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Cosa mostra il filmato Prima della comparsa dell’ossigeno nell’atmosfera, gli organismi utilizzavano un metabolismo di tipo anaerobico, la fermentazione. Nella fermentazione l’unica fonte di produzione di ATP è la glicolisi, che converte il glucosio in acido piruvico; in questo modo, la cellula ricava due ATP e due NADH, cioè energia per uso cellulare. L’acido piruvico rimane nel citoplasma e viene trasformato in anidride carbonica e alcol etilico (fermentazione alcolica) oppure in acido lattico (fermentazione lattica). Queste due reazioni dell’acido piruvico servono a rigenerare il NAD+, pronto per essere usato in un altro ciclo di glicolisi. Il pallino lampeggiante che si vede nel filmato è uno ione idrogeno, H+, che va a legarsi a una molecola di NADH per produrre NAD+. La respirazione aerobica, invece, sfrutta l’affinità dell’ossigeno per gli elettroni per demolire completamente l’acido piruvico in anidride carbonica e acqua, ricavando elettroni ad alto contenuto energetico da utilizzare per la sintesi di ATP. Nelle cellule eucariote l’acido piruvico prodotto dalla glicolisi entra nel ciclo di Krebs, che si svolge nella matrice mitocondriale. È importante ricordare che la glicolisi avviene nel citoplasma: perciò l'acido piruvico deve entrare nel mitocondrio, e può farlo grazie all’azione di una proteina di trasporto. I gas O2 e CO2, invece, entrano ed escono liberamente per diffusione. Alla fine del ciclo di Krebs il bilancio energetico è nettamente superiore rispetto alla sola glicolisi: per ogni molecola di glucosio, infatti, si ottengono in tutto 4 ATP, 8 NADH e 2 FADH2. Infine le molecole di NADH e FADH2 entrano nella catena di trasporto degli elettroni, dove serviranno a produrre ATP per chemiosmosi. Il bilancio finale della respirazione, per una molecola di glucosio, è di 38 molecole di ATP, contro le due molecole prodotte dalla sola glicolisi. Rispetto alla fermentazione, la respirazione è quindi un processo molto più efficiente per ricavare energia dagli alimenti. Bisogna ricordare che anche molti batteri compiono la respirazione (per esempio i batteri che diedero origine ai mitocondri, secondo la teoria dell’endosimbiosi). In queste cellule procariote gli enzimi del ciclo di Krebs sono localizzati nel citoplasma, mentre quelli della catena di trasporto degli elettroni e l’ATP sintetasi si trovano sulla membrana cellulare. |