Respirazione Cellulare: Glicolisi

Respirazione Cellulare

• La respirazione cellulare è un processo che permette lo scambio di gas nei polmoni, fornendo ossigeno alle cellule.
• L'ossigeno estratto dalle sostanze nutritive risulta nella produzione di ATP, essenziale per la distribuzione dell’energia nell’organismo.
• Le tre fasi principali di questo processo sono: la glicolisi, il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni (ETC).

Glicolisi

• La glicolisi, un processo anaerobico che avviene nel citosol delle cellule, non richiede ossigeno per le sue reazioni.
• I prodotti della glicolisi partecipano alla catena di trasporto degli elettroni, rendendo l'intera respirazione cellulare un processo aerobico dipendente dall'ossigeno.
• Si suddivide in due fasi: una fase di investimento, dove si consuma energia, e una fase di rendimento, dove si produce energia.
• Durante la fase di investimento, il glucosio viene fosforilato a glucosio-6-fosfato e scisso in due molecole di gliceraldeide-3-fosfato, consumando due molecole di ATP.
• Nella fase di rendimento, le molecole di gliceraldeide-3-fosfato si trasformano in piruvato, producendo quattro molecole di ATP e due di NADH, rigenerando molecole riducenti.
• L'intero pathway glicolitico porta a un guadagno netto di energia.

Fase di Investimento: Le Tappe

• Il glucosio, trasportato nel sangue, entra nella cellula e si lega a un gruppo fosfato ceduto da una molecola di ATP.
• In questo processo di fosforilazione, il fosfato si lega al sesto atomo di carbonio del glucosio, formando glucosio-6-fosfato.
• In questa prima tappa di investimento viene consumata una molecola di ATP.
• Il glucosio-6-fosfato subisce una riorganizzazione, divenendo fruttosio-6-fosfato. Poi, un’altra molecola di ATP viene utilizzata per aggiungere un secondo gruppo fosfato al fruttosio-6-fosfato, trasformandolo in fruttosio-1,6-difosfato.
• La molecola di fruttosio-1,6-difosfato si scinde in due molecole di gliceraldeide-3-fosfato, ciascuna con tre atomi di carbonio e un gruppo fosfato dando il via alla glicolisi.
• La trioso fosfato isomerasi combina la gliceraldeide-3-fosfato, il trasportatore di elettroni NAD e un gruppo fosfato: la molecola di gliceraldeide-3-fosfato viene ossidata dal NAD e trasformata in NADH, che è carico di elettroni.
• L'ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato genera abbastanza energia da consentire a un gruppo fosfato di unirsi alla molecola formando acido 1,3-difosfoglicerico.
• Avendo due molecole di gliceraldeide-3-fosfato, si producono in questa fase due molecole di NADH.

Fase di Recupero: Le Tappe

• L’acido 1,3-difosfoglicerico perde un gruppo fosfato trasformandosi in acido 3-fosfoglicerico e producendo abbastanza energia da formare una molecola di ATP unendo una molecola di ADP.
• Per ogni molecola di acido 1,3-difosfoglicerico, si ottiene una molecola di ATP, portando al guadagno di due molecole di ATP. L'acido a 3-fosfoglicerico si trasforma, quindi, in acido foenolpiruvico e, con un altro trasferimento di fosfato all' ADP, produce altra ATP.
• Si ottengono quindi due molecole di ATP e la reazione è catalizzata dall'enzima enolasi.

Resa Energetica

• La resa energetica totale della glicolisi è di 2 ATP e 2 NADH per ogni molecola di glucosio.

Destini del Piruvato

• Il piruvato prodotto dalla glicolisi può seguire diversi destini a seconda dell'organismo, del compartimento cellulare e delle condizioni ambientali (aerobiche o anaerobiche).
• Può entrare nel ciclo dell'acido citrico.
• Alcuni tessuti e tipi di cellule, come la retina, il cervello e gli eritrociti, convertono il glucosio in lattato anche in condizioni aerobiche.
• In alcuni tessuti di piante, invertebrati, protisti e microorganismi il piruvato è convertito dal lievito di birra.
• Il piruvato può avere anche destini anabolici.

Fermentazione Etanolica

• In condizioni anaerobiche, certi organismi come il lievito convertono il piruvato in etanolo e CO2 attraverso due tappe consecutive che richiedono l'intervento di due enzimi.
• La piruvato decarbossilasi decarbossila irreversibilmente il piruvato ad acetaldeide e CO2, richiedendo tiamina pirofosfato (TPP) e ioni Mg2+.
• L'alcol deidrogenasi riduce poi l'acetaldeide ad etanolo, convertendo il coenzima NADH a NAD+, rigenerando il NAD+ e impedendo l'arresto della glicolisi.
• La CO2 ottenuta dalla fermentazione viene rilasciata o usata per rendere frizzanti le bevande. L'etanolo rilasciato durante la cottura di prodotti da forno.

Tiamina (Vitamina B1)

• La tiamina si trova sia in alimenti di origine animale sia vegetale, e particolarmente in legumi, germe e pericarpo dei cereali.
• Nei tessuti animali si trova nel fegato, nel rene, nel cervello e nell'intestino.
• Il lievito di birra è un’altra fonte importante di tiamina.

Fermentazione Alcolica e Alimenti

• La fermentazione alcolica è utilizzata per la produzione di etanolo come solvente o combustibile.
• In altri ambiti si usa questo processo per la produzione di bevande fermentate (vino, birra).
• Questo processo produce anche bevande distillate (liquori) e biomassa di lievito.

Fermentazione Lattica

• Si attiva in assenza di ossigeno tramite lieviti e batteri.
• Si può attivare nei tessuti muscolari dei vertebrati a seguito di affaticamento muscolare.
• L’indolenzimento è originato dall'acido lattico.
• La fermentazione lattica avviene in un unico passaggio con trasferimento di elettroni da NADH a piruvato, con conseguente produzione di acido lattico ed avviene in tutti tessuti durante l'esercizio fisico.
• Non comporta la perdita di un atomo di carbonio sotto forma di CO2.
• Microrganismi come i lattobacilli, trasformano il latte in yogurt o in formaggio.
• Batteri come gli Streptococcus ed i Lactobacillus trasformano il glucosio in acido lattico e si attivano in macanza di ossigeno.
• La trasformazione che si ottiene è di tipo fisico, chimico, batteriologico, organolettico e nutrizionale apportando benefici e cambiamenti evidenti.
• I batteri consumando lattosio producono acido lattico. Riducendo il pH del latte che fa precipitare le caseine e conferisce allo yogurt il suo caratteristico aspetto.
• Lo yogurt è un prodotto con fermenti vivi, presenta una valenza biologica e probiotica ed è utile per l'organismo umano.

Verdure Lattofermentate

• La fermentazione lattica è un comprovato metodo di conservazione delle verdure che viene svolto tramite i batteri lattici presenti nella verdura e nell'aria.
• Alcune verdure vengono tagliate e compresse per far fuoriuscire il succo e vengono conservate in contenitori ermetici con salamoia.
• I batteri poi trasformano gli zuccheri in acido lattico e anidride carbonica.
• Il sale favorisce la rottura delle cellule vegetali. L'acido lattico conferisce un gusto delicato, sfavorisce i batteri indesiderati ed ha un effetto conservativo.
• Le vitamine sono preservate durante questo processo e svolgono un effetto benefico sulla flora intestinale.
• Le verdure più comunemente conservate sono i crauti.
• "Kimchi" a base cavolo cinese è consumata praticamente a ogni pasto coreano.