Respirazione Cellulare e Glicolisi

La respirazione cellulare è un processo che permette alle cellule di estrarre energia dalle sostanze nutritive, utilizzando l'ossigeno per produrre ATP.

La respirazione cellulare prevede tre fasi principali: glicolisi, ciclo di Krebs e catena di trasporto degli elettroni.

La glicolisi è il primo passo della respirazione cellulare. Avviene nel citosol e non richiede ossigeno (anaerobico).

La glicolisi può essere suddivisa in due fasi: la fase di investimento e la fase di rendimento.

La fase di investimento della glicolisi richiede energia per iniziare il processo.

La fase di rendimento della glicolisi produce molecole di ATP, che sono la principale fonte di energia per la cellula.

La glicolisi è un processo anaerobico, ma i prodotti della glicolisi partecipano alla catena di trasporto degli elettroni che richiede ossigeno.

Poiché la catena di trasporto degli elettroni richiede ossigeno, si può considerare l'intera respirazione cellulare come un processo aerobico.

La gliceraldeide-3-fosfato viene ossidata dal NAD, che si trasforma in NADH. L'energia rilasciata dall'ossidazione permette a un gruppo fosfato di legarsi alla molecola, formando acido 1,3-difosfoglicerico. Questo processo produce due molecole di NADH.

L'acido 1,3-difosfoglicerico perde un gruppo fosfato, trasformandosi in acido 3-fosfoglicerico. L'energia liberata viene utilizzata per legare il fosfato ad una molecola di ADP formando ATP. Il processo produce due molecole di ATP.

L'acido 3-fosfoglicerico si trasforma in acido fosfoenolpiruvico, che rilascia un gruppo fosfato per formare ATP. Questa tappa produce altre due molecole di ATP.

La fosfoglicerato mutasi trasforma il 2,3-bisfosfoglicerato in 2-fosfoglicerato rimuovendo un gruppo fosfato dalla posizione 3.

La prima fase della glicolisi, che richiede energia per trasformare il glucosio in due molecole di gliceraldeide-3-fosfato.

La seconda fase della glicolisi, dove l'energia viene liberata dalla trasformazione della gliceraldeide-3-fosfato in piruvato.

L'aggiunta di un gruppo fosfato a una molecola, utilizzando ATP come fonte di energia.

Il glucosio viene trasformato in glucosio-6-fosfato, utilizzando una molecola di ATP.

Il glucosio-6-fosfato viene riorganizzato in fruttosio-6-fosfato.

Il fruttosio-6-fosfato viene trasformato in fruttosio-1,6-bisfosfato, utilizzando un'altra molecola di ATP.

Il fruttosio-1,6-bisfosfato viene diviso in due molecole di gliceraldeide-3-fosfato.

Due molecole di NADH vengono prodotte durante la trasformazione della gliceraldeide-3-fosfato in piruvato.

Il lattosio viene utilizzato dai batteri per crescere e moltiplicarsi, producendo acido lattico come sottoprodotto.

L'abbassamento del pH del latte a causa dell'acido lattico fa precipitare le caseine, formando il coagulo caratteristico dello yogurt.

Lo yogurt è ricco di fermenti vivi, che contribuiscono alle sue proprietà biologiche e probiotiche, benefiche per l'organismo.

La fermentazione lattica è un metodo di conservazione per le verdure, che prolunga la loro durata di vita.

I batteri lattici presenti sulla verdura e nell'aria svolgono un ruolo fondamentale nella fermentazione lattica.

Il sale favorisce la fuoriuscita del succo dalle cellule vegetali durante la fermentazione, creando l'ambiente ideale per i batteri lattici.

I batteri lattici trasformano i carboidrati delle verdure in acido lattico e anidride carbonica, conferendo un sapore acidulo e impedendo la crescita di batteri dannosi.

Le verdure lattofermentate sono considerate un alimento salutare, poiché arricchite di probiotici e nutrienti.

Decarbossilazione irreversibile del piruvato ad acetaldeide e CO2, con la partecipazione di tiamina pirofosfato (TPP) e ioni Mg2+.

Riduzione dell'acetaldeide ad etanolo, utilizzando NADH come coenzima, che viene convertito in NAD+. Questo processo è fondamentale per la fermentazione alcolica perché rigenera il NAD+ necessario per la glicolisi.

È un processo che avviene in assenza di ossigeno e viene attivato da lieviti e batteri. È anche comune nel tessuto muscolare dei vertebrati durante l'affaticamento muscolare.

È presente sia in alimenti di origine animale che vegetale. Negli alimenti vegetali si trova principalmente in forma libera, mentre negli animali si trova anche fosforilata a mono- o difosfato.

Legumi, germe e pericarpo dei cereali sono ricchi di questa vitamina. Negli alimenti animali, le maggiori concentrazioni si trovano nel fegato, rene, cervello e intestino. Il lievito di birra è un'altra fonte importante.

La fermentazione alcolica viene utilizzata nella produzione di bevande alcoliche come vino, birra e alcuni tipi di pane. Il lievito trasforma gli zuccheri in alcol etilico e anidride carbonica.

La penultima reazione nella glicolisi è una disidratazione del 2-fosfoglicerato, catalizzata dall'enzima enolasi, che porta alla formazione di fosfoenolpiruvato (PEP), un composto ad alta energia, e acqua.

Il fosfoenolpiruvato (PEP), nella reazione finale della glicolisi, viene convertito in piruvato dalla piruvato chinasi, un enzima dipendente da Mg2+. Durante questa conversione, il gruppo fosfato viene ceduto ad ADP formando ATP. L'energia per la generazione di ATP deriva dalla conversione di enolpiruvato in piruvato, una reazione fortemente esoergonica.

Il piruvato è un intermedio metabolico chiave che può prendere diversi percorsi a seconda delle condizioni cellulari e del tipo di organismo. Il piruvato può entrare nel ciclo di Krebs in condizioni aerobiche, oppure può essere convertito in lattato in alcuni tessuti (es. retina, cervello, eritrociti) o in etanolo in alcuni organismi (es. lievito) in condizioni anaerobiche. Il piruvato può anche essere utilizzato in anabolismo. Quindi, il destino del piruvato dipende da diversi fattori.

La fermentazione etanolica è una via metabolica che porta alla conversione del piruvato in etanolo e anidride carbonica (CO2) in condizioni anaerobiche. Il processo è catalizzato da due enzimi: la piruvato decarbossilasi che converte il piruvato in acetaldeide e l'alcol deidrogenasi che riduce l'acetaldeide in etanolo.

Il processo di fermentazione è un processo metabolico anaerobico che produce ATP in assenza di ossigeno. Le cellule fermentanti producono energia usando il NADH generato nella glicolisi per ridurre i prodotti intermedi come l'acetaldeide o il piruvato, rigenerando così il NAD+ necessario per l'ulteriore svolgimento della glicolisi.

La resa energetica netta della glicolisi è di due molecole di ATP. Questo processo è un meccanismo universale per generare energia dalla degradazione di glucosio in cellule sia anaerobiche che aerobiche. Tuttavia, la glicolisi è un processo relativamente inefficace in termini di produzione di ATP rispetto alla respirazione cellulare aerobica.

La resa energetica netta della glicolisi è di due molecole di ATP. Questo processo è un meccanismo universale per generare energia dalla degradazione di glucosio in cellule sia anaerobiche che aerobiche. Tuttavia, la glicolisi è un processo relativamente inefficace in termini di produzione di ATP rispetto alla respirazione cellulare aerobica.