La respirazione cellulare e la produzione di ATP nei mitocondri, Appunti di Biologia Cellulare

Scarica La respirazione cellulare e la produzione di ATP nei mitocondri e più Appunti in PDF di Biologia Cellulare solo su Docsity! I mitocondri hanno delle strutture tubulari quindi formati da un sistema di tubuli molto compressi tra loro. Di questi organuli ce ne possono essere moltissimi in cellule ad alta attività metabolica Composizione: ● hanno una membrana più esterna, quella liscia e molto permeabile ● hanno una membrana interna ripiegata in creste mitocondriali, molto selettiva quindi meno impermeabile. L’interno è chiamato matrice mitocondriale. L’aumento della superficie dato dal ripiegamento delle creste, permette un maggiore attività metabolica, ovvero la sintesi dell’ATP. ● tra le membrane è presente uno spazio, chiamato spazio intermembrana L’ATP serve per tutte le reazioni endoergoniche che quindi avvengono solo se avviene l’idrolisi dell’ATP nello stesso momento poiché rilascia l’energia a sufficienza per trasformare il processo da endoergonico ad esoergonico (esempio nel citoscheletro, nel trasporto attivo...) La sintesi di ATP avviene tramite il processo di respirazione cellulare che può essere di tipo anaerobica, in assenza di ossigeno, o aerobica, in presenza di ossigeno. Il processo inizia con la glicolisi, che avviene nel citosol, quindi dal glucosio a 6 atomi di carbonio che si trasformano in due molecole di piruvato a 3 atomi di carbonio in cui si producono solo 2 molecole di ATP. Nella glicolisi non avviene la completa ossidazione del glucosio per questo motivo si produce poca energia. Le respirazioni anaerobiche sono le fermentazioni : ● lattica→ il cui prodotto è l’acido lattico che ha 3 atomi di carbonio come il piruvato ● alcolica→ il cui prodotto è l'alcool etilico a 2 atomi di carbonio poiché avviene una decarbossilazione dove viene rilasciata anidride carbonica In respirazione aerobica, il piruvato si muove nei mitocondri dove avviene la trasformazione (decarbossilazione) del piruvato in acetile, a 2 atomi di carbonio, legato ad un gruppo attivatore, il coenzima A a formare acetil-coA e si produce una molecola di anidride carbonica. Nella matrice mitocondriale, avviene il ciclo di Krebs (ciclo dell’acido citrico o ciclo dei tricarbossilici) in cui avviene la decarbossilazione dell'acetil a due molecole di anidride carbonica e quindi la completa ossidazione del glucosio poiché da ogni molecola di piruvato si formano 3 molecole di anidride carbonica (1 da piruvato ad acetil e 2 nel ciclo di krebs). Nella membrana mitocondriale interna, nelle creste, avviene la fosforilazione ossidativa in cui si ha un trasporto di elettroni, un gradiente protonico e la formazione di ATP. Il processo aerobico porta all’ossidazione completa del glucosio che porta a liberare tutta l’energia potenziale presente nei legami covalenti dei carboni nella molecola del glucosio. Oltre alla produzione diretta di ATP, si ha la reazione endoergonica ,la riduzione, di una serie di dinucleotidi come il NAD+→NADH; FAD→ FADH2 che conservano energia fino a produrre ATP nella fosforilazione ossidativa, se non accadrebbe ciò, si avrebbe sempre una produzione incontrollata di calore. Nel ciclo di Krebs si producono, per ogni molecola di piruvato, 3 molecole di NADH e 1 molecola di FADH2 che conservano l’energia liberata nelle reazioni esoergoniche. Il passaggio tra succinato e fumarato, nel ciclo di Krebs, avviene tramite l’enzima succinico deidrogenasi che riesce ad ossidare il succinato a fumarato quindi libera energia il delta G è negativo, processo esoergonico, e quindi riesce a ridurre il FADH nello stesso momento il che è una reazione endoergonica. La fosforilazione ossidativa ovvero il trasporto di elettroni che porta alla produzione di ATP. Nella membrana mitocondriale interna, ci sono una serie di proteine che formano un complesso (I, II, III, IV). Questi complessi sono capaci di trasportare gli elettroni che è energia in movimento quindi il NADH rilascia i suoi elettroni al complesso I e quindi gli elettroni cominciano ad essere trasportati, processo esoergonico, la cui energia non è dissipata poiché gli stessi complessi sono capaci di utilizzare l’energia degli elettroni per creare un gradiente protonico, cioè per trasportare ioni H+ nel piccolissimo spazio tra le due membrane. Gli elettroni si muovono lungo questi trasportatori il che rappresentano energia cinetica, processo esoergonico, la cui energia è utilizzata da questi complessi per un processo endoergonico, cioè per spingere i protoni,H+, nello spazio intermembrana. Si respingono perché vanno contro gradiente chimico, poiché c’è un'alta concentrazione ma anche contro gradiente elettrico perchè gli H+ hanno tutti la stessa carica, cariche dello stesso segno, si respingono. Tutti i complessi fanno questo lavoro che serve, alla fine, per un complesso più grande chiamato ATP sintasi che serve per sintetizzare l’ATP poiché si crea uno spazio intermembrana attraversato dagli ioni H+ in modo spontaneo, secondo il gradiente elettrochimico il cui processo libera energia, che gli permette di tornare verso la matrice. L’energia liberata è utilizzata dal complesso ATP sintasi per creare il legame covalente ad alta energia tra l’ADP e il gruppo fosfato, sfrutta l’energia accumulata da un gradiente protonico che si crea tra le due membrane (questo ha portato il nobel). L’ossigeno è fondamentale per tutte le cellule perchè è l’accettore finale degli elettroni (l’ossigeno ha affinità per gli elettroni) nel senso che tutti questi elettroni che si muovono dal complesso I al complesso IV, devono essere necessariamente bloccati in quanto rappresentano energia in movimento, molto reattivi; nel complesso IV, gli elettroni devono arrivare in coppia perché 2 elettroni+2 protoni+1 ossigeno= molecola d’acqua Se gli elettroni non arrivassero in coppia, un solo elettrone si legherebbe all’ossigeno e formerebbe quindi una specie reattiva dell’ossigeno con un elettrone spaiato, l’anione superossido. L’anione superossido è una specie radicalica che è molto reattiva per l’elettrone spaiato che reagisce con tutte le molecole organiche (es. proteine, acidi nucleici...) tendendo ad ossidarsi quindi a cambiare la loro struttura. I radicali liberi si creano ogni volta, c’è sempre un 4-5% degli elettroni che arrivano spaiati. Citocromo C→ è una proteina che trasporta gli elettroni dal complesso III al complesso IV, molto importante nel processo di morte cellulare. E’ una proteina molto piccola che trasporta quindi gli elettroni singolarmente di conseguenza, sono necessari più citocromi per far arrivare l’ossigeno in coppia. Tutti i complessi hanno una serie di citocromi che sono molecole che hanno tutte una struttura con singoli e doppi legami quindi capaci di assorbire energia. Alcuni hanno dei