Il motivo per cui mangi è alla fine creare una molecola chiamata ATP (adenosina trifosfato) in modo che le tue cellule abbiano i mezzi per alimentare se stesse, e quindi tu, insieme. E non a caso, il motivo per cui respiri è che l'ossigeno è necessario per ottenere la massima quantità di energia cellulare dai precursori del glucosio molecole in quel cibo.
Il processo utilizzato dalle cellule umane per generare ATP è chiamato respirazione cellulare. Risulta nella creazione di 36-38 ATP per molecola di glucosio. Consiste in una serie di fasi, che iniziano nel citoplasma cellulare e si spostano ai mitocondri, le "centrali energetiche" delle cellule eucariotiche. I due processi che producono ATP possono essere visti come glicolisi (la parte anaerobica) seguita dalla respirazione aerobica (la parte che richiede ossigeno).
Che cos'è l'ATP?
Chimicamente, l'ATP è un nucleotide. I nucleotidi sono anche gli elementi costitutivi del DNA. Tutti i nucleotidi sono costituiti da una porzione di zucchero a cinque atomi di carbonio, una base azotata e da uno a tre gruppi fosfato. La base può essere adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) o uracile (U). Come puoi capire dal suo nome, la base dell'ATP è l'adenina e contiene tre gruppi fosfato.
Quando l'ATP viene "costruito", il suo precursore immediato è ADP (adenosina difosfato), che a sua volta deriva da AMP (adenosina monofosfato). L'unica differenza tra i due è il terzo gruppo fosfato attaccato alla "catena" fosfato-fosfato nell'ADP. L'enzima responsabile è chiamato ATP sintasi.
Quando l'ATP viene "spento" dalla cellula, il nome della reazione da ATP a ADP è idrolisi, poiché l'acqua viene utilizzata per rompere il legame tra i due gruppi fosfato terminali. Una semplice equazione per riformare l'ATP dai suoi parenti nucleotidici è ADP + Pio, o anche AMP + 2 Pio. dove Pio è fosfato inorganico (cioè non attaccato a una molecola contenente carbonio).
Energia cellulare negli eucarioti: respirazione cellulare
La respirazione cellulare si verifica solo negli eucarioti, che sono la risposta multicellulare, più grande e più complessa della natura ai procarioti unicellulari. Gli esseri umani sono tra i primi, mentre i batteri popolano i secondi. Il processo si sviluppa in quattro fasi: glicolisi, che si verifica anche nei procarioti e non richiede ossigeno; il reazione ponte bridge; e le due serie di reazioni della respirazione aerobica, la ciclo di Krebs e il catena di trasporto degli elettroni.
glicolisi
Per avviare la glicolisi, una molecola di glucosio che si è diffusa nella cellula attraverso la membrana plasmatica ha un fosfato attaccato a uno dei suoi atomi di carbonio. Viene quindi riorganizzato in una molecola di fruttosio, a quel punto un secondo gruppo fosfato è attaccato a un diverso atomo di carbonio. La risultante molecola a sei atomi di carbonio doppiamente fosforilata viene divisa in due molecole a tre atomi di carbonio. Questa fase costa due ATP.
La seconda parte della glicolisi procede con la riorganizzazione delle molecole a tre atomi di carbonio in una serie di passaggi in piruvato, mentre nel frattempo si aggiungono due fosfati e poi si tolgono tutti e quattro e si aggiungono all'ADP per formare ATP. Questa fase produce quattro ATP,rendendo la resa netta di glicolisi due ATP.
Ciclo di Krebs
La reazione ponte nei mitocondri prepara la molecola di piruvato all'azione rimuovendo uno dei suoi atomi di carbonio e due ossigeni per produrre acetato, che viene quindi aggiunto coenzima A per formare acetil CoA.
L'acetil CoA a due atomi di carbonio viene aggiunto a una molecola a quattro atomi di carbonio, ossalacetato, per avviare le reazioni. La risultante molecola a sei atomi di carbonio viene infine ridotta a ossalacetato (da cui "ciclo" nel titolo; un reagente è anche un prodotto). Nel processo, due ATP e 10 molecole note come portatori di elettroni (otto NADH e due FADH2) sono prodotti.
Catena di trasporto degli elettroni
Nella fase finale della respirazione cellulare, e nella seconda fase aerobica, vengono utilizzati i vari vettori di elettroni ad alta energia. I loro elettroni vengono strappati via da enzimi incorporati nella membrana mitocondriale e la loro energia è utilizzato per alimentare l'aggiunta di gruppi fosfato all'ADP per formare ATP, un processo chiamato ossidativo fosforilazione. L'ossigeno è l'ultimo accettore di elettroni alla fine.
Il risultato è da 32 a 34 ATP, il che significa che, aggiungendo due ATP ciascuno dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs, la respirazione cellulare produce da 36 a 38 ATP per molecola di glucosio.