Respirazione cellulare è la somma dei vari mezzi biochimici che gli organismi eucarioti impiegano per estrarre energia dal cibo, in particolare glucosio molecole.
Il processo di respirazione cellulare comprende quattro fasi o passaggi fondamentali: glicolisi, che si verifica in tutti gli organismi, procarioti ed eucarioti; il reazione ponte bridge, che pone le basi per la respirazione aerobica; e il ciclo di Krebs e il catena di trasporto degli elettroni, percorsi dipendenti dall'ossigeno che si verificano in sequenza nei mitocondri.
Le fasi della respirazione cellulare non avvengono alla stessa velocità e lo stesso insieme di reazioni può procedere a velocità diverse nello stesso organismo in tempi diversi. Ad esempio, ci si aspetterebbe che il tasso di glicolisi nelle cellule muscolari aumenti notevolmente durante l'intenso anaerobico esercizio fisico, che incorre in un "debito di ossigeno", ma i passaggi della respirazione aerobica non accelerano in modo apprezzabile a meno che l'esercizio non venga eseguito a un livello di intensità aerobico, "pay-as-you-go".
Equazione della respirazione cellulare
Il completo formula respirazione cellulare sembra leggermente diverso da fonte a fonte, a seconda di ciò che gli autori scelgono di includere come reagenti e prodotti significativi. Ad esempio, molte sorgenti omettono i trasportatori di elettroni NAD+/NADH e FAD2+/FADH2 dal bilancio biochimico.
Complessivamente, la molecola di zucchero a sei atomi di carbonio glucosio viene convertita in anidride carbonica e acqua in presenza di ossigeno per produrre da 36 a 38 molecole di ATP (adenosina trifosfato, la "valuta energetica" delle cellule in tutta la natura). Questa equazione chimica è rappresentata dalla seguente equazione:
C6H12oh6 + 6 O2 → 6 CO2 + 12 H2O + 36 ATP
glicolisi
Il primo stadio della respirazione cellulare è glicolisi, che è un insieme di dieci reazioni che non richiedono ossigeno e quindi si verificano in ogni cellula vivente. I procarioti (dai domini Bacteria e Archaea, precedentemente chiamati "archebatteri") utilizzano quasi esclusivamente la glicolisi, considerando che gli eucarioti (animali, funghi, protisti e piante) lo utilizzano principalmente come tavola calda per i più lucrativi energeticamente reazioni di respirazione aerobica.
La glicolisi avviene nel citoplasma. Nella "fase di investimento" del processo, vengono consumati due ATP mentre due fosfati vengono aggiunti al derivato del glucosio prima che venga suddiviso in due composti a tre atomi di carbonio. Questi si trasformano in due molecole di piruvato, 2 NADH e quattro ATP per a guadagno netto di due ATP.
La reazione del ponte
Il secondo stadio della respirazione cellulare, il transizione o reazione ponte bridge, riceve meno attenzione rispetto al resto della respirazione cellulare. Come suggerisce il nome, tuttavia, senza di essa non ci sarebbe modo di passare dalla glicolisi alle reazioni aerobiche.
In questa reazione, che avviene nei mitocondri, le due molecole di piruvato della glicolisi vengono convertite in due molecole di acetil coenzima A (acetil CoA), con due molecole di CO2 prodotto come rifiuto metabolico. Non viene prodotto ATP.
Il ciclo di Krebs
Il ciclo di Krebs non genera molta energia (due ATP), ma combinando la molecola a due atomi di carbonio acetil CoA con la molecola a quattro atomi di carbonio ossalacetato, e ciclando il prodotto risultante attraverso una serie di transizioni che riducono la molecola ad ossalacetato, genera, otto NADH e due FADH2, un altro vettore di elettroni (quattro NADH e un FADH2 per molecola di glucosio che entra nella respirazione cellulare alla glicolisi).
Queste molecole sono necessarie per la catena di trasporto degli elettroni, e nel corso della loro sintesi, altri quattro CO2 le molecole vengono rilasciate dalla cellula come rifiuti.
La catena di trasporto degli elettroni
La quarta e ultima fase della respirazione cellulare è quella in cui avviene la maggiore "creazione" di energia. Gli elettroni trasportati da NADH e FADH2 sono tirati da queste molecole da enzimi nel membrana mitocondriale e utilizzato per guidare un processo chiamato fosforilazione ossidativa, in cui un gradiente elettrochimico guidato da il rilascio dei suddetti elettroni alimenta l'aggiunta di molecole di fosfato all'ADP per produrre ATP.
Ossigeno è richiesto per questo passaggio, in quanto è l'accettore di elettroni finale nella catena. Questo crea H2O, quindi questo passaggio è da dove proviene l'acqua nell'equazione della respirazione cellulare.
In tutto, in questa fase vengono generate da 32 a 34 molecole di ATP, a seconda di come viene sommata la resa energetica. Così la respirazione cellulare produce un totale di 36-38 ATP: 2 + 2 + (32 o 34).