in questo passaggio viene utilizzata per sintetizzare ATP.
Contemporaneamente al passaggio di elettroni attraverso i complessi proteici transmembrana della catena di trasporto, avviene un pompaggio di protoni dalla matrice mitocondriale verso lo spazio intermembrana. Quando i protoni, attraverso un particolare trasportatore detto ATP sintasi, tornano nella matrice, si forma ATP.