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La respirazione cellulare aerobica è un processo essenziale per la vita, che avviene nei mitocondri e si articola in tre fasi: decarbossilazione ossidativa del piruvato, ciclo di Krebs e catena di trasporto degli elettroni. Questo meccanismo permette la produzione di ATP, energia vitale per le cellule, e coinvolge diverse molecole come NADH, FADH2 e ossigeno. In assenza di ossigeno, le cellule possono ricorrere alla fermentazione o alla respirazione anaerobica.
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Durante questo processo, il piruvato viene convertito in acetil-CoA, rilasciando una molecola di CO2 e riducendo una molecola di NAD+ a NADH
Il piruvato è il prodotto finale della glicolisi e viene utilizzato come substrato per la decarbossilazione ossidativa all'interno dei mitocondri
Il NADH prodotto durante la decarbossilazione ossidativa del piruvato è fondamentale per la produzione di ATP nella fase finale della respirazione cellulare
Durante il ciclo di Krebs, l'acetil-CoA viene ulteriormente ossidato producendo CO2, ATP (o GTP), NADH e FADH2
L'acetil-CoA è il substrato principale del ciclo di Krebs e viene prodotto dalla decarbossilazione ossidativa del piruvato
Il NADH e il FADH2 prodotti durante il ciclo di Krebs sono fondamentali per la produzione di ATP nella fase finale della respirazione cellulare
Durante la catena di trasporto degli elettroni, le molecole ridotte di NADH e FADH2 trasferiscono elettroni attraverso una serie di complessi proteici, generando un gradiente di protoni che viene utilizzato per la produzione di ATP
L'ossigeno è essenziale come accettore finale degli elettroni nella catena di trasporto, formando acqua e permettendo il continuo flusso di elettroni
La fosforilazione ossidativa è il processo più produttivo di ATP nella respirazione cellulare, con un rendimento teorico di 38 molecole di ATP per molecola di glucosio
Oltre al glucosio, le cellule possono utilizzare anche lipidi e proteine come fonti di energia, che vengono convertiti in intermedi metabolici inseribili nella glicolisi o nel ciclo di Krebs
In assenza di ossigeno, le cellule possono ricorrere alla fermentazione, un processo che consente la riossidazione del NADH a NAD+ per mantenere attiva la glicolisi
Esistono diversi tipi di fermentazione, tra cui quella lattica e quella alcolica, che producono rispettivamente acido lattico e alcol etilico e anidride carbonica
Alcuni microrganismi anaerobi sono in grado di effettuare la respirazione anaerobica, utilizzando accettori finali di elettroni alternativi all'ossigeno
Gli organismi anaerobi svolgono ruoli ecologici importanti, come la denitrificazione e la riduzione dei solfati
Gli organismi anaerobi si classificano in obbligati, che non possono sopravvivere in presenza di ossigeno, e facoltativi, che possono alternare tra respirazione aerobica e anaerobica o fermentazione a seconda delle condizioni ambientali
00
Decarbossilazione ossidativa del piruvato
Processo mitocondriale che converte piruvato in acetil-CoA, libera CO2 e riduce NAD+ a NADH.
01
Ciclo di Krebs
Serie di reazioni nel mitocondrio che ossida acetil-CoA a CO2, produce ATP/GTP e riduce NAD+ a NADH e FAD a FADH2.
02
Catena di trasporto degli elettroni
Sequenza di trasferimenti elettronici nel mitocondrio che usa NADH e FADH2 per sintetizzare ATP e forma acqua.
