Respirazione cellulare
L’equazione generale della respirazione
C6H12O6 + 6 O2 ! 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP
1 molec
zucchero
+
6 molec
ossigeno
=
6 molec
anidride
carbonica
+
6 molec
acqua
+
36 molecole di
adenosintrifosfato
Molecole di cibo
Glucosio trasportato
all’interno della cellula
I due stadi della
respirazione cellulare
Glicolisi
Ossidazione
mitocondrio
citoplasma
ATP
"
"
"
"
"
ATP è la molecola adenosin-tri-fosfato
ATP è la “moneta” energetica che viene spesa
per qualsiasi lavoro cellulare
Usata continuamente, continuamente rigenerata
ATP è prodotto da ADP + P
Un singola molecola a bassa energia di fosfato
(HPO3) si combina con una di
adenosinadifosfato formando un legame ad
alta energia
Dove
si svolge
respirazione cellulare?
Where
thelaMetabolic
Action
GLICOLISI
Glycolysis
Is
Kreb’s
CICLO DICycle
KREBS and
E
SISTEMA
DI
E.T.S.
TRASPORTO DEGLI
ELETTRONI
GRASSI
CARBOIDRATI
Acidi Glicerolo Glucosio e
grassi
altri zuccheri
PROTEINE
Amino
acidi
Glicolisi
Piruvato
Ciclo di
Krebs
SCHEMA GENERALE
DELLA
RESPIRAZIONE
Catena trasporto elettroni
STADIO I:
Digestione delle
molecole di cibo
in piccole unità
STADIO II:
Le piccole molecole
vengono convertite
in una forma
molecolare
altamente reattiva a
2 atomi di carbonio
STADIO II:
Percorso comune
per l’ossidazione
delle molecole
combustibili
Glicolisi: il primo stadio della
respirazione cellulare
" Cosa
accade durante questo stadio?
" Dove avviene?
" Qual’è il prodotto terminale?
" Quanto ATP netto viene prodotto?
" Quali organismi utilizzano la glicolisi?
Schema
glicolisi
Overviewdella
of Glycolysis
Inizio
Start
Glucosio (6 atomi C)
Glucosio difosfato
Glucosio difosfato
Zucchero 3
atomi C
monofosfato
Zucchero 3
atomi C
monofosfato
Zucchero
3C 3C Zucchero 3C
Zucchero
monofosfato
monofosfato monofosfato
Piruvato
3C
Piruvato
3C
FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO
(trasformazione da zucchero monofosfato a 3 C a Piruvato)
Piruvato – Cosa accade dopo?
"
"
Il piruvato è un frammento a tre atomi di
carbonio
Il piruvato segue uno fra 3 percorsi
metabolici:
– ! acetil-CoA e ciclo di Krebs (in presenza di
O2)
– ! lattato (nel tessuto muscolare)
– ! etanolo (fermentazione)
Produzione di acetil coenzima A
3 atomi di
carbonio
2 atomi di
carbonio
In presenza di ossigeno
In assenza di ossigeno
I percorsi del piruvato
Ruolo del ciclo di Krebs
" Dove
avviene? Nei mitocondri
" Quanto ATP è prodotto? Molto!
" Cosa occorre? Molecole a 2 atomi carbonio
con legami idrogeno
" Quale molecola inizia il ciclo? Acetil
coenzima A (molecola a due atomi di
carbonio)
ARCHITETTURA DEL MITOCONDRIO
Compartimento esterno
(spazio intermembrana)
Membrana
mitocondriale
esterna
Matrice
(piruvato,
NADH,
FADH2)
Membrana mitocondriale
interna (sito della catena di
trasporto degli elettroni)
Sintesi del Ciclo di Krebs
Ciclo di
Krebs
Come funzionano NAD+ e FAD+
NICOTINAMMIDE-ADENIN-DINUCLEOTIDE (NAD +)
FLAVIN-ADENIN-DINUCLEOTIDE (FAD+)
Il sistema di trasporto degli elettroni
Ruolo del S.T.E.
" Dove
avviene?
" Cosa viene trasportato?
" Qual’è il risultato in termini di ATP?
" Qual’è il ruolo dei trasportatori di
elettroni?
" Qual’ è il ruolo dell’O2?
" Cosa succede quando muore una cellula?
Ruolo del S.T.E.
"
Dove avviene il processo?
nei mitocondri
"
Cosa viene trasportato?
Elettroni rilasciati dalla ossidazione del carbonio
(come atomi di idrogeno, H-)
Ossidazione del piruvato
Ossidazione dell’acetil CoA
Ossidazione dei prodotti intermedi del ciclo di
Krebs
Cosa entra e cosa esce dal mitocondrio?
Compartimento esterno
(spazio intermembrana)
Membrana
mitocondriale
esterna
Matrice
(piruvato,
NADH,
FADH2)
Membrana mitocondriale
interna (sito della catena di
trasporto degli elettroni)
Catena di trasporto degli elettroni
Spazio intermembrana
NADH
deidrogenasi
Matrice mitocondriale
Membrana mitocondriale interna
complesso
bc1
Complesso
citocromo ossidasi
Trasporto degli elettroni
Elettroni (H-) dal ciclo
di Krebs
ATP
H
ATP
H
Trasportatori
NAD, FAD,
O2
ATP
H
H
H2 + O2 ! H2O
Sintesi dell’ATP
Spazio
intermembrana
Piruvato dal
citoplasma Membrana
mitocondriale
interna
Sistema
trasporto
elettroni
1. Gli elettroni sono
trasferiti al sistema di
trasporto degli elettroni
2. Gli elettroni forniscono
energia per pompare H+
attraverso le membrane
3. L’O2 si unisce a due
H+ per formare H20
4. Ioni H+ diffondono
nuovamente nella matrice
per la sintesi di ATP
Matrice mitocondriale
Ossigeno e acqua metabolica
"
Qual’è il ruolo dell’ossigeno?
l’ossigeno è critico per la respirazione cellulare perché
agisce come accettore finale di elettroni
dall’idrogeno dopo che tutte l’energia è stata
estratta per costruire molecole di ATP
O2 si combina con 2H ! H2O acqua
(acqua metabolica)
Ruolo del S.T.E.
"
Risultato in termini di ATP?
10 molecole da piruvato e acetil CoA
24 molecole da intermedi nel ciclo di Krebs
"
Qual’ è il ruolo dei trasportatori di elettroni?
Rimuovere per gradi l’ alta energia degli
elettroni.
L’energia viene accoppiata a fosfato per produrre ATP.
Trasporto degli elettroni
Elettroni (H-) dal ciclo
di Krebs
ATP
H
ATP
H
Trasportatori:
NAD, FAD, O2
ATP
H
H
H2 + O2 ! H2O
Ruolo del S.T.E.
"
Cosa provoca la morte della cellula?
– Quando non arriva più ossigeno, questo non è più
disponibile come accettore finale degli elettroni e
la catena di montaggio dell’ATP si ferma
– Avvelenamenti (come da cianuro) bloccano
l’attività dei trasportatori e si blocca la produzione
di ATP.
– Insufficienza di alcune vitamine ! la produzione di
alcuni trasportatori è scarsa, al punto da diventare
insufficiente.
Schema
glicolisi
Overviewdella
of Glycolysis
Inizio
Start
Glucosio (6 atomi C)
Glucosio difosfato
Glucosio difosfato
Zucchero 3
atomi C
monofosfato
Zucchero 3
atomi C
monofosfato
Zucchero
3C 3C Zucchero 3C
Zucchero
monofosfato
monofosfato monofosfato
Piruvato 3C
Piruvato 3C
Produzione
di ATP
Totali
" Numero
di ATP derivanti dalla glicolisi
(respirazione anaerobia) = 2
" Numero
di ATP derivanti dal ciclo di Krebs
e dal STE = 34
" Totale
(glicolisi + krebs + STE) =
36 molecole ATP in presenza di ossigeno.
Domande !
" Quali
organismi vivono soltanto per mezzo
della glicolisi? Perché?
" Quali
organismi richiedono invece l’intero
processo? Perché?
Domande difficilissime !
"
36 molecole di ATP si ottengono dalla
respirazione cellulare per:
–
–
–
–
–
4 pezzi di pizza?
la quantità di cibo giornaliera ?
unità di tempo ?
un singolo pasto ben bilanciato ?
una molecola di glucosio?
Altre domande difficili..
" Perché
si produce CO2 in questo processo?
" Quante molecole di CO2 sono prodotte per
le 36 molecole di ATP?
" Localizza la formazione di molecole di CO2
nel processo di respirazione cellulare
Sintesi della respirazione cellulare
1. Glicolisi e formazione di piruvato
2. Conversione di piruvato (3 C) ad
acetil-coenzima A (2 C)
3. III. Ossidazione aerobica (ciclo di
Krebs)
4. Collegamento alla catena di trasporto
degli elettroni
GRASSI
CARBOIDRATI
Acidi Glicerolo Glucosio e
grassi
altri zuccheri
PROTEINE
Amino
acidi
Glicolisi
Piruvato
Ciclo di
Krebs
SCHEMA GENERALE
DELLA
RESPIRAZIONE
Catena trasporto elettroni
STADIO I:
Digestione delle
molecole di cibo
in piccole unità
STADIO II:
Le piccole molecole
vengono convertite
in una forma
molecolare
altamente reattiva a
2 atomi di carbonio
STADIO II:
Percorso comune
per l’ossidazione
delle molecole
combustibili