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Il metabolismo del Glucosio - Coggle Diagram
Il metabolismo del Glucosio
Cosa è
La glicolisi è una via metabolica universale che avviene nel citoplasma di tutte le cellule, sia procariote che eucariote.
Il processo consiste nella scissione e ossidazione di una molecola di glucosio (a 6 atomi di carbonio) per ottenere due molecole di piruvato (a 3 atomi di carbonio). Durante questo passaggio, gli atomi di idrogeno rimossi dal glucosio vengono trasferiti al coenzima $NAD^+$, che si riduce diventando NADH, una molecola carica di energia.
Le due fasi del processo
Fase di investimento energetico:
la cellula "spende" 2 molecole di ATP per attivare la reazione (stadi 1 e 3).
Fase di rendimento energetico:
la cellula produce 4 molecole di ATP e 2 di NADH (stadi 6, 7 e 10).
Considerando la spesa iniziale, il guadagno netto finale per ogni molecola di glucosio è di 2 ATP e 2 NADH.
Bilancio energetico ed efficienza
Nonostante la sua importanza, la glicolisi ricava solo il 5% dell'energia totale contenuta nel glucosio; la maggior parte dell'energia rimane infatti "imprigionata" nelle molecole di acido piruvico. L'equazione riassuntiva del processo evidenzia come, oltre al piruvato e all'energia (ATP), si generino anche protoni e acqua.
Affinché la glicolisi possa continuare, è essenziale che ci sia una disponibilità costante di NADH+. Poiché questo coenzima è presente in quantità limitate, il NADH prodotto deve essere continuamente riossidato e trasformato nuovamente in NADH+. Questo avviene attraverso la respirazione cellulare (in presenza di ossigeno) o tramite la fermentazione (in assenza di ossigeno).
La respirazione cellulare
Sebbene la glicolisi produca energia, il suo rendimento non è sufficiente a garantire da solo la sopravvivenza delle cellule. Il piruvato e il NADH prodotti contengono ancora una grande quantità di energia che può essere estratta solo in presenza di ossigeno attraverso la respirazione cellulare.
Questo processo complesso permette di demolire completamente la molecola di glucosio, arrivando a produrre teoricamente fino a 36 molecole di ATP, rendendolo molto più vantaggioso della sola glicolisi.
Il processo si svolge in tre fasi principali localizzate in punti diversi dell'organulo.
Sintesi dell'acetil-CoA e ciclo di Krebs: avvengono all'interno della matrice mitocondriale.
Fosforilazione ossidativa: rappresenta la terza fase e avviene sulle creste della membrana interna.
i mitocondri
Nelle cellule eucariote, la respirazione cellulare avviene all'interno dei mitocondri, che sono considerati le vere "fabbriche" di ATP della cellula, producendo circa il 90% dell'energia totale.
Il numero di mitocondri presenti varia in base al tipo di tessuto; ad esempio, una cellula del fegato umano ne può contenere oltre 1000 per soddisfare il suo elevato fabbisogno energetico.
-Membrana esterna: liscia e protettiva.
-Membrana interna: molto estesa e ripiegata a formare strutture chiamate creste.
Queste membrane creano due compartimenti distinti: lo spazio intermembrana e la matrice, una soluzione gelatinosa dove avvengono le prime reazioni chimiche.
Fase preparatoria
La prima fase della respirazione cellulare avviene nella matrice del mitocondrio. Qui, il piruvato (prodotto precedentemente dalla glicolisi) viene trasformato in un composto a due atomi di carbonio chiamato acetil-CoA.
Questo processo è fondamentale perché funge da "ponte" tra la glicolisi e il ciclo di Krebs ed è catalizzato da un complesso enzimatico molto grande chiamato piruvato deidrogenasi.
Durante questa reazione, per ogni molecola di piruvato si liberano una molecola di CO₂ e una di NADH. Poiché ogni molecola di glucosio iniziale produce due piruvati, l'intero processo avviene due volte per ogni ciclo cellulare.
Ciclo di Krebs
La seconda fase è il ciclo di Krebs, una via metabolica composta da otto reazioni che ossidano completamente l'acetil-CoA all'interno della matrice mitocondriale. Per ogni molecola di acetil-CoA che entra nel ciclo, vengono prodotte:
Una molecola di ATP (energia immediata).
Tre molecole di NADH e una di FADH₂ (trasportatori di elettroni)
Due molecole di CO₂ come scarto.
Al termine delle otto reazioni, il ciclo ritorna al suo punto di partenza, pronto per ricominciare con una nuova molecola di acetil-CoA.
Bilancio finale
Considerando l'intero processo a partire da una singola molecola di glucosio (che genera due acetil-CoA), il bilancio complessivo del ciclo di Krebs è di 2 ATP, 6 NADH e 2 FADH₂.
In questa fase si completa l'ossidazione del glucosio: i sei atomi di carbonio originari sono stati tutti convertiti in sei molecole di CO₂ (due dalla fase preparatoria e quattro dal ciclo di Krebs). Negli animali, questa anidride carbonica passa dalle cellule al sangue e viene infine eliminata attraverso l'espirazione polmonare.
