Metabolismo cellulare

CO₂.

Esempio di ossidazione:

C6H12O6→6CO2+e−+H+

2⃣ Riduzione dell'ossigeno:

Nella catena di trasporto degli elettroni, l'ossigeno (O₂) funge

 da accettore finale di elettroni. Gli elettroni provenienti da

NADH e FADH₂ vengono trasferiti attraverso una serie di proteine,

e infine l'ossigeno si combina con gli elettroni e i protoni (H⁺) per

formare acqua (H₂O).

In questo caso, l'ossigeno acquista elettroni e idrogeni, quindi

 subisce una riduzione.

Esempio di riduzione:

O2+4e−+4H+→2H2O

Ossidoriduzione Complessiva:

La respirazione cellulare è quindi una reazione redox (ossidoriduzione),

dove: Il glucosio subisce ossidazione (perde idrogeni).

 L'ossigeno subisce riduzione (acquista elettroni e idrogeni),

 formando acqua.

In sintesi:

Ossidazione: Il glucosio si ossida, liberando elettroni che vengono

 trasferiti a NAD⁺ e FAD.

Riduzione: L'ossigeno si riduce, acquisendo elettroni e protoni per

 formare acqua.

Questo scambio di elettroni tra ossidazione e riduzione è il cuore della

respirazione cellulare aerobica e permette la produzione di ATP, che è

la principale fonte di energia per la cellula.

L’ossidazione controllata e graduale degli zuccheri conserva l’energia

in forma

utilizzabile.

Gli enzimi catalizzano l’ossidazione attraverso una serie di piccole tappe in

cui

l’energia viene trasferita in aliquote a vettori appositi.

Ogni tappa del processo di respirazione cellulare è catalizzata da

enzimi e le piccole tappe sono vantaggiose dal punto di vista

energetico.

Ogni passaggio avviene in modo controllato, così che l'energia prodotta

venga gradualmente acquisita da molecole come ATP e NADH, che

fungono da accumulo di energia. Questo permette alla cellula di

conservare e utilizzare l'energia in modo efficiente. Se il processo

avvenisse in un'unica tappa, l'energia prodotta verrebbe dispersa in gran

parte sotto forma di calore, riducendo l'efficienza energetica.

L’ossidazione completa di una mole di glucosio (circa 180 gr) cede

680.000 calorie.

La cellula compie questa ossidazione in più tappe e riesce in questo modo

ad immagazzinare circa il 40% di questa energia, ottenendo un

rendimento energetico

superiore a qualunque motore.

Tappe:

- Glicolisi anaerobia (nel citoplasma)

- Formazione dell’acetil-coenzima A (nella matrice mitocondriale)

- Ciclo di Krebs (nella matrice mitocondriale)

- Fosforilazione ossidativa (sulla membrana interna mitocondriale)

La glicolisi avviene nel citoplasma cellulare e può svolgersi in

assenza di ossigeno. È divisa in due sottofasi:

1. Sottofase endoergonica: richiede energia per avviare il processo.

2. Sottofase esorgonica: produce quattro molecole di ATP.

Il guadagno netto di ATP nella glicolisi è di due molecole di ATP,

poiché vengono consumate due molecole di ATP nella fase iniziale, ma se

ne producono quattro nella fase finale.

La glicolisi si compie in dieci tappe, ognuna delle quali è catalizzata da

un enzima specifico. Queste reazioni permettono di trasformare il

glucosio (a sei atomi di carbonio) in due molecole di piruvato (o acido

piruvico), ciascuna con tre atomi di carbonio.

Durante il processo, due fosfati vengono trasferiti dal glucosio per

produrre ATP e, inoltre, si verifica la riduzione di NAD⁺ a NADH, che è

importante per il trasporto di elettroni nei passaggi successivi della

respirazione cellulare.

1. Definizione e Funzione del NAD⁺

Il NAD⁺ è un coenzima fondamentale nelle reazioni di ossidoriduzione del

metabolismo cellulare, in particolare nella glicolisi, nel ciclo di Krebs e

nella catena di trasporto degli elettroni. Esso agisce come trasportatore di

elettroni, facilitando il trasferimento di energia all'interno della cellula.

2. Struttura Chimica

Il NAD⁺ è un dinucleotide, ovvero una molecola formata da due

nucleotidi uniti da un gruppo fosfato:

Nicotinammide: una derivato della vitamina B3 (niacina) che

 svolge il ruolo attivo nel trasferimento di elettroni.

Adenina: una base azotata presente anche nel DNA e RNA.

 Due unità di ribosio, zuccheri pentosi, che collegano le basi

 azotate.

Gruppi fosfato, che formano il legame tra i due nucleotidi.



La nicotinammide è la parte funzionale del NAD⁺, in quanto coinvolta

direttamente nelle reazioni di ossidoriduzione.

3. Meccanismo di Azione: Ossidazione e Riduzione

Il NAD⁺ alterna due stati:

1. Forma ossidata (NAD⁺): accetta due elettroni e un protone

(H⁺), riducendosi a NADH.

2. Forma ridotta (NADH): trasporta elettroni ad alta energia e può

rilasciarli successivamente per la produzione di ATP.

Reazione generale:

NAD++2e−+H+→NADHNAD^+ + 2e^- + H^+ \rightarrow NADHNAD+

+2e−+H+→NADH NADH→NAD++2e−+H+NADH \rightarrow NAD^+ +

2e^- + H^+NADH→NAD++2e−+H+

Questo processo permette il trasferimento di energia nelle vie

metaboliche.

4. Ruolo nelle Vie Metaboliche

Il NAD⁺ è coinvolto in:

Glicolisi: accetta elettroni durante la conversione del glucosio in

 piruvato.

Ciclo di Krebs: raccoglie elettroni da reazioni di ossidazione di

 intermedi metabolici.

Catena di trasporto degli elettroni (mitocondriale): NADH

 cede gli elettroni alla catena di trasporto, contribuendo alla sintesi di

ATP.

5. Importanza Biologica e Clinica

Il NAD⁺ è essenziale per la produzione di ATP, quindi per il

 metabolismo energetico cellulare.

Il suo squilibrio è associato a malattie metaboliche,

 invecchiamento e patologie neurodegenerative.

Integratori di nicotinammide riboside (precursore del NAD⁺)

 vengono studiati per migliorare il metabolismo e rallentare

l'invecchiamento.

Conclusione

Il NAD⁺ è un coenzima essenziale per il metabolismo energetico, agendo

come vettore di elettroni nelle reazioni redox. La sua capacità di alternarsi

tra le forme ossidata (NAD⁺) e ridotta (NADH) lo rende un elemento

chiave nella produzione di energia, fondamentale per la sopravvivenza

cellulare.