I mitocondri abbiamo visto, clicca qui per rileggere il post, che sono piccoli organelli presenti in tutte le cellule eucariotiche, che includono le cellule degli esseri umani e di molte altre forme di vita complesse. La loro caratteristica più distintiva è la capacità di generare energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP) attraverso un processo noto come fosforilazione ossidativa. 

Fosforilazione ossidativa

La fosforilazione ossidativa è un processo cruciale nel metabolismo energetico delle cellule eucariotiche, che avviene all’interno dei mitocondri.

Questo processo è il principale meccanismo attraverso il quale le cellule producono la maggior parte dell’energia di cui necessitano per svolgere le loro funzioni vitali. La sua denominazione deriva dalla combinazione di due azioni fondamentali che si verificano durante il processo: la fosforilazione e l’ossidazione.

  • Fosforilazione: Questa parte del processo coinvolge il trasferimento di gruppi fosfato da molecole ad alta energia, come l’adenosina trifosfato (ATP) o il guanosina trifosfato (GTP), ad altre molecole. Questo trasferimento avviene attraverso reazioni chimiche catalizzate da specifici enzimi. Le reazioni chimiche catalizzate si riferiscono a processi chimici in cui una sostanza chiamata catalizzatore accelera la velocità della reazione senza subire alcuna modifica chimica permanente. Il catalizzatore agisce fornendo una sorta di “via alternativa” per la reazione, abbassando l’energia di attivazione richiesta per la trasformazione chimica. L’energia di attivazione è l’energia minima necessaria affinché una reazione chimica possa avvenire. Immagina una sorta di “collina” che le molecole devono superare per reagire tra loro. Senza un catalizzatore, molte reazioni richiedono una quantità significativa di energia per superare questa “collina”. Un catalizzatore, tuttavia, fornisce una strada più agevole attraverso la “collina”, consentendo alle molecole di reagire anche con una quantità di energia inferiore. Il catalizzatore stesso non viene consumato o alterato in modo permanente dalla reazione. Una volta che ha facilitato la reazione, è libero di partecipare ad altre reazioni simili. I catalizzatori sono di fondamentale importanza in biologia e chimica, in quanto consentono di accelerare reazioni che altrimenti avverrebbero a velocità molto più lenta o addirittura non avverrebbero affatto. Esempi di catalizzatori includono enzimi nelle cellule biologiche e numerosi composti chimici utilizzati in processi industriali.
  • Ossidazione: Si riferisce alla perdita di elettroni da parte di una molecola durante una reazione chimica. Nel contesto della fosforilazione ossidativa, gli elettroni vengono rimossi dalle molecole di substrato e successivamente passati lungo una catena di complessi proteici specializzati, noti come catena di trasporto degli elettroni. Le molecole di substrato sono le sostanze chimiche iniziali che partecipano a una reazione enzimatica. In un processo enzimatico, queste molecole vengono trasformate in prodotti attraverso l’azione di un enzima specifico. Gli enzimi sono proteine altamente specializzate che agiscono come catalizzatori biologici. Essi facilitano le reazioni chimiche accelerando la velocità a cui avvengono, senza subire modifiche permanenti o essere consumati dalla reazione stessa. L’enzima si lega alle molecole di substrato in siti specifici chiamati siti attivi. Qui, le molecole di substrato subiscono una serie di reazioni chimiche che portano alla loro trasformazione in prodotti. Una volta che la reazione è completata, i prodotti vengono rilasciati dal sito attivo dell’enzima. L’interazione tra l’enzima e le molecole di substrato è altamente specifica. Ogni enzima ha una conformazione tridimensionale unica che gli permette di interagire solo con determinati substrati che abbiano una forma e una struttura chimica complementare. Ad esempio, l’enzima amilasi presente nella saliva catalizza la rottura dei legami glicosidici nei carboidrati complessi come l’amido, trasformandoli in zuccheri più semplici come il maltosio.

Durante la fosforilazione ossidativa, gli elettroni trasportati lungo questa catena liberano energia, che viene utilizzata per pompare protoni attraverso la membrana mitocondriale interna, creando un gradiente elettrochimico. Questo gradiente viene poi utilizzato dalla ATP sintasi (un enzima situato sulla membrana) per convertire l’adenosina difosfato (ADP) e il fosfato in ATP.

La fosforilazione ossidativa, in sintesi, è il processo principale attraverso cui le cellule ottengono la maggior parte della loro energia. È essenziale per il funzionamento energetico di praticamente tutte le cellule eucariotiche. La presenza di ossigeno è cruciale per questo processo, in quanto l’ossigeno funge da accettore finale degli elettroni, permettendo la continuazione del processo senza accumulo di prodotti di scarto dannosi. L’accettore finale degli elettroni è una molecola o un elemento chimico che, in una catena di trasporto degli elettroni, accoglie gli elettroni provenienti da una serie di reazioni redox (ossidazione e riduzione). Durante la fosforilazione ossidativa, che avviene nei mitocondri delle cellule eucariotiche, o nel caso della fotosintesi nelle piante, gli elettroni vengono trasportati attraverso una serie di complessi proteici specializzati lungo una catena di trasporto degli elettroni. L’accettore finale degli elettroni è la molecola o l’elemento chimico che accoglie gli elettroni all’estremità della catena di trasporto. L’accettore finale è generalmente una molecola altamente reattiva che può stabilizzare gli elettroni ad alta energia. Nel caso della fosforilazione ossidativa, l’accettore finale è l’ossigeno, che forma acqua (H2O) dopo aver accettato gli elettroni.

Nel prossimo post sull’argomento vedremo meglio cosa sono l’ATP, il GTP e l’ADP.

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Il post da alcune informazioni e cenni sul corpo umano ed alcuni meccanismi di esso, quindi non si tratta di uno scritto medico e non vuole esserlo, è solamente una breve spiegazione. In caso di informazioni più appropriate si consigliano libri tecnici o consultare un medico.

PRECISAZIONE MEDICA SULLA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

Si tratta di un processo biologico che si riscontra in tutti gli organismi aerobi che avviene a livello dei mitocondri rappresentando l’ultima fase della respirazione cellulare, cioè quell’insieme di processi metabolici con cui le cellule ottengono energia attraverso la scomposizione di molecole nutritive in molecole più semplici, L’energia di legame è liberata attraverso una serie di enzimi ox-red e infine immagazzinata sotto forma di ATP o adenosina trifosfato che rappresenta l’energia utilizzabile nei processi cellulari.

Il processo di fosforilazione ossidativa si compie in due fasi molto complesse e difficili da spiegare se non si ha una certa conoscenza della biochimica
1. la catena di trasporto degli elettroni
2. sintesi dell’ATP.

Dott. Sergio Barocci (Docente di storia delle scienze, Università di Genova per la 3°età e di Immunopatologia UNITRE -Genova) .

Laura Barocci - Operatrice in discipline Bio-Naturali - Partita IVA IT03346200102 - C.F. BRCLRA65S69D969V
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