Come si produce ATP (glicolisi e respirazione)

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Categoria:Biologia
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Testo

COME SI PRODUCE ATP
NELLE CELLULE:
GLICOLISI E RESPIRAZIONE
Ossidazione del glucosio
• Nell’ossidazione del glucosio i legami carbonio – carbonio, carbonio – idrogeno e ossigeno – ossigeno diventano legami carbonio – ossigeno e idrogeno – ossigeno quando gli atomi di ossigeno catturano e accumulano elettroni.
• Nei sistemi viventi l’ossidazione del glucosio si compie in due tappe principali :
1) glicolisi
2) respirazione ( ciclo di Krebs e trasporto di elettroni)
Glicolisi
• la molecola a 6 atomi di carbonio del glucosio viene scissa in 2 molecole di un composto a 3 atomi di carbonio, l’acido piruvico.
• Tappa 1
Richiede un apporto di energia fornita dall’abbinamento di questi passaggi con il sistema ATP/ADP. Il gruppo fosfato terminale di una molecola di ATP viene trasferito al carbonio in sesta posizione della molecola di glucosio formando il glucosio 6 – fosfato. La reazione dell’ ATP con il glucosio è una reazione esoergonica ed è catalizzata dall’enzima esochinasi.
• Tappa 2
La molecola viene riorganizzata con l’aiuto di un particolare enzima. L’anello esagonale del glucosio si trasforma nell’anello pentagonale del fruttosio; si accumula glucosio 6 – fosfato e si consuma fruttosio 6 – fosfato.
• Tappa 3
Il fruttosio 6 – fosfato guadagna un secondo gruppo fosfato grazie alla partecipazione di un altro ATP. Il gruppo fosfato aggiunto si lega al primo carbonio formando fruttosio 1, 6 – di fosfato, cioè fruttosio con gruppi fosfato in posizione 1 e 6. Due molecole di ATP sono state convertite in ADP e non vi è stato alcun recupero di energia. L’enzima che catalizza questa reazione è la fosfofruttochinasi, è un enzima allosterico e l’ATP è un effettore allosterico che inibisce la sua attività.
• Tappa 4
La molecola a 6 atomi di carbonio viene scissa in 2 molecole a 3 atomi di carbonio, il diidrossiacetone fosfato e la fosfogliceraldeide che sono tra loro convertibili ad opera dell’enzima isomerasi.
Poiché la fosfogliceraldeide si consuma nelle reazioni successive, tutto il diidrossiacetone fosfato viene trasformato in fosfogliceraldeide.
I prodotti di tutte le tappe successive debbono essere contati 2 volte per valutare correttamente l’apporto energetico ottenuto da una molecola di glucosio.
• Tappa 5
Le molecole di fosfogliceraldeide vengono ossidate , cioè atomi di idrogeno con i loro elettroni vengono rimossi e il NAD è ridotto a NADH e H+. Questa è la prima reazione dalla quale la cellula ricava energia, parte di essa viene utilizzata per attaccare un gruppo fosfato a quella che ora è la posizione 1 della molecola di fosfogliceraldeide.
• Tappa 6
Un gruppo fosfato si libera della molecola di difosfoglicerato e viene utilizzato per ricaricare una molecola di ADP. Questa reazione è altamente esoergonica(G è molto negativo).
• Tappa 7
Il restante gruppo fosfato viene trasferito enziamaticamente dalla posizione 3 alla posizione 2.
• Tappa 8
In questa tappa una molecola d’acqua viene rimossa dal composto a 3 atomi di carbonio.
• Tappa 9
Il gruppo fosfato viene trasferito a una molecola di ADP formando un’altra molecola di ATP.
Riassunto della glicolisi
• L’intera sequenza ha inizio da una molecola di glucosio.
• L’energia viene immessa nella sequenza alle tappe 1e 3, con il trasferimento di un gruppo fosfato da una molecola di ATP alla molecola di zucchero.
• La molecola a 6 atomi di carbonio si scinde alla tappa 4 e da questo punto in poi la sequenza produce energia.
• Durante la tappa 5 una molecola di NAD+ acquista energia dall’ossidazione della fosfogliceraldeide riducendosi a NADH e H+.
• Alle tappe 6 e 9 molecole di ADP acquistano energia dal sistema fosforilandosi in ATP.
• È necessaria l’ energia dei legami fosfato di due molecole di ATP per iniziare la sequenza gli colitica;si producono poi molecole di NADH a partire da due NAD+ e quattro molecole di ATP da quattro di ADP:
glucosio + 2 ATP +4 ADP + 2Pi + 2 NAD+ → 2 acido piruvico + 2 ADP + 4 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
• Una molecola di glucosio è stata trasformata in 2 molecole di acido piruvico. Il guadagno netto di energia è di 2 molecole di ATP e due di NADH per ogni molecola di glucosio.
Via anaerobica
• L’acido piruvico può scegliere tra le tante vie possibili una delle quali è quella aerobica (con ossigeno), le altre anaerobiche (senza ossigeno).
• In assenza di ossigeno, l’acido piruvico può essere trasformato in etanolo ( alcol etilico) o in uno dei tanti acidi organici. Tra i quali l’acido lattico.
• La formazione di alcol a partire da uno zucchero è detta fermentazione.
• L’acido lattico si forma dall’acido piruvico in molti microrganismi e anche in alcune cellule animali quando l’ossigeno è scarso o assente; si produce nelle cellule muscolari durante un intenso esercizio fisico.
• La glicolisi continua, usando il glucosio dal glicogeno immagazzinato nel muscolo, ma l’acido piruvico che si forma non entra nella via aerobica della respirazione.
• L’acido lattico si diffonde nel sangue ed è trasportato al fegato.
• Quando l’ossigeno è più abbondante e la domanda di ATP è ridotta, l’acido lattico è risintetizzato ad acido piruvico e di nuovo a glucosio o glicogeno.
Respirazione
• In presenza di ossigeno, la tappa successiva alla demolizione del glucosio consiste nella graduale ossidazione dell’acido piruvico ad anidride carbonica e acqua, processo che è detto respirazione.
• Esistono due significati in biologia
1)inspirazione di ossigeno e espirazione di anidride carbonica
2)ossidazione di molecole nutritive da parte delle cellule.
• La respirazione si svolge in due fasi:
1)il ciclo di Krebs
2)il trasporto di elettroni finale
• Nelle cellule eucariote queste reazioni avvengono dentro i mitocondri che sono delimitati da due membrane una esterna liscia e l’altra ripiegata verso l’interno formando le creste. Nei compartimenti interni c’è una soluzione densa detta matrice.
• La matrice contiene gli enzimi, coenzimi, acqua, fosfati e altre molecole coinvolte nella respirazione. La membrana esterna è permeabile alla maggior parte delle molecole piccole, mentre quella interna permette il passaggio solo a certe molecole, quali l’acido piruvico e l’ATP, questa permeabilità selettiva della membrana interna è importantissima.
• Alcuni enzimi del ciclo di Krebs sono in soluzione nella matrice. I rimanenti enzimi del ciclo di Krebs si trovano dentro alla membrana delle creste.
• Nei mitocondri l’acido piruvico che deriva dalla glicolisi si ossida ad anidride carbonica e acqua, completando la demolizione della molecola di glucosio.

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