Il nostro organismo è un insieme molto complesso di reazioni chimiche, le quali ci permettono di svolgere ogni tipo di attività. Molte di queste reazioni però avvengono solo se gli si fornisce energia. Ed è proprio qui che entra in gioco l’ATP, una molecola contenente molta energia.
Ogni giorno ciascuno di noi, indipendentemente dall’essere sportivi o meno, effettua un grandissimo numero di movimenti. La contrazione muscolare che consente ciò avviene grazie alla trasformazione dell’energia chimica contenuta nell’ATP in energia meccanica da parte del muscolo scheletrico. L’Adeonosina Trifosfato, anche conosciuta come ATP, è un ribonucleoside a cui sono legati tre gruppi fosfato. Un ribonucleoside è una molecola formata da due componenti principali: il Ribosio e una Base Azotata (in questo caso l’Adenina). In questo caso, al Ribosio è anche legata una catena formata da tre gruppi fosfato.
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L’energia è contenuta nei legami tra due gruppi fosfato e viene rilasciata quando uno di questi legami viene rotto formando ADP (Adesnosina Difosfato). La molecola di ATP necessita quindi di essere continuamente riformata. Il principale meccanismo di riformazione è dato dal metabolismo dei carboidrati, conosciuto anche come respirazione cellulare e che consta di tre passaggi differenti.
Il primo passo per la sintesi di ATP: la Glicolisi
La prima parte del processo di riformazione di ATP passa per la Glicolisi. Questo processo è costituito da 10 reazioni chimiche e serve alla demolizione delle molecole di Glucosio ottenendo sue molecole di Piruvato per ogni singola molecola di zucchero. Ciascuna reazione è promossa da un enzima (una proteina in grado di velocizzare uno specifico processo chimico). La particolarità della glicolisi è quella di consumare due molecole di ATP nel primo e nel terzo passaggio. Negli ultimi passaggi però ne vengono prodotte quattro, ottenendo un bilancio finale di due molecole in più di Adenosina Trifosfato. La Glicolisi porta anche alla formazione di due molecole di NADH, un coenzima in grado di trasportare elettroni e che tornerà utile più avanti.
Il Ciclo di Krebs: la trasformazione del Piruvato
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Le molecole di Piruvato vengono poi trasportate nei mitocondri. Qui ogni singola particella viene deidrogenata e legata ad una molecola di Coenzima A, formando l’Acetil-Coenzima A (o Acetil-CoA). Questa molecola entra poi nel Ciclo di Krebs (o Ciclo dell’Acido Citrico) dove otto reazioni chimiche la ossidato producendo anidride carbonica. All’interno di questo ciclo, per ogni molecola di Acetil-CoA si formano altre tre molecole di NADH. In più, questa volta si ottiene anche una molecola di FADH2, un altro trasportatore di elettroni. Bisogna poi considerare che le molecole di Piruvato prodotte nella Glicolisi sono due. Perciò per ogni molecola di Glucosio iniziale, il Ciclo di Krebs produce altre sei molecole di NADH (più le due precedenti, per un totale complessivo di otto) e due di FADH2.
La Fosforilazione Ossidativa: la fase finale
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La Fosforilazione Ossidativa è il processo finale che porta alla formazione dell’ATP e avviene in due fasi: la catena di trasporto degli elettroni e Sintesi dell’ATP. Nella prima fase ritroviamo le molecole di NADH e FADH2 prodotte da Glicolisi e Ciclo di Krebs. Le due molecole scaricano i loro elettroni su una serie di proteine presenti nella membrana del mitocondrio le quali creano un gradiente protonico transmembrana, ovvero una differenza di concentrazione di ioni H⁺ tra l’interno e l’esterno del mitocondrio. Il gradiente protonico si forma a causa della riduzione dell’ossigeno a molecole d’acqua, creando un ambiente più acido all’esterno del mitocondrio. Successivamente l’ultima proteina, detta ATP Sintasi, sfrutta il gradiente protonico per sintetizzare molecole di Adenosina Trifosfato a partire dai gruppi Fosfato liberi e ADP. Questo complesso proteico consente agli ioni H⁺ di rientrare nel mitocondrio producendo contemporaneamente molecole di ATP.
L’intero processo porta ad una resa teorica di 38 molecole di ATP, ma nella realtà si avranno tra le 32 e le 36 molecole a causa di alcune “perdite” di gradiente protonico. Queste perdite sono causate principalmente dal trasporto attivo di Piruvato, ADP e gruppi Fosfato all’interno del mitocondrio.
Michele Sciamanna
