La respirazione aerobica è il processo che permette di sfruttare il contenuto energetico delle molecole utilizzate nel metabolismo. Per questa via metabolica è necessaria la presenza dell’ossigeno e per questo motivo l’apparizione degli organismi fotosintetici ossigenici è stato un passaggio fondamentale nell’evoluzione dei viventi.La respirazione permette infatti di trasformare il glucosio in acido piruvico (proveniente dai processi di dalla glicolisi anaerobica) sfruttando così al massimo il contenuto energetico iniziale del glucosio, zucchero a sei atomi di carbonio intorno al quale ruota il metabolismo centrale della maggior parte degli esseri viventi.
La reazione completa, a partire dal glucosio ecomprendendo quindi la glicolisi e la catena di trasporto degli elettroni, è la seguente :
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36 (o 38) ATP
Negli eucarioti gli enzimi di che intervengono in queste reazioni si trovano nei mitocondri, dove avviene il ciclo di Krebs.
La fermentazione
come avviene che il succo d'uva viene trasformato in vino?
Il glucosio contenuto nel succo d'uva viene trasformato in etanolo o alcool etilico.
Le reazione netta a partire da glucosio è quindi:
Le reazione netta a partire da glucosio è quindi:
La produzione di vino, antichissima, si basa, così come la moderna industria enologica, sul particolare metabolismo di organismi come i lieviti, capaci di indurre i processi di fermentazione del glucosio a etanolo. Ma che cosa si intende per processo di fermentazione?
La fermentazione è un processo che avviene nella maggior parte dei casi in condizioni di anaerobiosi, ovvero in assenza di ossigeno. Una condizione che tende a realizzarsi all’interno delle botti usate per la produzione vinicola. La mancanza di ossigeno impedisce alla cellula di "sfruttare" a fondo il potenziale contenuto energetico del glucosio, in quanto non è in grado di avviare processi di respirazione aerobia. La cellula non può quindi ottenere le molecole di ATP che è in grado di produrre con il ciclo di Krebs e l’ATP sintasi.
Di conseguenza le uniche molecole di ATP che la cellula è in grado di "sintetizzare" l’energia prodotta attraverso una demolizione solo parziale del glucosio, sono le 2 ottenute dalla glicolisi. I destini delle due molecole di piruvato ottenute dalla glicolisi sono principalmente due: la fermentazione lattica e la fermentazione alcolica.
Di conseguenza le uniche molecole di ATP che la cellula è in grado di "sintetizzare" l’energia prodotta attraverso una demolizione solo parziale del glucosio, sono le 2 ottenute dalla glicolisi. I destini delle due molecole di piruvato ottenute dalla glicolisi sono principalmente due: la fermentazione lattica e la fermentazione alcolica.
La fermentazione alcolica è tipica di organismi come il lievito, infatti e la via metabolica che porta alla formazione dell'alcol etilico (etanolo) presente negli alcolici come il vino e la birra. La produzione di etanolo a partire da glucosio è interessante non solo per il settore alimentare (per esempio le bevande alcoliche), ma anche per la produzione di biocarburanti di prima e seconda generazione.
La fermentazione lattica è una via metabolica simile alla fermentazione alcolica, che tuttavia avviene in un unico passaggio, e non comporta la perdita di un atomo di carbonio sotto forma di CO2. La fermentazione lattica avviene nei muscoli del corpo umano a seguito di grande sforzo che comporta una non più corretta ossigenazione dei tessuti: l'organismo tuttavia produce acido lattico per ottenere comunque l’energia necessaria. Il dolore dei crampi è legato alla tossicità dell’acido lattico ai danni delle cellule muscolari. Anche microrganismi come i lattobacilli, tra cui i cosiddetti fermenti lattici utilizzati nella produzione per esempio dello yogurt, compiono la fermentazione lattica. L'acido lattico è utilizzato industrialmente nella produzione di plastiche biodegradabili come il PLA (acido polilattico).
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