Glicolisi anaerobica e aerobica: il consumo delle molecole di ATP

La glicolisi è una reazione anaerobica (non richiede ossigeno), ma anche aerobica (richiede ossigeno).

Come capire la differenza?

Partiamo con il dire che quest’ultima dipende dall’ossidazione o dalla riduzione del piruvato 🧪

Infatti, la glicolisi anaerobica è responsabile della riduzione dell’acido piruvico. Invece, il processo aerobico è responsabile della sua ossidazione.

Negli episodi precedenti abbiamo visto come ossidare e ridurre siano processi alla base della biochimica.

Ciò coinvolge anche il metabolismo cellulare e quindi anche le reazioni chimiche che avvengono tra le cellule.
Infatti, la glicolisi è un processo biochimico fondamentale che permette di convertire il glucosio in energia utilizzabile dall’organismo sotto forma di ATP.

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In questo articolo capiamo i passaggi fondamentali di questo processo basilare per il metabolismo cellulare.

A questo punto, ricominciamo dalle basi e conosciamoci meglio con qualche domande di routine (stile nuovo match su tinder 🔥)

Dove avviene la glicolisi?

Ha luogo nel citoplasma delle cellule eucariotiche ed è solo la prima tappa del metabolismo del glucosio.

È una delle prime fasi della respirazione cellulare e, come già detto, può avvenire sia in condizioni aerobiche (in presenza di ossigeno), sia in condizioni anaerobiche, quando l’ossigeno non è presente.

La glicolisi è un processo a dieci fasi durante il quale una molecola di glucosio a sei atomi di carbonio viene convertita in due molecole di acido piruvico a tre atomi di carbonio.

Richiede l’uso di energia (ATP) e porta alla produzione di energia sotto forma di ATP e NADH.

Fasi e prodotti della glicolisi

Le fasi della glicolisi sono divise in due momenti principali: preparazione e rendimento.

La prima, o fase di investimento di energia, richiede l’input di energia sotto forma di due molecole di ATP.
Durante tale processo, il glucosio viene convertito in fruttosio-1,6-bisfosfato attraverso una serie di reazioni catalizzate da enzimi.

Invece, la fase di rendimento (o fase di recupero di energia) produce ATP, NADH e piruvato. Durante questa reazione, il fruttosio-1,6-bisfosfato viene scisso in due molecole di acido piruvico attraverso altri processi catalizzati da enzimi.

Le molecole di ATP e il NADH prodotte durante la glicolisi possono essere metabolizzate ulteriormente in tre modi diversi:
la via del ciclo di Krebs, la via della fermentazione lattica o la via della fermentazione alcolica.

Come che si dice? Tutte le strade portano all’ATP (?) 🧐.

La via del ciclo di Krebs richiede ossigeno ed è la principale via metabolica utilizzata dalle cellule per produrre energia. In questo processo è coinvolta anche la catena di trasporto degli elettroni, che permette alle cellule di utilizzare molta più energia.

Invece, le vie della fermentazione lattica e alcolica sono anaerobiche e vengono utilizzate da organismi, come i batteri, per produrre energia (in assenza di ossigeno).

Per ora portiamo a casa che, durante le fasi della glicolisi, il glucosio viene convertito in due molecole di acido piruvico (utilizzate in seguito per produrre ATP).

Fasi della glicolisi: enzimi e molecole energetiche

Le fasi della glicolisi sono le stesse sia in una condizioni anaerobica, sia aerobica.

Nella fase di preparazione, il glucosio viene fosforilato a glucosio-6-fosfato ed infine scisso in due molecole di gliceraldeide-3-fosfato; ciò avviene attraverso l’utilizzo di due molecole di ATP.

I primi cinque passaggi della via metabolica, dunque, comportano un consumo netto di energia.

Nella seconda fase, quella di rendimento, le due molecole di gliceraldeide-3-fosfato vengono trasformate in due molecole di piruvato con conseguente produzione di quattro molecole di ATP e due di NADH (per riduzione del NAD+).

In questa seconda fase abbiamo il recupero di energia, che porta ad un guadagno netto di energia.

GUADAGNO ENERGETICO NETTO: 2 ATP + 2 NADH
(in realtà si formano 4 molecole di ATP, ma poiché nella prima fase vengono utilizzate 2 molecole di ATP, il guadagno netto per la cellula è di 2).
Ricordatevi che vengono anche formate 2 molecole di H₂O come prodotto di scarto.

Come già detto le fasi della glicolisi sono le stesse anche in condizioni diverse, ma è diverso il destino dell’acido piruvico.

Infatti, in condizioni aerobiche, il piruvato viene trasportato nella matrice mitocondriale. Qui viene ossidato ulteriormente per produrre energia tramite il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni.

In questo caso i prodotti finali della glicolisi sono l’anidride carbonica e l’acqua.

In condizioni anaerobiche, invece, il piruvato è convertito in acido lattico o etanolo tramite processi di fermentazione. Tali reazioni entrano in gioco quando non c’è disponibilità di ossigeno per completare la respirazione cellulare. Quindi, il prodotto finale della glicolisi anaerobica è il lattato.

Bilanciamento energetico della glicolisi (anaerobica vs aerobica)

In generale, il bilanciamento energetico della glicolisi permette di consocere la quantità di energia prodotta e consumata (sotto forma di ATP) durante la reazione biochimica.

Tale processo cambia a seconda che le condizioni siano di aerobiosi o anaerobiosi, poiché la presenza o l’assenza di ossigeno influisce sull’utilizzo dell’acido piruvico prodotto dalla reazione.

In condizioni aerobiche, il bilanciamento energetico della glicolisi prevede la produzione di due molecole di ATP, NADH, acido piruvico (2 ciascuno, quindi 6 molecole in tutto).

Le due molecole di NADH prodotte vengono utilizzate dalla catena di trasporto degli elettroni. Ciò produce ulteriori molecole di ATP, portando il bilanciamento energetico totale della glicolisi ad una produzione di 8-10 molecole di ATP.

Invece, in condizioni anaerobiche, il bilanciamento energetico è diverso perché il piruvato prodotto non può essere ossidato nella catena di trasporto degli elettroni (perché manca l’ossigeno). In questo caso, viene convertito in acido lattico o alcol etilico, con la produzione di due molecole di: ATP e NAD+ (2 ciascuno, quindi 4 molecole).

Qui trovi delle domande per esercitarti:

Speriamo che questo articolo ti sia utile per un ripasso veloce, ma se hai bisogno di un ripasso completo puoi contare su Futura 💯

Ciao DoctorZ, alla prossima! 🧡🚀