Appunti di Biochimica (Ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa)

Catena respiratoria o fosforilazione ossidativa

Il catabolismo consiste nell'ossidazione del glucosio ad anidride carbonica. È un processo esoergonico che richiede energia e ossigeno. Accanto al glucosio vi sono 6 molecole di ossigeno e vi è l'acqua. All'interno di questa reazione si può osservare una specie molecolare accanto alla CO₂ che si ossida e una che si riduce: il glucosio si ossida (il numero di ossidazione aumenta, vi è un incremento di ossigeno e una perdita di elettroni e di idrogeno). Se vi è un guadagno di idrogeni e elettroni con perdita di ossigeno, allora la sostanza si sta riducendo.

Respirazione cellulare

La respirazione cellulare o fosforilazione ossidativa si localizza all'interno del mitocondrio, più nello specifico a livello delle membrane mitocondriali. Il ciclo di Krebs avviene all'interno della matrice del mitocondrio. L'ossidazione del glucosio ad anidride carbonica avviene a seguito di molti passaggi. In questa serie di passaggi, è vero che c'è un trasferimento di elettroni, ma non avviene direttamente; avviene tramite coenzimi particolari che sono NAD e FAD.

Il NAD durante questi processi, si trova allo stato ossidato, si mette in rapporto con un coenzima ossido-riduttivo, e a lui vengono trasferiti gli elettroni. Nella respirazione cellulare, così come in tutti i processi ossido-riduttivi che avvengono nell'organismo, ci devono essere dei coenzimi disposti ad accettare e dare elettroni. I coenzimi si staccano dall'enzima e si possono spostare dove sono necessari. In generale, nel processo di respirazione cellulare il NAD+ si associa ad alcuni di questi coenzimi e riceve elettroni: da NAD si passa a NADH + H (NAD + 2H⁺ → NADH + H⁺).

Per quanto riguarda il FAD, a differenza del NAD, non può muoversi liberamente ma si trova più bloccato nella struttura dell'enzima stesso. Il FAD riceve e dona elettroni; quando riceve passa a FADH₂ (FAD + 2H → FADH₂).

Processo di trasferimento di elettroni

A questo punto, NAD (libero) e FAD (legato all'enzima) si avvicinano alle membrane dei mitocondri per dare inizio al processo di trasferimento di elettroni alla catena respiratoria. La catena respiratoria è data dall'insieme di molecole o meglio di proteine che hanno la funzione di ossido-riduzione e formano dei complessi enzimatici sulle membrane mitocondriali (1, 2, 3, 4). Questi complessi hanno azione di ossido-riduzione: ricevono elettroni dal NAD e FAD e successivamente trasferiscono questi elettroni all'ossigeno molecolare che viene trasformato in acqua. Durante questo processo si sviluppa una certa quantità di energia (si ottiene un ΔG molto negativo).

Ogni volta che un NADH trasferisce elettroni vi sarà la formazione di 3 molecole di ATP. Per il FADH₂ se ne formeranno 2 molecole di ATP.

Complessi enzimatici

Nei complessi 1, 2, 3, 4 ci sono i citocromi che sono proteine che possono svolgere le reazioni di ossido-riduzione in quanto all'interno hanno uno ione ferro che può dare o ricevere elettroni (passa dallo stato di ossidazione 3⁺ e 2⁺).

Il NAD, una volta arrivato al livello della membrana, trasferisce i suoi elettroni al complesso 1.