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.

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Indice

    La respirazione anaerobica è un termine che identifica i processi metabolici nel quale il glucosio viene passo passo scomposto fino a formare lattato o etanolo, in base all'organismo in esame.

    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.

    Avete mai fatto un allenamento intenso e vi siete svegliati il giorno dopo con i muscoli doloranti? Fino a poco tempo fa si riteneva che la causa di questo indolenzimento muscolare fosse l'acido lattico prodotto durante la respirazione anaerobica! È vero che il corpo passa alla respirazione anaerobica durante l'esercizio fisico intenso, ma questa teoria è stata smentita negli anni Ottanta.

    Ricerche recenti suggeriscono che la rigidità muscolare è dovuta a vari effetti fisiologici in risposta al trauma subito dai muscoli durante l'esercizio. Oggi si ritiene che l'acido lattico sia un prezioso carburante per i muscoli, non un nemico o soltanto un fattore limitante!

    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

    Formula chimicaNome
    C6H12O6Glucosio
    PiFosfato inorganico
    CH3COCOOHPiruvato
    C3H4O3Acido piruvico
    C3H6O3Acido lattico
    C2H5OHEtanolo
    CH3CHOAcetaldeide

    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:

    C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 CH3COCOOH + 2 ATP + 2 NADHGlucosio Piruvato

    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:

    C3H4O3 + 2 NADH Lattato deidrogenasi C3H6O3 + 2 NAD+Piruvato Acido lattico

    La lattato deidrogenasi contribuisce ad accelerare (catalizzare) la reazione!

    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:

    CH3COCOOH Piruvato decarbossilasi C2H4O + CO2Piruvato AcetaldeideC2H4O + 2 NADH Aldeide deidrogenasi C2H5OH + 2 NAD+Acetaldeide Etanolo

    La piruvato decarbossilato e l'aldeide deidrogenasi sono i due enzimi che contribuiscono a catalizzare la fermentazione dell'etanolo!

    Qual è l'equazione della respirazione anaerobica?

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

    C6H12O6 2C3H6O3Glucosio Acido lattico

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

    C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2Glucosio Etanolo

    Respirazione anaerobica - Punti chiave

    • La respirazione anaerobica è una forma di respirazione che non richiede ossigeno e può avvenire in animali, piante e altri microrganismi. Si verifica solo nel citoplasma della cellula.

    • La respirazione anaerobica prevede due fasi: la glicolisi e la fermentazione.

    • La glicolisi nella respirazione anaerobica è simile a quella della respirazione aerobica. Una molecola di glucosio a 6 carboidrati si scinde ancora in due molecole di piruvato a 3 carboidrati.

    • Dopo la glicolisi avviene la fermentazione. Il piruvato viene convertito in lattato (negli animali) o in etanolo e anidride carbonica (nelle piante o nei funghi). Come sottoprodotto si forma una piccola quantità di ATP.

    Domande frequenti riguardo Respirazione anaerobica

    Cosa produce la respirazione anaerobica?

    In base all'organismo in esame, la respirazione anaerobica produce come metabolita finale acido lattico o etanolo.

    Cosa caratterizza gli organismi anaerobi?

    Gli organismi anaerobi non hanno bisogno di ossigeno per sopravvivere, ma utilizzano la respirazione anaerobica.

    Dove si trovano i batteri aerobi?

    Come definito dal termine stesso i batteri aerobi rispetto a quelli anaerobi, vivono in ambienti ricchi di ossigeno e utilizzano respirazione aerobica.

    Cosa si intende per metabolismo anaerobico?

    La respirazione anaerobica è un termine che identifica i processi metabolici nel quale il glucosio viene passo passo scomposto fino a formare lattato o etanolo, in base all'organismo in esame.

    Quali sono le attività aerobiche e anaerobiche? 

    Le attività anaerobiche avvengono in assenza di ossigeno mentre quelle aerobiche in presenza di ossigeno.

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    Quali sono le due fasi caratteristiche della respirazione anaerobica?

    La respirazione avviene:

    La respirazione anaerobica richiede ossigeno.

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