Respirazione Cellulare: Glicolisi

Respirazione Cellulare

• La respirazione cellulare è un processo che permette alle cellule di avere ossigeno, essenziale per estrarre energia dalle sostanze nutritive.
• L'ossigeno è coinvolto in un insieme di reazioni che trasformano le sostanze nutritive in molecole di ATP, necessarie per la distribuzione dell'energia nell'organismo.
• Il processo di trasformazione avviene attraverso tre fasi principali: la glicolisi, il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni (ETC).

Glicolisi

• La glicolisi è un processo anaerobico che si svolge nel citosol delle cellule in assenza di ossigeno.
• I prodotti della glicolisi partecipano alla catena di trasporto degli elettroni, rendendo l'intero processo di respirazione cellulare aerobico, dipendente dall'ossigeno.
• La glicolisi è suddivisa in due fasi: la fase di investimento e la fase di rendimento.
• Nella fase di investimento, il glucosio viene fosforilato a glucosio-6-fosfato e poi scisso in due molecole di gliceraldeide-3-fosfato, consumando due molecole di ATP.
• La fase di investimento comporta un consumo netto di energia.
• Nella fase di rendimento, le due molecole di gliceraldeide-3-fosfato diventano due molecole, producendo quattro molecole di ATP e due di NADH.
• La seconda fase permette di rigenerare il pool di molecole riducenti.
• La fase di rendimento vede un recupero di energia, portando l'intero pathway glicolitico ad un guadagno netto di energia.
• Fase di investimento: Il glucosio entra nella cellula e subisce una fosforilazione legandosi ad un gruppo fosfato da una molecola di ATP e produce glucosio-6-fosfato.
• Fase di investimento: Il glucosio-6-fosfato subisce una riorganizzazione formando una molecola di fruttosio-6-fosfato.
• Fase di investimento: Un'altra molecola di ATP aggiunge un secondo gruppo fosfato al fruttosio-6-fosfato, creando fruttosio-1,6-difosfato.
• Fase di investimento: La molecola di fruttosio-1,6-difosfato si divide in due molecole di gliceraldeide-3-fosfato, ciascuna con tre atomi di carbonio e un gruppo fosfato, da ora in poi entrambe le molecole subiscono le stesse trasformazioni.
• Fase di investimento: la trioso fosfato isomerasi combina la gliceraldeide-3-fosfato, il trasportatore di elettroni NAD ed un gruppo fosfato.
• Fase di recupero: L'acido 1,3-difosfoglicerico perde uno dei gruppi fosfato, trasformandosi in acido 3-fosfoglicerico.
• Fase di recupero: Questa reazione produce abbastanza energia per unire il gruppo fosfato ad una molecola di ADP, producendo ATP.
• Fase di recupero: L'acido 3-fosfoglicerico si trasforma in acido fosfoenolpiruvico, producendo un'altra ATP, in questo modo si ottengono due molecole di ATP.
• Fase di recupero: La fosfoglicerato mutasi rimuove il fosfato in posiziona 3 da una molecola di 2,3 - bisfosfoglicerato generando prodotto 2-fosfoglicerato.
• Fase di recupero: La penultima reazione è una disidratazione del 2- fosfoglicerato che porta alla formazione di fosfoenolpiruvato, catalizzata dall'enzima enolasi.
• Fase di recupero: Nell'ultima tappa, il fosfoenolpiruvato viene idrolizzato in enolpiruvato, viene ceduto un gruppo fosfato ad un ADP per formare ATP.

Resa Energetica

• 1 Glucosio + 2 ATP (Fase I)
• 2 gliceraldeide 3' fosfato → 2 x (2 ATP + 1 NADH) (Fase II)
• Totale : 2 ATP + 2 NADH / 1 glucosio

Destini del Piruvato

• Il piruvato può avere diversi destini: Ciclo dell'acido citrico; Certi tessuti e tipi di cellule, la retina, il cervello e gli eritrociti convertono il glucosio in lattato anche in condizioni aerobiche; In alcuni tessuti di piante ed in alcuni invertebrati; Il piruvato può avere destini anche anabolici.
• Il piruvato prende destini diversi a seconda del tipo di organismo, compartimento cellulare, condizioni aerobiche o anaerobiche.

Fermentazione Etanolica

• La fermentazione etanloica avviene In condizioni anaerobiche, alcuni organismi fermentanti come il lievito convertono il piruvato in etanolo e CO2.
• Due tappe consecutive, richiedono l’intervento di 2 Enzimi, Piruvato decarbossilasi (decarbossilazione irreversibile del piruvato ad acetaldeide e CO2) e alcol deidrogenasi (riduzione acetaldeide ad etanolo).
• Tiamina pirofosfato (TPP) e ioni Mg2+ sono necessari per attività enzimatica.
• Nella fermentazione alcolica, l'alcol deidrogenasi riduce l'acetaldeide ad etanolo utilizzando il coenzima NADH, che si converte in NAD+.
• La fermentazione alcolica rigenera il NAD+, impedendo l'arresto della glicolisi.
• Piruvato → etanolo + CO2, la CO2 viene rilasciata nell'aria o usata per rendere le bevande frizzanti e l'etanolo rilasciato durante la cottura.

Tiamina (Vitamina B1)

• Vitamina B1 si trova negli alimenti di origine animale e vegetale, negli alimenti vegetali si trova in forma libera e in quelli animali si trova in forma fosforilata sia a mono che difosfato.
• Si trova in maggiori concentrazioni nei legumi, nel germe e pericarpo dei cereali, nel fegato, nel rene, nel cervello, nell'intestino e nel lievito di birra.

Fermentazione Alcolica e Alimenti

• La fermentazione alcolica ha diverse applicazioni: produzione di etanolo come solvente o combustibile, produzione di bevande (vino, birra, ecc.), produzione di bevande distillate (liquori) e produzione di biomassa di lievito.

Fermentazione Lattica

• La fermentazione lattica è attivata da lieviti e batteri in assenza di ossigeno, ma spesso anche nei tessuti muscolari dei vertebrati a causa di un eccessivo affaticamento muscolare.
• L'acido lattico è responsabile della sensazione di indolenzimento dopo uno sforzo fisico eccessivo.
• La fermentazione lattica avviene simile alla fermentazione alcolica ma in un unico passaggio senza perdita di un atomo di carbonio come CO2.
• Microrganismi come i lattobacilli compiono la fermentazione lattica, trasformando il latte in yogurt o formaggio.
• I batteri Streptococcus e Lactobacillus trasformano glucosio in acido lattico. Lo stesso processo di fermentazione lattica avviene nei tessuti degli animali vertebrati anche umani durante uno sforzo prolungato in mancanza di ossigeno, il piruvato viene quindi ridotto in acido lattico tramite un processo di rigenerazione.
• Il piruvato viene ridotto a lattato da lattico deidrogenasi (LDH) in presenza del coenzima NADH che viene ossidato a NAD+, elemento indispensabile per continuare la glicolisi.
• La conversione di piruvato in lattato avviene anche in aerobiosi, negli eritrociti in assenza di mitocondri, la glicolisi e quindi l'unica forma energetica.

Yogurt

• Lo yogurt si ha nelle fermentazioni dove le trasformazioni che i batteri innescano negli alimenti sono di tipo fisico, chimico, batteriologico, organolettico e nutrizionale andando a modificare profondamente le caratteristiche del latte cambiandone l'aspetto originale.
• L'acido che si forma nella fermentazione, che è anche il responsabile della riduzione del Ph del latte e fa precipitare le caseine; dal loro coagulo, si forma lo yogurt.
• Lo yogurt è ricco di fermenti vivi con una spiccata valenza biologica e probiotica molto importante per l'organismo.

Verdure Lattofermentate

• La fermentazione lattica rappresenta un comprovato metodo di conservazione delle verdure oltre il periodo del raccolto.
• I batteri lattici, che si trovano sia sulla verdura che nell'aria, svolgono un ruolo fondamentale nella conservazione.
• Le verdure vengono tagliate e immerse in salamoia, promuovendo la rottura delle cellule e il rilascio di succo.
• I batteri lattici trasformano i carboidrati in acido lattico e anidride carbonica, conferendo un sapore acidulo e ostacolando la crescita di altri batteri indesiderati.
• Le verdure lattofermentate hanno un elevato valore salutare e sono conservate con lattofermentazione, come i crauti derivati dal cavolo bianco.