Come avviene la respirazione cellulare?

Cos’è la respirazione cellulare 

Per “respirazione cellulare” si intende quello specifico processo attraverso il quale alcune molecole biologiche subiscono un processo di ossidazione dal quale si ottengono elevate quantità di energia. Questa energia servirà per produrre molecole di ATP, ossia molecole fortemente energetiche. Da questo processo si ottengono molecole energetiche e vengono rilasciati prodotti di scarto. Le reazioni che si verificano nella respirazione sono chiamate “reazioni cataboliche”, perché creano molecole più piccole partendo da molecole più grandi. La reazione totale si verifica in una serie di passaggi biochimici. Le sostanze nutritive che sono di solito utilizzate dalle cellule animali e vegetali durante la respirazione comprendono zucchero, amminoacidi e acidi grassi, e l’agente ossidante più comune è l’ossigeno molecolare. Inoltre se hai bisogno di aiuto, ci sono diversi docenti che impartiscono lezioni private in biologia.

Scopo della respirazione cellulare 

L’obiettivo principale della respirazione cellulare è quella di creare energia (ATP) impiegabile per supportare molte altre reazioni nel corpo dell’essere vivente. L’ATP è estremamente importante per le reazioni sfavorite da un punto di vista energetico perché altrimenti non si verificherebbe senza un input di energia. Uno degli obiettivi della degradazione dei prodotti alimentari è trasformare l’energia contenuta nei legami chimici nel composto ricco di energia adenosina trifosfato (ATP), che ferma l’energia chimica ottenuta dalla disgregazione delle molecole alimentari e quella liberata per incrementare altri processi cellulari. Nelle cellule eucariotiche, gli enzimi che velocizzano le varie fasi coinvolte nella respirazione si trovano in compartimenti a forma di bastoncino che sono i mitocondri. Nei microrganismi gli enzimi si presentano come componenti della membrana cellulare.

Come avviene la respirazione cellulare 

Ci sono tre fasi principali della respirazione cellulare, ovvero:

1.       la glicolisi;
2.       l’acido citrico (TCA) o ciclo di Krebs;
3.       la catena di trasporto degli elettroni, dove avviene la fosforilazione ossidativa.

Il ciclo TCA e la fosforilazione ossidativa hanno bisogno ossigeno, mentre la glicolisi può verificarsi in condizioni in cui manca l’ossigeno.

1.       La glicolisi è la scomposizione iniziale del glucosio in piruvato nel citoplasma. Il piruvato si sposta quindi nella matrice del mitocondrio dove avviene una fase di transizione chiamata ossidazione del piruvato. In questo processo, l’enzima piruvato deidrogenasi converte il piruvato a tre atomi di carbonio nell’acetil-CoA a due atomi di carbonio;
2.       Il ciclo TCA inizia quando l’acetil-CoA si combina con un ossalacetato a quattro atomi di carbonio per formare il citrato a sei atomi di carbonio. Poiché ogni molecola di glucosio produce due molecole di piruvato, sono indispensabili due turni attraverso il ciclo di Krebs per demolire completamente il glucosio originale.
3.       Infine, la catena di trasporto degli elettroni è una serie di reazioni redox sostenute da elettroni ad alta energia che inviano protoni attraverso la membrana. Poi la catena di trasporto degli elettroni, l’accettore finale di elettroni, O2, si combina con i protoni per produrre acqua. Nel frattempo, l’enzima ATP sintasi utilizza il movimento dei protoni nella matrice mitocondriale per la sintesi dell’ATP.

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In quale zona avviene la respirazione cellulare 

La respirazione cellulare ha luogo nel citoplasma e nei mitocondri di ogni cellula del corpo. La glicolisi avviene all’interno del citoplasma, mentre il ciclo TCA avviene all’interno della matrice dei mitocondri. Poi, la fosforilazione ossidativa si verifica sulla membrana mitocondriale interna, con i protoni che si diffondono attraverso la membrana e poi vengono mandati nuovamente nella matrice.

Respirazione cellulare e influenza di alcune malattie 

Esistono alcune malattie che possono condizionare il processo di respirazione cellulare. Ma ci sono alcune malattie che possono interferire con questo processo, colpendo gravemente gli individui. Le malattie più comuni che colpiscono la glicolisi sono il deficit di piruvato chinasi, il deficit di esochinasi eritrocitaria e il deficit di glucosio fosfato isomerasi. Queste malattie sono tipicamente ereditate e gli individui che sono omozigoti per queste malattie sviluppano anemia emolitica, ittero e splenomegalia.

Le carenze dell’enzima piruvato deidrogenasi possono interferire con l’ossidazione del piruvato. Questi possono causare acidosi lattica contraddistinta da un accumulo di lattato e aumento dell’alanina sierica a causa dell’accumulo di piruvato che causa poi la fermentazione in acido lattico. I bambini nati con queste carenze possono avere difetti neurologici e la gestione della malattia include particolarmente diete ricche di grassi.

Poi ci sono diversi enzimi nel ciclo TCA che possono essere influenzati e provocare malattie, tra cui succinil-CoA sintasi e fumarasi. Molte persone con questi disturbi hanno spasmi muscolari e posturali involontari, chiamati distonia, e sono sordi. Le miopatie mitocondriali sono malattie genetiche che possono influenzare la produzione di enzimi coinvolti nella catena di trasporto degli elettroni o nella fosforilazione ossidativa. Queste malattie sono di solito caratterizzate da debolezza muscolare e affaticamento e possono includere la paralisi muscolare. Inoltre, l’esposizione a quantità elevate di determinati farmaci o sostanze chimiche tossiche può influenzare la catena di trasporto degli elettroni o la fosforilazione ossidativa. Le sostanze che possono inibire direttamente i complessi nella catena di trasporto degli elettroni includono il monossido di carbonio e il cianuro. 

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