Concetti Chiave
- La cellula massimizza l'efficienza energetica attraverso meccanismi che riducono gli sprechi e ottimizzano la produzione di ATP a partire dal glucosio.
- La glicolisi, che avviene nel citoplasma, produce 2 ATP, 2 piruvati e 2 NADH, con un guadagno netto di 2 ATP dopo l'investimento iniziale.
- Il piruvato prodotto nella glicolisi può essere ulteriormente ossidato nel ciclo di Krebs, contribuendo alla produzione di energia nei mitocondri.
- Il NADH, carico di elettroni, non può entrare nei mitocondri, quindi la cellula utilizza shuttle per trasferire gli elettroni e produrre energia nella catena di trasporto degli elettroni.
- La produzione finale da un glucosio include 2 NADH, 2 FADH, acetil-coA e CO2, con ulteriori opportunità per estrarre energia da questi prodotti.
Meccanismi energetici della cellula
La cellula si serve di importanti meccanismi che sfrutta per una produzione energetica che sia il più efficiente possibile. Infatti il fine principale della cellula è quello di ridurre gli sprechi e sfruttare al meglio ogni sorgente di energia, qualsiasi essa sia.
La sostanza da cui inizia la produzione di ATP è il glucosio, da ciascuno dei quali si otterranno alla fine della glicolisi 4 ATP-2 ATP investite= 2 ATP guadagnate. Oltre all’ATP otteniamo altri 2 piruvati e 2 NADH contenenti energia che verrà estratta in altri processi. Questo processo avviene nel citoplasma ed è detto glicolisi.
La glicolisi prevede 10 tappe.
Il glucosio inizialmente viene attivato aggiungendogli del fosfato (P) che viene preso dalla scissione di ATP in ADP+P, e diventa fruttosio-1,6-bisfosfato. Quindi qui si investe dell’ATP, ovvero si perde energia.
Ossidazione e produzione di ATP
Ogni G3P viene ossidato, formando energia che in parte viene catturata dal NAD⁺, che si trasforma in NADH + H⁺ (2 in totale, uno per ogni G3P). Altra parte dell’energia di questa ossidazione viene utilizzata per togliere un fosfato P dal G3P e trasforma due ADP in due ATP (abbiamo guadagnato due ATP). A questo punto i 2 G3P sono diventati 2 fosfoenolpiruvati. Questi fosfoenolpiruvati si stabilizzano rilasciando altri 2 P che trasformano altre 2 ADP in 2 ATP, così da fosfoenolpiruvati diventano due piruvati che in altre reazioni possono ancora essere “spremuti” per fare energia.
In conclusione da 1 glucosio abbiamo ottenuto 4-2=2 ATP, 2 piruvati e 2 NADH.
Ruolo del piruvato e NADH
Il nostro piruvato può ancora essere “spremuto“ (ossidato) per produrre energia nel ciclo di Krebs che avviene nei mitocondri.
Una proteina di trasporto, mediante simporto, trasferisce il piruvato insieme agli H+ all’interno dei mitocondri per essere ulteriormente ossidato.
Per quanto riguarda invece il NADH questo non può entrare liberamente nei mitocondri. la cellula allora usa degli shuttle che strappano gli elettroni al NADH e li portano all’interno del mitocondrio, senza far entrare NADH. In particolare, gli elettroni si legano alla molecola di ossalacetato riducendola (ovvero gli danno gli elettroni con H+) e rendendola molecola di malato. Mentre ossalacetato non poteva entrare nel mitocondrio, malato entra e una volta entrato nel mitocondrio, cede gli elettroni al NAD che si trova all’interno del mitocondrio, trasformandolo in NADH (carico di energia). Così il malato diventa nuovamente ossalacetato nel mitocondrio.
Trasporto degli elettroni
Abbiamo quindi visto che man mano che si perdono elettroni questi vengono accumulati nei NADH. Tutti i NADH che si formano sono come dei camioncini carichi di elettroni che serviranno alla catena di trasporto degli elettroni per produrre ATP.
Il risultato di questo passaggio sarà quindi produzione di 2 NADH e 2 FADH, acetil-coA e CO2.
C’è quindi ancora molta energia da ricavare da questi prodotti se così possono essere chiamati. Ci sono infatti altri processi che interverranno.
Domande da interrogazione
- Qual è il principale obiettivo dei meccanismi energetici della cellula?
- Quali sono i prodotti finali della glicolisi a partire da un glucosio?
- Come viene trasportato il piruvato nei mitocondri?
- Qual è il ruolo del NADH nella produzione di energia?
Il principale obiettivo dei meccanismi energetici della cellula è ridurre gli sprechi e sfruttare al meglio ogni sorgente di energia per una produzione energetica efficiente (come descritto nel testo).
Da un glucosio si ottengono 2 ATP, 2 piruvati e 2 NADH, dopo aver sottratto i 2 ATP investiti nel processo di glicolisi (come indicato nel testo).
Il piruvato viene trasportato nei mitocondri mediante una proteina di trasporto che utilizza simporto, trasferendo il piruvato insieme agli H+ per essere ulteriormente ossidato (come spiegato nel testo).
Il NADH non può entrare liberamente nei mitocondri; la cellula utilizza shuttle per trasferire gli elettroni del NADH all'interno, dove contribuiscono alla produzione di ATP attraverso la catena di trasporto degli elettroni (come descritto nel testo).
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