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Il glucosio è la principale fonte di energia per le cellule: la sua ossidazione è un processo esoenergetico che avviene in moltissime tappe, ognuna catalizzata da uno specifico enzima; l'energia liberata viene "passata" all'ATP.
Il catabolismo del glucosio può avvenire attraverso
(con apporto di ossigeno)
Glicolisi(citoplasma) Durante la glicolisi una molecola di glucosio (zucchero a sei atomi di carbonio) viene attivata con la fosforilazione (si consumano 2 ATP) e viene poi scissa in 2 molecole di piruvato (a 3 atomi di carbonio), con formazione di 4 molecole di ATP; inoltre due molecole di NAD+ (trasportatore di elettroni) vengono "caricate".Il piruvato entra nel mitocondrio, dove gli viene sottratta anidride carbonica; quello che rimane (gruppo acetilico CH3CO) si lega con il coenzima A per formare l' acetil-CoA; si formano altre 2 molecole di NADH Il guadagno energetico netto fino a questo punto consiste in 4 molecole di NADH e 2 di ATP Nota: l'acetil-CoA è un importantissimo crocevia metabolico, in quanto può formarsi non solo a partire dagli zuccheri, ma anche a partire dai trigliceridi e persino dalle proteine (dopo la deaminazione) Respirazione cellulare(mitocondri) Ciclo di Krebs (matrice mitocondriale)Il gruppo acetilico si libera dal coenzima A e entra nel ciclo di Krebs legandosi con l'acido ossalacetico, e formando così l'acido citrico. A ogni "giro" il ciclo di Krebs "consuma" un gruppo acetilico trasformandolo in 2 molecole di anidride carbonica (quindi 4 in totale per ogni molecola di glucosio iniziale), e si rigenera l'acido ossalacetico. L'energia che si libera viene utilizzata per produrre ATP (2 molecole diGTP, trasformate poi in ATP per oni molecola di glucosio), 6 NADH e 2 FADH2 a questo punto gli atomi di carbonio della molecola iniziale di glucosio sono oramai ossidati completamente a CO2; una parte dell'energia del glucosio è stata utilizzata per produrre ATP, ma gran parte si trova negli elettroni che sono stati trasferiti ai trasportatori di elettroni NADH e FADH2 Catena di trasporto degli elettroni (creste mitocondriali) Nella membrana che costituisce le creste del mitocondrio sono inserite alcune molecole trasportatrici di elettroni, tra cui il coenzima Q e i citocromi; questi ultimi sono costituiti da una proteina e un gruppo eme simile a quello dell'emoglobina. NADH e FADH2 passano gli elettroni al primo elemento della catena di trasporto, questo poi li passa al secondo e così via. Ad ogni passaggio gli elettroni perdono energia,che viene utilizzata per pompare protoni H+ dalla matrice mitocondriale allo spazio compreso tra le due membrane. Si crea così un gradiente elettrochimico che spinge i protoni a tornare nella matrice, attraverso uno specifico canale situato nella membrana interna; tale canale è associato ad una unità catalitica, che al passaggio dei protoni fosforila l'ADP in ATP (fosforilazione ossidativa). Per ogni NADH si producono 3 ATP e per ogni FADH2 2 ATP L'ossidazione del NADH e del FADH2 e la sintesi dell'ATP sono dunque processi fisicamente distinti, ma correlati dal gradiente protonico (modello chemiosmotico). L'ultimo accettore di elettroni (e di ioni idrogeno) è l'ossigeno, che viene così ridotto ad acqua. Complessivamente si formano 36 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio. |
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