Salute e malattia
La respirazione cellulare è il processo che le cellule usano per recuperare l'energia immagazzinata in carboidrati, grassi e proteine. Il glucosio e altre molecole vengono scomposte, e l'energia rilasciata viene usata per produrre un'altra molecola chiamata adenosina trifosfato (ATP), la "moneta energetica" della cellula. Mentre le nostre cellule possono usare la fermentazione per produrre ATP senza usare ossigeno, la respirazione cellulare è molto più efficiente - così tanto che gli esseri umani e la maggior parte degli altri animali muoiono rapidamente se privati di ossigeno.
La respirazione cellulare inizia con la glicolisi, dove una molecola di glucosio viene scissa nel citoplasma della cellula. I passaggi più importanti della respirazione cellulare, tuttavia, avvengono nei mitocondri, le centrali energetiche della cellula, dove gli elettroni passano lungo una serie di proteine incorporate nella membrana chiamate catena di trasporto degli elettroni. Ogni proteina usa parte dell'energia da questo trasferimento per pompare ioni idrogeno nello spazio tra le membrane interna ed esterna del mitocondrio. Concentrando gli ioni idrogeno in questo spazio, il mitocondrio crea un gradiente che può usare per produrre ATP, come pompare l'acqua in salita per far girare una turbina. L'ATP viene poi reso disponibile ad altri processi nella cellula per l'energia.
Alla fine della catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri, gli elettroni vengono donati all'ossigeno (O2), che si combina con gli ioni idrogeno per formare acqua. Senza le molecole di O2 ad accettare gli elettroni, la catena di trasporto degli elettroni non potrebbe funzionare.
La respirazione cellulare generalmente si riferisce alla respirazione aerobica, dove le cellule usano il processo descritto sopra per produrre ATP. Se l'ossigeno non è disponibile, tuttavia, le nostre cellule possono ancora produrre una quantità limitata di ATP attraverso la fermentazione lattica. In questo processo, la cellula usa la glicolisi per scomporre il glucosio (proprio come nella respirazione aerobica) e dona elettroni a una molecola di zucchero chiamata piruvato, che si forma quando il glucosio viene scomposto. Questa reazione produce un sottoprodotto chiamato acido lattico.
La respirazione aerobica produce molta più ATP della fermentazione lattica. Nella fermentazione, il piruvato accetta elettroni dalla glicolisi; nella respirazione aerobica, d'altra parte, il piruvato viene scomposto ulteriormente per produrre più ATP nei mitocondri. Di conseguenza, la respirazione aerobica può generare fino a 19 volte più ATP per molecola di glucosio rispetto alla fermentazione lattica.
L'ossigeno è importante perché rende possibile la respirazione aerobica accettando elettroni dalla catena di trasporto nei mitocondri. A volte l'ossigeno non è disponibile in alcune delle vostre cellule muscolari (tipicamente durante l'esercizio intenso); in momenti come questi, le cellule muscolari torneranno temporaneamente alla fermentazione lattica, che produce molta meno energia.
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