RESPIRAZIONE CELLULARE Flashcards
definizione respirazione cellulare
Si definisce respirazione cellulare l’insieme delle vie metaboliche con le quali la cellula ricava energia dai legami chimici delle sostanze nutrienti come i carboidrati (glucosio), gli ac. grassi e certi aa: la respirazione consuma O2 e produce CO2.
fasi respirazione cellulare
Negli organismi aerobi la respirazione cellulare avviene in 3 fasi:
- PRIMA FASE→ produzione di acetil-CoA e CO2 a partire dal glucosio con la glicolisi
- SECONDA FASE→ il ciclo di krebs ossida l’acetil-CoA e produce NADH + H+, FADH2 e altra CO2
- TERZA FASE→ la fosforilazione ossidativa produce ATP a partire dai coenzimi NADH e FADH2 ridotti nei passaggi precedenti e consuma O2 formando H2O.
definizione glicolisi
La glicolisi è il processo metabolico anaerobico, che avviene nel citoplasma, in cui una molecola di glucosio viene scissa in 2 molecole di piruvato per generare 2 molecole di ATP e 2 molecole di NADH + H+ per ogni molecola di glucosio.
E’ quindi un processo catabolico ed esotermico, perché molecole + complesse ed energetiche vengono trasformate in altre + semplici e meno energetiche, con cessione di energia e accumulo sotto forma di ATP.
fasi glicolisi
Presenta 2 fasi:
- FASE DI INVESTIMENTO→ comprende 5 reazioni, nelle quali il glucosio viene fosforilato a glucosio 6-fosfato e scisso in 2 molecole di gliceraldeide 3-fosfato, avviene grazie al consumo di 2 molecole di ATP
- FASE DI RENDIMENTO→ le due molecole di gliceraldeide 3-fosfato vengono trasformate in 2 molecole di piruvato e vengono prodotti 4 ATP e 2 NADH + H+, con un guadagno netto di energia di 2 ATP e 2 NADH + H+.
Fasi più importanti della glicolisi
1- FOSFORILAZIONE DEL GLUCOSIO→ Il glucosio viene fosforilato grazie all’enzima esochinasi o glucochinasi, Mg2+ dipendente, e viene trasformato in G6P (glucosio 6-fosfato) con consumo di 1 ATP
3- FOSFORILAZIONE DEL F6P A F1,6BF (fruttosio 1,6-bifosfato)→ IL F6P viene sottoposto a una seconda fosforilazione grazie all’enzima fosfofruttochinasi che catalizza la reazione non reversibile di sintesi di F1,6BF, trasferendo un fosfato dall’ATP: viene spesa una molecola di ATP.
4/5- scissione del F1,6BP in G3P (gliceraldeide 3-fosfato)
10- TRASFERIMENTO DEL FOSFATO DAL PEP ALL’ADP→ è una fosforilazione a livello del substrato che avviene grazie alla piruvato chinasi, Mg 2+ dipendente, che idrolizza il PEP a enolpiruvato con rimozione del gruppo fosfato che viene ceduto all’ADP per formare ATP. L’enolpiruvato è molto instabile e si trasforma in piruvato.
punti di controllo della glicolisi
La velocità della glicolisi è regolata da 3 enzimi che catalizzano reazioni irreversibili, che sono:
ESOCHINASI→ step 1 della glicolisi. Viene inibita da elevate concentrazioni del suo prodotto (G6P) per impedirne un accumulo nella cellula. Nelle cellule epatiche al suo posto c’è la glucochinasi, perché il G6P può essere accumulato sotto forma di glicogeno, che è la principale riserva di zucchero.
FOSFOFRUTTOCHINASI→ step 3 della glicolisi. Viene inibita da:
* alti livelli di ATP, che inibiscono il suo effetto diminuendo la sua affinità per il substrato;
* dagli ormoni adrenalina e glucagone perchè sono iperglicemizzanti e se voglio che la glicemia si alzi devo rallentare il metabolismo del glucosio
Mentre viene stimolata dall’AMP, perché significa che c’è bisogno di produrre ATP.
PIRUVATO CHINASI→ step 10 della glicolisi. Viene inibita da:
* elevate concentrazioni di ATP, perchè non ha senso sacrificare glucosio per ottenere energia se è già presente
* elevate concentrazioni di alanina, che è la versione amminica del piruvato e quindi ci sono alte concentrazioni anche di questo
destino del piruvato
Il piruvato può seguire diversi destini:
- CONDIZIONI AEROBICHE→ il piruvato viene ossidato in acetato per entrare nel ciclo di Krebs: viene scomposto in CO2 e H2O, mentre il NADH + H+ viene riossidato dalla catena di trasporto degli elettroni.
- CONDIZIONI ANAEROBICHE→ in questo caso il NADH non può essere riossidato nella catena di trasporto degli elettroni per mancanza di O2 e si accumula nella cellula, si attiva quindi la fermentazione lattica che riduce il piruvato ad ac lattico e riossida il NADH a NAD+ consentendo alla glicolisi di continuare
fermentazione lattica e ciclo di Cori
Con il termine fermentazione si indica un processo biochimico nel quale si estrae ATP senza consumare O2 e senza modificare la concentrazione di NAD+ o NADH.
La fermentazione lattica è una forma di metabolismo energetico alternativo alla respirazione: consente di produrre acido L-lattico a partire dal piruvato con una resa energetica di 2 ATP.
La fermentazione lattica è caratteristica dei lattobacilli e anche del metabolismo anaerobico di alcuni tessuti. La fermentazione ha una resa energetica molto limitata (2 ATP) rispetto a quella della respirazione (32 ATP).
Durante intensa attività fisica la quantità di ossigeno che raggiunge i muscoli è insufficiente e quindi il metabolismo ossidativo si blocca: la glicolisi non si blocca formando ATP e ac lattico, che in grandi quantità è tossico per le cellule.
Si attiva quindi il ciclo di cori per riutilizzare l’ac lattico nel fegato convertendolo in composti utili al metabolismo: la lattato deidrogenasi riossida l’ac lattico a piruvato, che poi viene convertito in glucosio attraverso la gluconeogenesi (il processo richiede 6 ATP).
Il bilancio energetico del ciclo è di 4 ATP spesi: 2 guadagnati dalla glicolisi e 6 utilizzati per riconvertire l’ac lattico in glucosio.
fermentazione alcolica
Consente la lievitazione del pane o la vinificazione del mosto d’uva ed è operata dai lieviti o saccaromiceti (Saccharomyces cerevisiae).
La fermentazione presenta 2 fasi:
- SCISSIONE DEGLI ZUCCHERI→ gli zuccheri complessi vengono scissi dall’invertasi formando glucosio e fruttosio
- FORMAZIONE DI ETANOLO→ a partire dagli zuccheri semplici la glicolisi produce piruvato, ma essendo in assenza di CO2 non è possibile svolgere il ciclo di krebs e la fosforilazione ossidativa e quindi prende la via fermentativa. Il piruvato viene privato di una molecola di CO2 formando l’acetaldeide, che riceve due H+ dal NADH + H+, che si ossida a NAD+, formando l’etanolo
decarbossilazione ossidativa
Il piruvato prodotto dalla glicolisi viene decarbossilato e trasformato in acetato, per reagire con il CoA-SH e formare l’acetil-CoA e CO2.
Questa reazione segna il passaggio dal catabolismo anaerobico a quello aerobico e viene svolta dalla piruvato deidrogenasi.
L’acetil-CoA consente quindi lo sfruttamento del piruvato nel ciclo di krebs.
definizione ciclo di krebs
Permette di disorganicare i 2 carboni presenti nell’acetil-CoA in 2 molecole di CO2 producendo energia sotto forma di 3 NADH + H+, 1 FADH2 e 1 GTP, che viene poi convertito in ATP grazie alla nucleoside difosfato chinasi: i prodotti andranno moltiplicati per 2, perchè con una molecola di glucosio si ottengono 2 molecole di piruvato nella glicolisi.
In sintesi si ottengono:
4 CO2, 6 NADH + H+, 2 FADH2 e 2GTP.
reazioni + importanti del ciclo di krebs
1- FORMAZIONE DEL CITRATO→ la citrato sintasi catalizza la condensazione dell’ossalacetato con l’acetil-CoA per ottenere il citrato
3- OSSIDAZIONE DELL’ISOCITRATO AD ɑ-CHETOGLUTARATO E CO2→ la isocitrato deidrogenasi, Mg2+ dipendente, catalizza la decarbossilazione ossidativa dell’isocitrato per formare l’ɑ-chetoglutarato e liberando la prima molecola di CO2 del ciclo: a partire dal NAD viene anche prodotto NADH + H+.
4- OSSIDAZIONE DELL’ɑ-CHETOGLUTARATO A SUCCINIL-COA E CO2→ l’ɑ-chetoglutarato deidrogenasi catalizza una decarbossilazione ossidativa trasformando l’ɑ-chetoglutarato in succinil-CoA e CO2: si forma anche NADH + H+ a partire dal NAD+.
5- conversione del succinil-CoA a succinato→ il succinil-CoA presenta un legame altamente energetico che, se viene scisso, rilascia energia utilizzata per formare una molecola di GTP o ATP.
8- OSSIDAZIONE DELL’L-MALATO A OSSALACETATO→ grazie all’enzima L-malato deidrogenasi, NAD dipendente, che ossida l’L-malato a ossalacetato
punti di regolazione del ciclo di krebs
PIRUVATO DEIDROGENASI→ step prima del ciclo di krebs. Viene inibita da:
- ATP, acetil-CoA, NADH + H+, perchè sono segni che c’è già energia
- aminoacidi a lunga catena, perchè sono sintomo che c’è ATP
Viene invece attivata dall’ AMP, dal CoA e dal NAD+, perché vuol dire che i prodotti della reazione sono assenti e quindi è necessario produrli.
CITRATO SINTASI→ step 1 del ciclo. Viene inibito dalla presenza di:
- NADH + H+ e ATP→ perchè vuol dire che è già presente energia a sufficienza
- succinil-CoA→ che è prodotto dai 2 step irreversibili successivi e significa che il ciclo sta lavorando troppo velocemente
- citrato→ perchè è il suo stesso prodotto e quindi viene inibita da un feedback negativo
Mentre viene attivata dall’ADP, perchè è un segno che la cellula necessita di produrre ATP.
ISOCITRATO DEIDROGENASI→ step 3 del ciclo. Viene inibito dal NADH + H+ e dall’ATP, mentre viene attivato dall’ADP
ɑ-CHETOGLUTARATO DEIDROGENASI→ step 4 del ciclo. Viene inibita dal succinil-CoA, suo prodotto, dal NADH + H+ e dall’ATP
fosforilazione ossidativa definizione
E’ la fase finale della respirazione cellulare e avviene nella membrana interna dei mitocondri: nei processi precedenti viene prodotto poco ATP e coenzimi ridotti (ad es NADH + H+ e FADH2), per sfruttare questi coenzimi la fosforilazione utilizza i citocromi e l’ATP sintasi.
fasi della fosforilazione ossidativa
La fosforilazione è composta da 2 parti:
- CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI→ gli elettroni trasportati dal NADH + H+ e dal FADH2 attraversano una catena enzimatica transmembrana, che sfrutta il loro movimento per accumulare ioni H+ nello spazio intermembrana e generare il gradiente protonico: gli elettroni passano dal NADH + H+ o dal FADH2 all’O2 formando H2O
- CHEMIOSMOSI→ l’enzima ATP sintasi sfrutta il gradiente protonico per produrre ATP attraverso la fosforilazione dell’ADP
