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[Musica] [Musica] Bentornati a tutti, in questa ultima lezione riguardante il metabolismo di una cellula eucariote. In questo video andremo a vedere come avviene la fosforilazione ossidativa, e cioè l'ultima tappa che avviene in parallelo al ciclo di Krebs.
Prima di tutto, bisogna chiedersi a cosa serve la fosforilazione ossidativa. Abbiamo visto come nel ciclo di Krebs vengano prodotti NADH e FADH2, e cioè molecole trasportatrici di energia. Queste molecole semplicemente trasportano su di sé degli elettroni, e questi elettroni, come tutti gli elettroni, trasportano energia. La cellula, però, non può utilizzare quell'energia prendendola direttamente da NADH e FADH2, ma dovrà avvalersi della molecola che utilizza sempre, cioè l'ATP. Di conseguenza, servirà un processo che passerà l'energia dal NADH e dal FADH2, che hanno ricavato dal ciclo di Krebs, all'ATP. Se passiamo l'energia dal NADH all'ATP, a questo punto l'ATP potrà essere utilizzata per l'energia, perché ricordiamo che l'ATP è la moneta di scambio energetico delle nostre cellule. Quando serve energia consumiamo ATP; quando invece dobbiamo conservare energia, andiamo a formare ATP partendo ovviamente da ADP più fosfato.
Altra cosa molto importante da riprendere: dove avviene la fosforilazione ossidativa? Abbiamo già visto che il ciclo di Krebs avviene nella matrice mitocondriale. I mitocondri sono questi organelli cellulari, e sono rivestiti da due strati di membrana fosfolipidica; e quindi avremo una membrana mitocondriale interna e una membrana mitocondriale esterna. Tra le due membrane ci sarà uno spazio definito spazio intermembrana, ed ecco che la fosforilazione ossidativa avviene nella membrana interna.
La fosforilazione ossidativa si compone di due tappe che avvengono in contemporanea: la prima è la catena di trasporto degli elettroni, e cioè gli elettroni passano dal NADH all'ossigeno formando acqua. Questo step, però, serve al secondo, che è la formazione di ATP attraverso la forza proton motrice, e cioè l'ATP sintasi, che è un enzima che, grazie alla spinta degli ioni H+, produce ATP. Ma adesso, ovviamente, andremo a vedere come avviene.
Prima di tutto, vediamo rappresentate le due zone, e cioè lo spazio intermembrana e la zona della matrice mitocondriale, e cioè ci troviamo sulla porzione di membrana interna. Nella membrana interna, quindi una membrana doppio strato fosfolipidico, si situano delle proteine. Queste proteine mitocondriali saranno esattamente gli enzimi; infatti sono complessi enzimatici, si definiscono così, che andranno a svolgere tutta la fosforilazione ossidativa. I nomi di questi enzimi, in questo momento io non li inserisco, a parte l'ultimo enzima, ma potrete sicuramente trovarli in modo agevole su internet o ancora più semplicemente su Wikipedia. Basta scrivere "enzimi della fosforilazione ossidativa", ci saranno tutti i nomi. A me preme però far capire il meccanismo generale, e partiamo da quello che avviene al NADH.
In questo momento sarò un po' lento; se risulterò lento, potete tranquillamente velocizzare il video, così da vedere il tutto in maniera molto più scorrevole. Ovviamente, mentre scrivo e disegno, sarò leggermente più lento, perdonatemi. Quindi, il NADH va a contattare il primo enzima di questa catena, che si chiama NADH reduttasi. Prende semplicemente due elettroni dal NADH, trasformandolo, anzi, ossidandolo in NAD+, e vengono rilasciati nella matrice mitocondriale 2H+. Questi due elettroni (il disegno qua in giallo) andranno a fare un passaggio da un enzima all'altro, e cioè verranno trasportati sui vari enzimi; e ogni volta che questi due elettroni passeranno da un enzima all'altro, siccome questi enzimi vanno a ossidarsi e ridursi per appunto accogliere gli elettroni e poi rilasciarli all'enzima successivo, questi enzimi andranno a prendere degli H+ da un lato della membrana e li butteranno nello spazio intermembrana. E quindi, ogni volta che questi due elettroni vanno a passare in un enzima, l'enzima stesso, riducendosi e poi riossidandosi, andrà a trasportare degli H+ nello spazio intermembrana. Questi H+, voglio ricordare, che sono appunto dei protoni, perché l'atomo di idrogeno, se perde l'elettrone, quindi diventa uno ione positivo, è semplicemente un protone; quindi potrò chiamarli H+, ioni idrogeno, o semplicemente potrò chiamarli protoni. Infine, questi due elettroni andranno a finire su un atomo di ossigeno, facendo sì che, accogliendo questi due elettroni e trovando nella matrice degli ioni H+, questo atomo di ossigeno va ad associarsi a questi H+ andando a formare acqua.
Quindi ripetiamo: il NADH passa due elettroni al primo enzima, il primo enzima passa al secondo enzima questi due elettroni, e via così fino ad arrivare sull'ultimo enzima della catena che trasferisce questi due elettroni a un atomo di ossigeno, trasformandolo in acqua. Ecco perché abbiamo visto di come, se la cellula non possiede ossigeno, va a fermare tutto questo, a parte il catabolismo direttamente subito dopo la glicolisi; e cioè, se non c'è l'ossigeno, la cellula dice: "Ma perché io devo andare a continuare fino alla fosforilazione se tanto so già che la molecola finale a che mi serve alla fine non c'è? Vado a fermare tutto e fare fermentazione". E infatti, se l'ossigeno è presente, ecco che invece il metabolismo arriva fino a questo punto, proprio perché l'ossigeno serve qua. Ora però abbiamo visto che ogni volta che l'elettrone passava da un enzima all'altro, l'enzima stesso sparava nello spazio intermembrana degli ioni H+. In questo modo si accumulano tanti ioni H+ che vengono presi dalla matrice e portati nello spazio intermembrana. E la domanda, in effetti, è: a cosa ci serve tutto questo? E soprattutto, l'ATP in questo momento non è ancora stata prodotta, perché abbiamo fatto tutti questi passaggi? Bene, adesso ci arriviamo, perché andiamo a vedere a cosa servono gli H+.
Gli H+ presenti da un lato solo, e quindi nello spazio intermembrana ovviamente, vanno a fare una forza dovuta al gradiente di concentrazione di questi H+. Ricordiamoci che quando una sostanza, un soluto, è dissolto da una parte di una membrana, tenderà a voler diffondere per andare ad equiparare le concentrazioni. Quindi, di conseguenza, se noi abbiamo tanti H+ da un lato della membrana, questi H+ spingeranno per andare dall'altro lato; un po' come quando una stanza viene riempita di persone: queste persone vogliono uscire dalla stanza, spingeranno per uscire e andare a diluirsi nello spazio fuori dalla stanza. La stessa cosa la fanno le molecole, e quindi a capirne stanno spingendo, spingendo, spingendo per passare dall'altro lato. Adesso basta semplicemente che ci sia un macchinario che sfrutta questa forza con cui gli H+ spingono per produrre, quindi per incanalare quell'energia, conservarla, ed ecco che il lavoro è fatto. E in effetti questo macchinario è proprio l'ATP sintasi. Disegno qua: questa è l'ATP sintasi, chiamata anche ATP sintetasi o ATPasi. Molto semplicemente, l'ATP sintasi cosa fa? Accoglie, fa passare un H+, lo fa passare nello spazio, dallo spazio intermembrana alla matrice mitocondriale; quindi concede all'H+ di passare, grazie alla spinta di questo H+, però l'ATP sintasi va a produrre proprio ATP, e quindi partendo da ADP più un fosfato inorganico, grazie alla spinta dell'H+, l'ATP sintasi conserva quell'energia e la mette dentro la molecola che conosciamo come ATP.
Precisazione molto importante da fare: la molecola che invece abbiamo conosciuto come FADH2 fa esattamente la stessa cosa del NADH, con la differenza semplicemente che ci sarà un enzima diverso dalla NADH reduttasi che permette il rilascio di due elettroni dal FADH2, ma si trova veramente vicino alla NADH reduttasi. Quindi, di conseguenza, tutto il percorso che fa la molecola FADH2 è identico a quello che abbiamo appena spiegato per il NADH.
Allora possiamo dire che durante il ciclo di Krebs si formano, come abbiamo già visto, tre molecole di NADH e una molecola di FADH2, coenzimi trasportatori di elettroni. Al termine del ciclo di Krebs, gran parte dell'energia delle molecole di glucosio (che se vi ricordate da cui siamo partiti prima della glicolisi) ora è stata completamente demolita e l'energia è rimasta negli elettroni rimossi dai legami tra gli atomi di carbonio e messi dentro questi trasportatori di energia, e cioè NADH e FADH2. Come abbiamo quindi visto, nella membrana interna dei mitocondri ci sono dei complessi proteici che fungono da catena di trasporto degli elettroni, e cioè gli elettroni, una volta percorsa tutta la catena di trasporto, si combinano con H+ e con le molecole di ossigeno per formare acqua. Nella fosforilazione ossidativa, quindi, l'ossigeno è l'accettore, si dice, finale degli elettroni. L'energia prodotta dal trasporto degli elettroni è sfruttata per produrre una concentrazione, come abbiamo visto, di protoni, quindi H+, nello spazio intermembrana. E questa concentrazione è molto più elevata rispetto a quella che c'è nella matrice del mitocondrio. I protoni, quindi, non possono diffondere attraverso la membrana interna spontaneamente, ma devono attraversare una proteina trasportatrice, l'ATP sintasi. Essa è in grado di sfruttare la corrente di protoni, e cioè la spinta di questi protoni, per sintetizzare ATP partendo ovviamente da ADP più fosfato.
E qua vediamo come il meccanismo di questa ATP sintasi, e cioè di questo enzima, come vedete, entra un H+, viene fatto passare e viene prodotta ATP. Ora si vede, ecco qua come viene prodotta ATP con l'entrata di ADP e fosfato inorganico. Andiamo a vederlo meglio. Ecco qua, si vede il protone che entra, esce dall'altra parte della membrana e, nel mentre, girando l'ATP sintasi va a produrre ATP. E qua vediamo, molto riassunta, in maniera molto schematica, tutta la catena, quindi catena di trasporto degli elettroni che vanno a finire dal NADH all'ossigeno, trasformando l'ossigeno in acqua; nel mentre però vengono sparati degli H+ grazie al passaggio di questi elettroni nello spazio intermembrana. Di conseguenza, questi H+ andranno a spingere sull'ATP sintasi, che permetterà il passaggio di questi H+, ma sfrutterà la loro spinta per produrre ATP, e cioè andrà a conservare quell'energia di spinta, chiamata appunto energia proton motrice, e andrà a conservarla dentro l'ATP. Potete tranquillamente mettere in pausa questa immagine, così da leggerla bene e ripassarla.
Andiamo a concludere dicendo che l'insieme delle tappe del catabolismo, cioè glicolisi, ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa, serve a produrre energia che viene immagazzinata nell'ATP, sfruttando la presenza di ossigeno, e cioè grazie al metabolismo aerobico. Da una molecola di glucosio iniziale, una cellula eucariote può produrre circa 36 molecole di ATP, solitamente; poi se ne producono sempre un po' meno perché c'è sempre una dispersione di questa energia. È anche importante precisare che, oltre al glucosio e agli altri zuccheri semplici, le cellule sono capaci di ricavare energia anche a partire da grassi, glicerolo e aminoacidi. Le reazioni che portano alla demolizione, cioè il catabolismo di queste altre molecole, convergono infatti tutte nella respirazione cellulare; cioè, sostanzialmente, il catabolismo di lipidi, amminoacidi, va a convergere dentro il ciclo di Krebs.
E con questo, ragazzi, abbiamo finito tutta la parte che riguarda il catabolismo di una cellula eucariota animale. Se vi è stato utile, sarei molto felice che lasciasse un like, così da aiutare anche il canale a crescere; e per non perdervi nessuna delle successive lezioni, iscrivetevi al canale e cliccate sulla campanellina, così che vi arrivi una notifica alla pubblicazione di un nuovo video. Io vi saluto e vi do appuntamento alla prossima lezione.