Risultati di apprendimento
- Descrivere il processo di ossidazione del piruvato e identificare i suoi reagenti e prodotti
Se l’ossigeno è disponibile, la respirazione aerobica andrà avanti. Nelle cellule eucariotiche, le molecole di piruvato prodotte alla fine della glicolisi sono trasportate nei mitocondri, che sono i luoghi della respirazione cellulare. Lì, il piruvato sarà trasformato in un gruppo acetilico che sarà raccolto e attivato da un composto trasportatore chiamato coenzima A (CoA). Il composto risultante è chiamato acetil CoA. Il CoA si ottiene dalla vitamina B5, l’acido pantotenico. L’acetil CoA può essere usato in una varietà di modi dalla cellula, ma la sua funzione principale è quella di consegnare il gruppo acetilico derivato dal piruvato alla fase successiva del percorso nel catabolismo del glucosio.
Rottura del piruvato
Perché il piruvato (che è il prodotto della glicolisi) entri nel ciclo dell’acido citrico (il percorso successivo nella respirazione cellulare), deve subire diversi cambiamenti. La conversione è un processo in tre fasi (Figura 1).
Figura 1. Quando entra nella matrice mitocondriale, un complesso multi-enzimatico converte il piruvato in acetil CoA. Nel processo, viene rilasciata anidride carbonica e si forma una molecola di NADH.
Fase 1. Un gruppo carbossilico viene rimosso dal piruvato, rilasciando una molecola di anidride carbonica nel mezzo circostante. Il risultato di questo passo è un gruppo idrossietilico a due carboni legato all’enzima (piruvato deidrogenasi). Questo è il primo dei sei carboni della molecola di glucosio originale ad essere rimosso. Questo passo procede due volte (ricordate: ci sono due molecole di piruvato prodotte alla fine della glicolisi) per ogni molecola di glucosio metabolizzata; quindi, due dei sei carboni saranno stati rimossi alla fine di entrambi i passi.
Passo 2. Il NAD+ è ridotto a NADH. Il gruppo idrossietilico è ossidato a un gruppo acetilico, e gli elettroni sono raccolti da NAD+, formando NADH. Gli elettroni ad alta energia del NADH saranno usati più tardi per generare ATP.
Fase 3. Un gruppo acetile è trasferito al conenzima A, risultante in acetil CoA. Il gruppo acetile legato all’enzima viene trasferito al CoA, producendo una molecola di acetil CoA.
Nota che durante la seconda fase del metabolismo del glucosio, ogni volta che un atomo di carbonio viene rimosso, è legato a due atomi di ossigeno, producendo anidride carbonica, uno dei principali prodotti finali della respirazione cellulare.
Acetil CoA a CO2
In presenza di ossigeno, l’acetil CoA consegna il suo gruppo acetile a una molecola a quattro carbonio, l’ossalacetato, per formare il citrato, una molecola a sei carbonio con tre gruppi carbossilici; questa via raccoglierà il resto dell’energia estraibile da ciò che è iniziato come molecola di glucosio. Questa singola via è chiamata con diversi nomi, ma noi la chiameremo principalmente ciclo dell’acido citrico.
In sintesi: ossidazione del piruvato
In presenza di ossigeno, il piruvato si trasforma in un gruppo acetile attaccato a una molecola portante di coenzima A. L’acetil CoA risultante può entrare in diverse vie, ma più spesso, il gruppo acetile è consegnato al ciclo dell’acido citrico per un ulteriore catabolismo. Durante la conversione del piruvato nel gruppo acetile, vengono rimossi una molecola di anidride carbonica e due elettroni ad alta energia. L’anidride carbonica rappresenta due (conversione di due molecole di piruvato) dei sei carboni della molecola di glucosio originale. Gli elettroni sono raccolti dal NAD+, e il NADH trasporta gli elettroni in un percorso successivo per la produzione di ATP. A questo punto, la molecola di glucosio originariamente entrata nella respirazione cellulare è stata completamente ossidata. L’energia potenziale chimica immagazzinata nella molecola di glucosio è stata trasferita ai trasportatori di elettroni o è stata usata per sintetizzare alcuni ATP.
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