Respirazione anaerobica

In questo articolo scoprirai la respirazione anaerobica, partendo dalla definizione fino ad arrivare alle differenze che esistono rispetto alla respirazione aerobica. A tal proposito, una buona conoscenza della respirazione aerobica, il processo attraverso il quale l'ossigeno e l'ATP scompongono il glucosio, potrà essere di aiuto nell'affrontare questo argomento. Ma cosa succede quando un organismo non ha accesso all'ossigeno ma ha comunque bisogno di energia per i suoi processi metabolici? È qui che entra in gioco la respirazione anaerobica.

La respirazione anaerobica avviene nel citoplasma (un fluido denso che circonda gli organelli) della cellula e comporta due fasi: glicolisi e fermentazione. È un processo distinto dalla respirazione aerobica.

Qual è la differenza tra respirazione aerobica e anaerobica?

Di seguito sono riassunte le principali differenze tra la respirazione aerobica e anaerobica:

• La respirazione aerobica avviene nel citoplasma e nei mitocondri, mentre la respirazione anaerobica avviene solo nel citoplasma.
• La respirazione aerobica richiede ossigeno, mentre quella anaerobica non ne ha bisogno.
• La respirazione anaerobica produce complessivamente meno ATP della respirazione aerobica.
• La respirazione anaerobica produce anidride carbonica ed etanolo (nelle piante e nei microrganismi) o lattato (negli animali), mentre i prodotti principali della respirazione aerobica sono anidride carbonica e acqua.

Tuttavia, è importante ricordare che entrambi i processi hanno alcuni elementi in comune, tra cui:

• Entrambi producono ATP per alimentare importanti processi metabolici.
• Entrambi comportano la scomposizione del glucosio attraverso l'ossidazione, che avviene durante la glicolisi.

Quali sono le fasi della respirazione anaerobica?

La respirazione anaerobica ha solo due fasi ed entrambe avvengono nel citoplasma della cellula.

La Tabella 1 riassume le formule chimiche dei principali intermedi, molecole ed elementi coinvolti nella respirazione anaerobica.

Tabella 1. Riassunto delle formule chimiche degli intermedi di reazione della respirazione anaerobica

Glicolisi

Il processo di glicolisi è lo stesso sia per la respirazione aerobica che anaerobica. La glicolisi avviene nel citoplasma e comporta la scissione di una singola molecola di glucosio a 6 carboidrati in due molecole di piruvato a 3 carboidrati. Durante la glicolisi si verificano diverse reazioni minori, controllate da enzimi, in quattro fasi:

• Fosforilazione - Prima di scindersi in due molecole di piruvato a 3 atomi di carbonio, il glucosio deve essere reso più reattivo con l'aggiunta di due molecole di fosfato. Per questo motivo, questa fase viene chiamata fosforilazione. Le due molecole di fosfato si ottengono scindendo due molecole di ATP in due molecole di ADP e due molecole di fosfato inorganico (Pi). Questo avviene tramite idrolisi, che utilizza l'acqua per scindere l'ATP. Questo processo fornisce l'energia necessaria per attivare il glucosio e abbassa l'energia di attivazione per la successiva reazione controllata dagli enzimi.
• Creazione della gliceraldeide 3 fosfato- In questa fase, ogni molecola di glucosio (con l'aggiunta dei due gruppi Pi) si divide in due per formare due molecole di gliceraldeide 3 fosfato, una molecola a 3 carboni.
• Ossidazione - Una volta formate queste due molecole di fosfato di triosio, è necessario rimuovere l'idrogeno da esse. Questi gruppi idrogeno si trasferiscono quindi al NAD+, una molecola portatrice di idrogeno, producendo NAD ridotto (NADH).
• Produzione di ATP - Le due molecole di fosfato di triosio appena ossidate si convertono in un'altra molecola a 3 carboidrati, il piruvato. Questo processo rigenera anche due molecole di ATP da due molecole di ADP.

L'equazione complessiva della glicolisi è:

$$\begin{gathered} {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+2\mathrm{ADP}+2\mathrm{Pi}+2{\mathrm{NAD}}^{+}\to 2{\mathrm{CH}}_3\mathrm{COCOOH}+2\mathrm{ATP}+2\mathrm{NADH} \\ \mathrm{Glucosio}\mathrm{Piruvato} \end{gathered}$$

Fermentazione

Come già detto, la fase di fermentazione della respirazione anaerobica può produrre due prodotti diversi a seconda dell'organismo. Esamineremo innanzitutto il processo di fermentazione nell'uomo e negli animali, ma anche in alcuni microrganismi, che termina con la produzione di acido lattico.

Fermentazione dell'acido lattico

Il processo di fermentazione dell'acido lattico è il seguente:

1. Il piruvato dona un elettrone a una molecola di NADH.
2. Il NADH viene così ossidato e convertito in NAD +. La molecola di NAD + viene quindi utilizzata nella glicolisi, permettendo all'intero processo di respirazione anaerobica di continuare.
3. L'acido lattico si forma come sottoprodotto.

L'equazione complessiva è la seguente:

$$\begin{gathered} {\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_4{\mathrm{O}}_3+2\mathrm{NADH}\stackrel{\mathrm{Lattato}\mathrm{deidrogenasi}}{\to }{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_6{\mathrm{O}}_3+2{\mathrm{NAD}}^{+} \\ \mathrm{Piruvato}\mathrm{Acido}\mathrm{lattico} \end{gathered}$$

Fermentazione alcolica

La fermentazione dell'etanolo avviene quando alcuni batteri e altri microrganismi (ad esempio, i funghi) respirano in modo anaerobico. Il processo di fermentazione dell'etanolo è il seguente:

1. Un gruppo carbossilico (COOH) viene rimosso dal piruvato. Viene rilasciata anidride carbonica (CO₂).
2. Si forma una molecola a 2 carboni chiamata acetaldeide.
3. Il NADH viene ridotto e dona un elettrone all'acetaldeide, formando NAD+. La molecola di NAD+ viene quindi utilizzata nella glicolisi, permettendo all'intero processo di respirazione anaerobica di continuare.
4. L'elettrone donato e lo ione H+ permettono la formazione di etanolo dall'acetaldeide.

L'equazione complessiva è la seguente:

$$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\mathrm{COCOOH}\stackrel{Piruvatodecarbossilasi}{\to }{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_4\mathrm{O}+{\mathrm{CO}}_2 \\ \mathrm{Piruvato}\mathrm{Acetaldeide} \\ {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_4\mathrm{O}+2\mathrm{NADH}\stackrel{Aldeidedeidrogenasi}{\to }{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}+2{\mathrm{NAD}}^{+} \\ \mathrm{Acetaldeide}\mathrm{Etanolo} \end{gathered}$$

Qual è l'equazione della respirazione anaerobica?

L'equazione generale della respirazione anaerobica negli animali è la seguente:

$$\begin{gathered} {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6\to 2{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_6{\mathrm{O}}_3 \\ \mathrm{Glucosio}\mathrm{Acido}\mathrm{lattico} \end{gathered}$$

L'equazione complessiva della respirazione anaerobica in alcuni microrganismi è la seguente:

$$\begin{gathered} {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6\to 2{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}+2{\mathrm{CO}}_2 \\ \mathrm{Glucosio}\mathrm{Etanolo} \end{gathered}$$