Il ciclo della respirazione cellulare è una combinazione di vari processi metabolici per ricavare energia da nutrienti o molecole alimentari. Tutti gli organismi viventi, inclusi batteri, piante e animali, utilizzano il processo di respirazione cellulare per produrre energia. Qui descriviamo tutti i possibili aspetti riguardanti il ciclo della respirazione cellulare.
Il ciclo di respirazione cellulare è una combinazione di alcuni processi metabolici che si verificano nelle cellule viventi, che convertono il cibo o i nutrienti in unità energetiche (ATP) e rilasciano diversi sottoprodotti da esso.
Prevalentemente il processo di respirazione avviene in un ambiente ricco di ossigeno e questo tipo di respirazione cellulare è noto come processo di respirazione aerobica.
In assenza di ossigeno anche gli organismi inferiori ricavano energia rompendo le molecole di zucchero. Questo processo è noto come processo di respirazione anaerobica o processo di fermentazione.
Il processo di respirazione cellulare è di natura anfibolica, il che significa che durante questo processo il complesso si rompe in molecole più piccole e i sottoprodotti vengono successivamente coinvolti nella costruzione di altre molecole complesse. Pertanto il processo di respirazione consiste sia di caratteristiche cataboliche che anaboliche, quindi la reazione è anfibolica.
Formula di respirazione cellulare
La formula base del ciclo di respirazione cellulare (tipica respirazione aerobica) è-
Glucosio +6 acqua → 6 anidride carbonica + 6 acqua + 36-38 ATP
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + 36 o 38 ATP
L'equazione specifica che durante la respirazione cellulare (in presenza di molecola di ossigeno) una molecola di glucosio brucia con 6 molecole di ossigeno per produrre 36-38 molecole di ATP come unità di energia. La reazione rilascia anche 6 molecole di anidride carbonica e 6 molecole d'acqua come sottoprodotti.
Diagramma della respirazione cellulare
Dal diagramma della respirazione cellulare possiamo vedere che ci sono 4 passaggi principali attraverso i quali l'energia richiesta dalla cellula viene prodotta ciclicamente. Il primo passo La glicolisi avviene nel citoplasma della cellula e gli altri passaggi avvengono nella matrice mitocondriale della cellula.
Ciclo di respirazione cellulare da Wikimedia Commons
Reagenti della respirazione cellulare
Il principale reagente nel ciclo respiratorio cellulare sono le molecole di glucosio e ossigeno.
Nel processo di respirazione cellulare fondamentalmente la molecola nutritiva o alimentare come i carboidrati, le proteine partecipano al processo di respirazione per produrre energia. Il principale reagente è la molecola di ossigeno in questo processo. L'ossigeno funge da ultima molecola accettore di elettroni durante il processo di fosforilazione ossidativa.
Processo del ciclo di respirazione cellulare
Il processo di respirazione cellulare è una combinazione di varie reazioni metaboliche attraverso le quali le molecole di glucosio si scompongono.
Il processo di respirazione cellulare (aerobico) generalmente subisce quattro fasi principali per generare la maggior parte dell'energia. I passaggi includono-
La glicolisi
La glicolisi è il primo passo nel processo di respirazione cellulare. In questo processo 1 molecola di glucosio si rompe in 2 molecole di acido piruvico o piruvato. Il Si verifica il processo di glicolisi nel citoplasma di una cellula. Per facilitare il processo sono coinvolte dieci diverse reazioni. Gli enzimi coinvolti nella via della glicolisi sono esochinasi, fosfoglucomutasi, fosfofruttochinasi, aldolasi, trioso-fosfato isomerasi, gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi, fosfoglicerochinasi, fosfogliceromutasi, enolasi, piruvato chinasi, ecc.
Durante questo processo 1 molecola di glucosio (6-carbonio) si rompe in 2 molecole di piruvato (3-carbonio), rilasciando 2 molecole di ATP e 2 NADH come sottoprodotti.
Glucosio (C₆H₁₂O₆) → Piruvato (CH₃COCOOH) + 2 NADH + 2 ATP
Durante tutto il processo non sono necessarie molecole di ossigeno, ecco perché la glicolisi si verifica sia nei processi di respirazione aerobica che anaerobica. Questo processo è stato scoperto dal biochimico tedesco Gustav Embden, Otto Meyerhof e Jakub Karol Parnas e dai loro nomi l'intero processo è noto come percorso Embden-Meyerhof-Parnas o percorso EMP.
Formazione di acetil-CoA
Dopo la fine della via della glicolisi, il piruvato si converte in acetil-CoA che successivamente partecipa al processo del ciclo di Krebs. In questo processo il piruvato si ossida per formare un gruppo acetile a 2 atomi di carbonio. Dopo che il gruppo acetile a 2 atomi di carbonio si lega al coenzima -A e produce acetil-CoA.
Dopo la glicolisi il piruvato entra nei mitocondri e la reazione di formazione dell'acetil-CoA si verifica nella matrice dei mitocondri.
Questo processo di formazione dell'acetil-CoA è molto significativo nel processo di respirazione cellulare. Poiché solo durante questo processo il piruvato si converte in acetil-CoA e l'acetil-CoA è l'unico componente che può essere sottoposto alla procedura del ciclo di Krebs. È anche molto significativo perché grazie a questo processo il piruvato attraversa la membrana plasmatica e viaggia nella matrice mitocondriale dal citoplasma della cellula.
Ciclo di Krebs
Il ciclo di Krebs è il terzo e più importante passo nel processo di respirazione cellulare. Si verifica solo in un ambiente aerobico. In caso di respirazione anaerobica dopo la glicolisi, il piruvato si rompe direttamente e produce sottoprodotti organici per rilasciare energia.
Nel processo del ciclo di Krebs l'acetil-CoA si rompe e dopo diverse reazioni produce 2 molecole di anidride carbonica, 1 GTP (o ATP), 1 FADH2 e 3 molecole di NADH. In questo processo sono coinvolti circa 8 diversi enzimi come, Citrato sintasi, aconitasi, isocitrato deidrogenasi, α-chetoglutarato, succinil-CoA sintetasi, succinato deidrogenasi, fumarasi, malato deidrogenasi, ecc.
In questo processo viene prodotto acido citrico o citrato come primo prodotto di reazione. Ecco perché il ciclo è anche chiamato ciclo dell’acido citrico. Poiché il citrato ha tre gruppi carbossilici (-COOH), la reazione è anche nota come ciclo TCA o ciclo dell'acido tricarbossilico.
Catena di trasporto degli elettroni
È l'ultimo passaggio del ciclo di respirazione cellulare in cui finalmente la maggior parte dell'energia viene rilasciata dopo il trasferimento di elettroni proteine di membrana nella matrice mitocondriale. Le molecole NADH e FADH2 trasferiscono elettroni e rilasciano energia.
Nel processo di respirazione aerobica le molecole di ossigeno agiscono come l'ultima molecola accettore di elettroni. Produce 36-38 ATP per molecola di glucosio. È noto anche come processo di fosforilazione ossidativa. Nel processo di respirazione anaerobica del solfato, i gruppi nitrato agiscono come molecole accettrici di elettroni e producono meno quantità di energia.
Tipi di ciclo di respirazione cellulare
In base alla presenza della molecola di Ossigeno nell'ambiente possiamo differenziare i tipi di respirazione cellulare.
Ci sono due tipi di respirazione cellulare che si trovano in natura. Il primo è il processo di respirazione aerobica, processo di respirazione in presenza di molecola di ossigeno. Un altro è il respirazione anaerobica processo, in cui le molecole di ossigeno non sono necessarie.
Respirazione aerobica
Il processo di respirazione aerobica è il processo di respirazione cellulare più comune che si verifica in tutti gli organismi viventi multicellulari, come batteri, funghi, piante, animali, ecc.
In questo processo in presenza di molecole di ossigeno lo zucchero contenuto brucia e produce energia per la cellula. L'intero processo consiste in quattro diverse fasi, come la glicolisi, la formazione di acetil-CoA, il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa. Dopo aver completato l'intero processo insieme a 36-38 molecole di ATP, come prodotti finali vengono prodotte 6 molecole di anidride carbonica e 6 molecole di acqua.
Processo di respirazione aerobica da Wikimedia Commons
Glucosio +6 acqua → 6 anidride carbonica + 6 acqua + 36-38 ATP
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + 36 o 38 ATP
Respirazione anaerobica
Il processo di respirazione anaerobica si verifica principalmente nei gruppi inferiori di organismi in cui si trova principalmente il corpo cellule procariotiche. Il processo di respirazione anaerobica è anche noto come processo di farmentazione.
In questo processo, in assenza di molecole di ossigeno, le molecole di carboidrati o di glucosio si scompongono e producono piccole quantità di energia (2ATP) insieme ad alcuni sottoprodotti organici. Poiché manca una molecola di ossigeno, i gruppi inorganici come il solfato e i gruppi nitrato fungono da accettori di elettroni e rilasciano energia. In respirazione anaerobica si trova solo la glicolisi e il processo della catena di trasporto degli elettroni.
Di solito si trovano due tipi di processo di respirazione anaerobica:
Produzione di acido lattico
Nella prima la molecola di glucosio si rompe e produce piruvato durante la fase di glicolisi, dopodiché il piruvato si converte in acido lattico e produce energia.
C6H12O6 → C3H6O3 + energia (2ATP)
Fermentazione dell'acido lattico da Wikimedia Commons
Coltivazione di alcol
Nel secondo tipo di processo di respirazione anaerobica una molecola di glucosio si rompe e produce piruvato durante la fase di glicolisi, dopodiché il piruvato si converte in etanolo e produce energia insieme a una molecola di anidride carbonica.
C6H12O6 → C2H5OH + CO2 + energia (2ATP)
Fermentazione alcolica da Wikimedia Commons
Per saperne di più sul processo di respirazione anaerobica, leggi il nostro articolo su 4+ Esempi di respirazione anaerobica: spiegazioni dettagliate
Come funziona la respirazione cellulare?
Il ciclo di respirazione cellulare è un meccanismo molto complicato attraverso il quale il nostro corpo ottiene l'energia necessaria dal cibo che assumiamo.
Il processo inizia quando un organismo vivente assume del cibo. I nutrienti contenuti in quel cibo vengono suddivisi in unità più piccole come il glucosio e attraverso il flusso sanguigno che raggiunge ogni singola cellula del corpo. Dopodiché quando l'organismo respira e prende ossigeno, anche il sangue ossigenato raggiunge ogni cellula del corpo e inizia il processo di respirazione cellulare.
All'avvio in presenza di ossigeno la cellula scompone il glucosio e cerca di produrre energia con l'aiuto di numerosi enzimi coinvolti nel processo. La molecola di glucosio subisce la via della glicolisi rilasciando poca quantità di energia e si converte in piruvato nel citoplasma della cellula. Il piruvato si trasferisce quindi nella matrice mitocondriale e si ossida per formare acetil-CoA. Successivamente subisce il ciclo di Krebs e dopo il processo di fosforilazione ossidativa viene rilasciata una grande quantità di energia. Questa energia verrà utilizzata per ogni funzione del corpo e così funziona il processo di respirazione cellulare.
Quanto tempo impiega la respirazione cellulare nelle piante?
Poiché la respirazione cellulare è un processo molto rapido, ma ogni tipo di cellula completa la respirazione in tempi diversi.
Una cellula vegetale respira 24 ore al giorno perché l'organismo ha bisogno di energia costantemente. A seconda del tipo di cellula, una cellula di base in genere completa un ciclo di respirazione cellulare entro un millisecondo.
Quanto tempo impiega la respirazione cellulare negli esseri umani?
Poiché il ciclo della respirazione cellulare è un processo molto rapido, ogni tipo di cellula completa la respirazione in tempi diversi.
Una cellula respira 24 ore al giorno. A seconda del tipo di cellula, una cellula produce 10 milioni di unità di ATP al secondo.
Il processo di respirazione dipende strettamente dal tipo di cellula. Ad esempio , una cellula muscolare completa il processo di respirazione cellulare più rapidamente di una cellula epatica.
Quanto dura un ciclo di respirazione cellulare?
Quanto dura un ciclo di respirazione cellulare richiede completamente dipende dal tipo di quella particolare cella.
Tipicamente una cellula completa un ciclo di respirazione cellulare entro un millisecondo e produce energia.
Prodotto per il ciclo di respirazione cellulare
La funzione principale del ciclo respiratorio cellulare è quella di produrre energia dai nutrienti. Quindi in entrambi i processi di respirazione cellulare vengono rilasciate molecole di energia.
Nel respirazione aerobica processo insieme a molecole di energia 6 molecole di anidride carbonica e 6 molecole d'acqua vengono prodotte come prodotti finali.
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + energia (36 o 38 ATP)
Nella respirazione anaerobica il processo di produzione dell'acido lattico insieme alle molecole di acido lattico energetico vengono prodotte come prodotti finali della reazione.
C6H12O6 → C3H6O3 + energia (2ATP)
Nel processo di fermentazione dell'alcol in assenza di molecole di ossigeno insieme all'energia vengono prodotte molecole di etanolo e anidride carbonica come prodotti finali della reazione.
C6H12O6 → C2H5OH + CO2 + energia (2ATP)
Per saperne di più sulla fermentazione leggi il nostro articolo su È la respirazione anaerobica della fermentazione: cosa, perché, fatti dettagliati
Nel complesso possiamo dire che il processo di respirazione cellulare è un processo metabolico molto importante per l'energia degli organismi viventi. Solo attraverso questo processo la cellula scompone i nutrienti e li converte in unità energetiche ATP. Qui discutiamo tutti i possibili aspetti riguardanti il processo di respirazione cellulare, inclusi passaggi, tipi e molto altro. Il ruolo del processo di respirazione cellulare nella generazione di energia è immenso.
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