La respirazione cellulare: focus sulla glicolisi per la scuola superiore

La respirazione cellulare

La molecola che fornisce energia alle cellule è il glucosio (C6H12O6), uno zucchero semplice. L'energia solare viene accumulata come energia chimica nelle molecole di glucosio e viene rilasciata durante la respirazione cellulare, che si svolge sia nelle cellule animali che vegetali CO 2 O 02 00 1 6 CO2 + 6 H2O + Luce - C6H1206 + 6 02 C6H1206 + 6 02 - 6 CO2 + 6 H2O + Energia

La respirazione cellulare: Panoramica

C6H1206 + 6 02 - 6 CO2 + 6 H2O + Energia

• Nella respirazione cellulare, il glucosio è demolito fino alle semplici molecole di CO2 e H2O, mentre viene consumato 02
• L'energia che si libera viene immagazzinata nelle molecole di ATP, che sono utilizzate poi dalla cellula per svolgere i diversi processi metabolici.
• Parte dell'energia è dissipata come calore

Le tappe della respirazione cellulare

La respirazione cellulare comprende una serie di reazioni suddivise in 3 tappe principali: NADH mitocondrio NADH FADH2 GLICOLISI CICLO glucosio piruvato FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (catena di trasporto degli elettroni e chemiosmosi) citoplasma T CO2 CO2 ATP ATP ATP C.H120% + 6 O 6 CO. + 6 H,O + ATP glucosio ossigeno diossido di carbonio acqua energia

1. Glicolisi 1.b Sintesi acetilcoenzimaA
2. Ciclo di Krebs
3. Fosforilazione ossidativa (Catena di trasporto degli elettroni e Chemiosmosi) membrana interna del mitocondrio

Schema della respirazione cellulare

O NADH mitocondrio NADH FADH2 GLICOLISI glucosio piruvato CICLO DI KREBS FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (catena di trasporto degli elettroni e chemiosmosi) citoplasma CO2 CO2 ATF ATP C.H __ O8 + 6 6 CO + 6 H2O + glucosio ossigeno diossido di carbonio acqua membrana interna del mitocondrio ATP ATP energia

La Glicolisi: Processo Anaerobico

➢ La glicolisi scinde una molecola di glucosio (con 6 atomi di carbonio) in 2 molecole di piruvato (con 3 atomi di carbonio). È un processo anaerobico, quindi non richiede ossigeno Comprende 7 reazioni consequenziali, ognuna catalizzata da un enzima specifico. glucosio 4 ADP + 4 P 2 ATP GLICOLISI 2 ADP + 2 P 4 ATP 2 molecole di piruvato

Glicolisi: Tappa 1 - Formazione glucosio-6-fosfato

1 Il Glucosio trasportato dal sangue entra nel citoplasma della cellula dove si lega con un gruppo fosfato ceduto da una molecola di ATP. In questa prima tappa si forma il glucosio-6-fosfato e si consuma una molecola di ATP -0 MOLECOLE IN ENTRATA MOLECOLE IN USCITA glucosio ATP ADP 1 0 Le palline grigie sono gli atomi di carbonio, gli ovali gialli sono i gruppi di fosfato glucosio-6-fosfato

Glicolisi: Tappa 2 - Conversione in fruttosio-6-fosfato

2 Nella seconda tappa il glucosio- 6-fosfato viene convertito in fruttosio-6-fosfato, un suo isomero, cioè una molecola che ha la stessa formula bruta ma diversa formula di struttura 0 MOLECOLE IN ENTRATA MOLECOLE IN USCITA glucosio ATP ADP 1 0 Le palline grigie sono gli atomi di carbonio, gli ovali gialli sono i gruppi di fosfato glucosio-6-fosfato 2 0 fruttosio-6-fosfato

Glicolisi: Tappa 3 - Formazione fruttosio-1,6-difosfato

3 Nella terza tappa al fruttosio-6- fosfato viene aggiunto un altro gruppo fosfato proveniente da una molecola di ATP e trasformato così in fruttosio-1,6- difosfato. Si consumata una molecola di ATP MOLECOLE IN ENTRATA -0 MOLECOLE IN USCITA glucosio ATP ADP 1 0 Le palline grigie sono gli atomi di carbonio, gli ovali gialli sono i gruppi di fosfato glucosio-6-fosfato 2 O fruttosio-6-fosfato ATP ADP 3 0 fruttosio-1,6-difosfato

Glicolisi: Tappa 4 - Scissione in gliceraldeide-3-fosfato

4 La molecola di fruttosio-1,6- difosfato viene scissa in due molecole di gliceraldeide-3- fosfato, uno zucchero a tre atomi di carbonio. 3 0 fruttosio-1,6-difosfato 4 gliceraldeide-3-fosfato N.B .: Ciascuna di queste due molecole subisce le stesse trasformazioni, quindi tutti i successivi passaggi sono contati due volte

Glicolisi: Tappa 5 - Ossidazione e formazione acido 1,3-difosfoglicerico

5 La molecola di gliceraldeide-3- fosfato viene ossidata dal trasportatore di elettroni NAD+ che si trasforma in NADH, carico di elettroni. Complessivamente si formano 2 molecole di NADH, una per ciascuna reazione. Durante l'ossidazione, inoltre si produce energia sufficiente perché un gruppo fosfato si possa legare alla molecola principale formando l'acido 1,3- difosfoglicerico 3 O fruttosio-1,6-difosfato 4 gliceraldeide-3-fosfato 2 NAD+ +2 P 2 NADH +2H+ 5 acido 1,3-difosfoglicerico

Glicolisi: Tappa 6 - Formazione acido 3-fosfoglicerico e ATP

6 Nella reazione successiva l'acido 1,3-difosfoglicerico perde un gruppo fosfato trasformandosi in acido 3-fosfoglicerico. Il gruppo fosfato si lega a una molecola di ADP formando una molecola di ATP. Nel complesso si formano 2 molecole di ATP, una per ciascuna reazione. 3 0 fruttosio-1,6-difosfato 4 gliceraldeide-3-fosfato 2 NAD+ P 2 NADH +2 H+ 5 acido 1,3-difosfoglicerico 2 ADP 2 ATP 6 acido 3-fosfoglicerico + 2

Glicolisi: Tappa 7 - Formazione piruvato e ATP

7 L'acido 3-fosfoglicerico subisce altre due reazioni durante le quali perde il suo gruppo fosfato e si trasforma in piruvato. Il gruppo fosfato si lega a una molecola di ADP e forma un'altra molecola di ATP. Nel complesso si formano 2 molecola di ATP, una per ciascuna reazione. gliceraldeide-3-fosfato 2 NAD+ +2 P 2 NADH + 2 H+ 5 acido 1,3-difosfoglicerico 2 ADP 2 ATP 6 acido 3-fosfoglicerico 2 ADP 2 ATP 7 piruvato

Glicolisi: Riepilogo delle tappe

0 MOLECOLE IN USCITA glucosio ATP 1 Le palline grigie sono gli atomi di carbonio, gli ovali gialli sono i gruppi di fosfato glucosio-6-fosfato 2 fruttosio-6-fosfato ATP ADP 3 acido 3-fosfoglicerico 2 ADP 2 ATP 0 fruttosio-1,6-difosfato 4 gliceraldeide-3-fosfato NAD+ P 2 NADH +2H+ 5 gliceraldeide-3-fosfato - Le tappe gliceraldeide-3-fosfato 2 NAD+ P NADH +2 H+ 5 acido 1,3-difosfoglicerico 2 ADP 2 ATP 6 piruvato 2 +2 MOLECOLE IN ENTRATA ADP +2

Glicolisi: Bilancio energetico

glucosio 4 ADP + 4 P 2 ATP 2 NAD+ GLICOLISI >2 2 ADP + 2 P NADH 2 molecole di piruvato A partire da una molecola di glucosio la Glicolisi produce : BILANCIO DELLA GLICOLISI Reazioni 1 > 4 - 2 ATP Reazioni 5 > 7 + 4 ATP + 2 NADH + 2 ATP + 2 NADH 4 ATP

Glicolisi: Fabbisogno energetico

I lieviti e alcuni batteri possono soddisfare il proprio fabbisogno di energia esclusivamente grazie alla glicolisi La maggior parte degli organismi ha bisogno di molta più energia, che viene ottenuta dai passaggi successivi della respirazione cellulare O BE CONTINUED ... sanoma video https://content.sanomaitalia.it/Sanoma_Italy/ALFRESCO/it_pro duction/SSSG_scientifica/kmzero/biologia/2021/video/bio_ani m_glicolisi.mp4

Sintesi acetilcoenzima A

Il piruvato, prima di passare nel citoplasma dei mitocondri, subisce alcune modifiche chimiche: viene ossidato e decarbossilato, cioè perde un atomo di carbonio, trasformandosi in un gruppo acetile a due atomi di carbonio. Il gruppo acetile si lega poi al coenzima A formando l'acetilcoenzima A (o acetil-CoA) Durante l'ossidazione del piruvato si formano anche una molecola di NADH e una molecola di CO2 Dunque, per ogni molecola di glucosio che prende parte alla glicolisi, vengono sintetizzate 2 molecole di acetilcoenzima A e altre 2 molecole di NADH NADH NADH GLICOLISI glucosio piruvato citoplasma CO CO2 ATP ATP C.H120% + 6 O 6 CO. + 6 H,O + glucosio ossigeno diossido di carbonio acqua energia ATP CICLO DI KREBS

Sintesi acetilcoenzima A: Dettagli

Il piruvato, prima di passare nel citoplasma dei mitocondri, subisce alcune modifiche chimiche: viene ossidato e decarbossilato, cioè perde un atomo di carbonio, trasformandosi in un gruppo acetile a due atomi di carbonio. Il gruppo acetile si lega poi al coenzima A formando l'acetilcoenzima A (o acetil-CoA) Durante l'ossidazione del piruvato si formano anche una molecola di NADH e una molecola di CO2 Dunque, per ogni molecola di glucosio che prende parte alla glicolisi, vengono sintetizzate 2 molecole di acetilcoenzima A e altre 2 molecole di NADH NADH NADH GLICOLISI glucosio piruvato citoplasma ATP sanoma video CICLO DI KREBS CO CO. ATP https://campus.hubscuola.it/discipline- scientifiche-2/chimica/r-la-respirazione- cellulare/

Il ciclo di Krebs: Processo aerobico

I L'acetilcoenzima A passa dal citoplasma alla matrice mitocondriale ed entra nel Ciclo di Krebs dove completa la demolizione del glucosio fino ad ottenere CO2 in una serie ciclica di reazioni • Processo aerobico, avviene in presenza di ossigeno CoA acetilcoenzima A 1 acido citrico acido ossalacetico NAD+ NADH NAD+ 2 CO 2 6 - acido malico acido &-chetoglutarico . FADH2 FAD O NAD+ . NADH 5 ADP + P 4 acido succinico derivato dell'acido «-chetoglutarico ATP NADH 3 CO2

Ciclo di Krebs: Tappa 1 - Formazione acido citrico

I 1 L'acetil-CoA si combina con l'acido ossalacetico (a 4 atomi di carbonio) per formare acido ossalacetico . NADH . NAD+ NADH NAD+ 2 CO 2 -0- - acido malico acido «-chetoglutarico 3 FADH2 FAD CO2 NAD+ O . NADH 5 4 ADP + P acido succinico derivato dell'acido Q-chetoglutarico ATF Il coenzima A viene liberato e può reagire con altri gruppi acetile. CoA acetilcoenzima A 1 acido citrico l'acido citrico (a 6 atomi di carbonio).

Ciclo di Krebs: Tappa 2 - Ossidazione acido citrico

I 2 L'acido citrico viene ossidato da NAD+ che si trasforma in NADH e il prodotto intermedio perde 1 molecola di CO2, trasformandosi in acido a-chetoglutarico CoA acetilcoenzima A 1 acido ossalacetico . NADH . NAD+ NADH NAD+ 2 CO 2 -0- - acido malico acido «-chetoglutarico O FADH2 FAD 3 CO2 NAD+ O . NADH 5 4 ADP + P acido succinico derivato dell'acido Q-chetoglutarico ATF acido citrico

Ciclo di Krebs: Tappa 3 - Formazione acido a-chetoglutarico

I L'acido a-chetoglutarico perde una moleocla di CO2 e il prodotto risultante (a 4 atomi di carbonio) viene ossidato dal NAD+ che si trasforma in NADH CoA acetilcoenzima A 1 acido ossalacetico acido citrico NAD+ NADH NAD+ 2 6 CO 2 - acido malico acido œ-chetoglutarico 3 FADH2 FAD CO2 NAD+ 5 ADP + P 4 . NADH acido succinico derivato dell'acido a-chetoglutarico ATP 3 NADH

Ciclo di Krebs: Tappa 4 - Formazione acido succinico e ATP

I 4 Nella fase successiva il derivato dell'acido a-chetoglutarico si trasforma in acido succinico. Nella reazione si libera energia sufficiente per formare 1 molecola di ATP CoA acetilcoenzima A 1 acido ossalacetico . NADH NAD+ NADH NAD+ 2 CO 2 -0- - acido malico acido «-chetoglutarico 3 FADH2 FAD CO2 NAD+ O . NADH 5 4 ADP + P acido succinico derivato dell'acido Q-chetoglutarico ATF acido citrico

Ciclo di Krebs: Tappa 5 - Ossidazione acido succinico

I 5 L'acido succinico viene ossidato dal FAD e trasformato in acido malico. CoA acetilcoenzima A 1 acido ossalacetico . NADH . NAD+ NADH NAD+ 2 CO 2 -0- - acido malico acido «-chetoglutarico . 3 CO2 NAD+ 5 4 ADP + P acido succinico derivato dell'acido Q-chetoglutarico ATF Il FAD si trasforma in FADH2 . FADH2 FAD O . NADH acido citrico