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[Musica] [Musica] buongiorno e bentornati a tutti. In questo video andremo a vedere come avviene la fermentazione, un processo successivo a quello di glicolisi, che abbiamo già visto essere il primo processo del catabolismo cellulare.
Per iniziare, andiamo a riprendere brevemente cosa avviene in glicolisi, con l'inizio del catabolismo e quindi la prima fase metabolica che va a scindere lo zucchero chiamato glucosio. Vediamo che si inizia andando appunto a scendere, a rompere una molecola di glucosio formata quindi da sei atomi di carbonio in due molecole più piccole da tre atomi di carbonio, chiamate gliceraldeide. In questo processo vengono richieste 2 ATP. Sappiamo anche che l'ATP è la molecola di conservazione dell'energia, quindi quando viene utilizzata ATP, vuol dire che sta venendo utilizzata energia, mentre invece quando noi andremo a formare ATP, vuol dire che stiamo conservando energia che poi verrà utilizzata ovviamente in un successivo momento.
In questo caso, vediamo che nei primi passaggi, precisamente la glicolisi è composta da dieci passaggi, nei primi 5 avviene il consumo di due ATP. È un po' controintuitiva questa cosa, cioè uno si chiede: "Ma perché se io voglio produrre ATP, quindi produrre energia, la vado a consumare?". Beh, perché questo è un piccolo investimento. E cioè, la cellula sa benissimo che investendo queste due ATP consumate, quindi con altri cinque passaggi, questa volta questi cinque passaggi avverranno per ognuna delle due molecole di gliceraldeide, quindi avverranno in parallelo, si formeranno due molecole di piruvato che sono sempre da tre atomi di carbonio. Quindi, in questo caso, non si rompe nessun legame dentro la molecola del carboidrato, però si vanno a produrre due ATP per ogni molecola di gliceraldeide che si trasforma in piruvato. In questo modo avremo un netto di due ATP totali, perché abbiamo 4 ATP prodotte, 2 consumate all'inizio, e quindi ne abbiamo due totali.
Due ATP, quanto sono in termini di quantità di energia? Tanto, poco? Beh, vi dico che sono poche. Infatti, da qui in poi il metabolismo dovrebbe continuare con il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa, che porteranno, vi do già un'idea di massima, a produrre circa 36 ATP. Quindi, capite bene che le due ATP della glicolisi sono veramente poca cosa. Ecco che però per fare il ciclo di Krebs c'è bisogno di andare ad utilizzare l'ossigeno e quindi bisogna che ci sia presente dentro la cellula l'ossigeno. Nel momento in cui la cellula sia una cellula che non utilizza ossigeno, o semplicemente non c'è la disposizione, il metabolismo si accontenta di questi due ATP della glicolisi e si ferma qui.
Ora vedremo però che la prima parte del metabolismo, nel caso non si potesse andare avanti con il ciclo di Krebs, non può fermarsi di punto in bianco alla fine della glicolisi, ma deve fare un piccolo passaggino in più perché deve andare a produrre una molecola che servirà poi per le glicolisi successive. E cioè, immaginiamo non essendoci l'ossigeno, che la cellula dovrà proseguire a fare glicolisi. E allora non potremo fermarci alla produzione di piruvato, ma questo piruvato dovrà subire una piccola modifica aggiuntiva che si chiama proprio fermentazione. E quindi si dice che il piruvato dovrà andare incontro a fermentazione per andare a ricostituire una molecola che servirà per le successive glicolisi. Qual è questa molecola che si deve andare a riformare? La molecola è il NAD, il NAD ossidato. Perché, come vediamo in questa proiezione che riguarda la quinta tappa della glicolisi, vediamo che il primo passaggio che la gliceraldeide trifosfato affronta è quella della giunta di un fosfato con la riduzione di un NAD, e cioè un NAD+ si trasforma in un NADH + H+. Se non vi ricordate che cos'è il NADH, andate a riprendere il video precedente in cui andiamo a spiegare, quindi il video sulla glicolisi, in cui andiamo a spiegare proprio nell'introduzione che cos'è il NADH, cioè a cosa serve questa molecola.
Ecco, dovete sapere che la glicolisi avvenendo nel citoplasma, nel citoplasma non è presente tanto NAD ossidato. Di conseguenza, deve andarsi a riformare per far ripartire poi le successive glicolisi. E questo fa sì che quindi alla fine della glicolisi, e cioè dopo la formazione del piruvato, c'è bisogno di un piccolo passaggio che vada a riformare il NAD+, e cioè il NAD ossidato, così da poterlo riutilizzare in una successiva glicolisi. Questo passaggio si chiama appunto fermentazione.
E allora andiamo a vedere in che modo avviene la fermentazione. Innanzitutto, se c'è ossigeno dentro la cellula, e cioè facciamo un esempio di una cellula umana, se dentro il tessuto c'è ossigeno, quindi noi respiriamo bene, non stiamo facendo uno sforzo troppo elevato, ecco che tutto prosegue. Tutto il metabolismo dopo la glicolisi non fa fermentazione, ma prosegue con il ciclo di Krebs. In poche parole, si andranno a produrre, oltre le 2 ATP della glicolisi, 36 ATP derivanti appunto da ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa. I due insieme, ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa, vengono sintetizzati con il termine respirazione cellulare, che utilizzerò poco perché mi piace di più andarli a prendere separati. Ecco, però sappiate che Krebs più fosforilazione si chiamano respirazione cellulare.
Ecco che però se noi siamo in carenza d'ossigeno, perché magari stiamo facendo uno sforzo troppo elevato, oppure se magari abbiamo delle cellule che non sfruttano bene l'ossigeno, o semplicemente ci sono cellule anaerobi, e quindi che non utilizzano proprio l'ossigeno come molecola per effettuare metabolismo, ecco che si va incontro a un processo chiamato fermentazione, che sarà utile, come abbiamo detto, appunto a riformare il NAD ossidato per far ripartire le glicolisi. Perché, immaginiamo che appunto abbiamo a disposizione poco ossigeno, a quel punto la nostra cellula per sopravvivere dovrà continuare ad andare avanti perché la glicolisi, perché se no, se non produce più energia, tenderà ad andare via via a morire.
Quindi, abbiamo detto: se c'è l'ossigeno, e quindi vi ho messo "ossigeno sì", il metabolismo proseguirà con il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa per portare infine alla produzione di CO2 e acqua. Per essere più precisi, sei molecole di CO2, perché derivano ovviamente dai sei atomi di carbonio che erano contenuti dentro il glucosio iniziale. Quindi, sostanzialmente, glucosio iniziale è stato spezzettato, tutti i legami sono stati rotti e sono state prodotte 6 molecole di CO2. Lo spezzettamento dei legami, come abbiamo già detto, va a rilasciare l'energia, perché l'energia è contenuta dentro i legami che ci sono nelle molecole. Quando noi rompiamo dei legami, l'energia si libera. Noi poi, come le nostre cellule, sappiamo come immagazzinarla, e cioè dentro l'ATP. Quell'energia, oltre a essere liberata, si può anche conservare e utilizzare in un secondo momento.
E infatti, le cellule in grado di svolgere le successive tappe metaboliche aerobi o aerobiche, si dice, cioè in presenza di ossigeno, sono in grado di processare il piruvato scomponendolo ulteriormente fino ad ottenere sei molecole di anidride carbonica e acqua, ovviamente, e 36 ATP totali circa. Aggiungo circa perché vedremo poi nei prossimi video come mai questo numero di ATP può variare leggermente.
Se invece l'ossigeno non è presente per vari motivi, la glicolisi è obbligata ad affrontare la fermentazione. Questo appunto perché deve andare a riprodurre il necessario per affrontare poi successive glicolisi, che serviranno a produrre l'energia di cui la cellula ha bisogno, non potendo tra l'altro effettuare il ciclo di Krebs. I due tipi di fermentazione che possono avvenire nelle cellule che conosciamo sono la fermentazione lattica e la fermentazione alcolica.
Facciamo una piccola premessa: quella che noi più conosciamo anche nella vita di tutti i giorni è la fermentazione lattica, e c'è un motivo. Le nostre cellule, e cioè le cellule dell'essere umano, vanno incontro a fermentazione lattica quando fanno uno sforzo eccessivo o non c'è abbastanza ossigeno. L'esempio più classico è quello del muscolo, il classico esempio del muscolo che va in sovrasforzo. Non c'è abbastanza ossigeno per continuare a produrre ATP in maniera normale, e quindi si prosegue con la glicolisi in assenza di ossigeno. Non tanto perché noi respiriamo male, ma molto spesso perché lo sforzo è molto intenso. Quindi, in assenza di ossigeno, il muscolo deve continuare però a lavorare, se no noi crolleremo per terra. A quel punto, continuo a lavorare effettuando glicolisi. Il problema è che però per andare avanti a fare glicolisi, ogni molecola di glucosio deve poi affrontare anche la fermentazione. La fermentazione produce quello che noi chiamiamo lattato, o con il termine che sicuramente avete già sentito, acido lattico. In poche parole, credo che la maggior parte di voi saprà che quando vi vengono i crampi e le contratture muscolari, si dice che di solito è un aumento dell'acido lattico muscolare. Questo avviene perché proprio a causa del mancato apporto di ossigeno, le cellule muscolari dovranno affrontare la fermentazione, quindi produrre acido lattico come scarto.
E cioè, vediamo bene qua che il passaggio successivo alla formazione di piruvato andrà a produrre NAD ossidato, cioè NAD+, che servirà ovviamente poi, come vedete dalla freccia, per essere riutilizzato in una successiva glicolisi. Però il fatto di riossidare il NAD produce una molecola di scarto, che è questo piruvato che è andato incontro a una trasformazione lieve, che però si chiama lattato o acido lattico. Questo acido lattico si può andare ad accumulare nell'essere umano nei muscoli, andando a produrre quello che noi conosciamo come crampi o contratture muscolari. Perché? Perché ovviamente l'acido lattico, essendo un acido, va ad acidificare l'ambiente circostante alle fibre muscolari. E tra l'altro, tutto questo comporta quindi una difficoltà nel muscolo. Di conseguenza, il muscolo, tramite il dolore, la contrattura, ci avverte che non ci conviene continuare con quello sforzo. Poi ovviamente noi possiamo continuare, andare incontro poi a quelli che appunto conosciamo come crampi, contratture, eccetera eccetera, e quindi poi si può andare incontro a del danno muscolare. Tante volte non possiamo smettere lo sforzo che stiamo facendo. Quindi, comunque, sappiate che la produzione di acido lattico non è un qualcosa di nocivo nell'immediato.
Chi altro produce acido lattico? E cioè, quali altri organismi, quali altre cellule fanno fermentazione lattica? Beh, sicuramente i batteri lattici, e cioè quelli presenti nei latticini. E infatti, qua vedete un'immagine dei formaggi.
Esiste però anche un altro tipo di fermentazione, e cioè alcuni microrganismi, per concludere la glicolisi, fanno un altro tipo di fermentazione che servirà sempre per andare a riossidare il NAD e riutilizzarlo successivamente. Ma in questo caso, il piruvato perderà un carbonio andando a formare l'acetaldeide. E l'acetaldeide, tramite appunto un altro passaggio, andrà a ossidare il NAD e si formerà alcol etilico o etanolo, e cioè sostanzialmente l'alcol che possiamo trovare anche nel vino, nella birra. E chi effettua fermentazione alcolica? Alcuni tipi di lieviti, cioè funghi unicellulari, che producono alcol etilico e, come abbiamo visto, anidride carbonica. Questo è il motivo per cui il lievito viene utilizzato per far gonfiare, per fare appunto lievitare il pane, la pizza, eccetera eccetera, proprio perché producendo anidride carbonica, possiamo dire che molto semplicemente, ma produrre delle bolle dentro la pasta che andrà a formare il pane. Quindi, di conseguenza, il pane va a lievitare. Però si produce anche alcol etilico, che per quanto riguarda alcune bevande come il vino, la birra, viene utilizzato proprio per dare il grado alcolico a quella bevanda.
Altri tipi di cellule, però, come abbiamo già detto, come anche quelle dell'essere umano, vanno a fare fermentazione lattica. E quindi, sostanzialmente, il motivo è lo stesso, ma vanno a produrre un prodotto di scarto che appunto è l'acido lattico.
C'è da dire, come abbiamo già detto, che il processo di glicolisi più fermentazione produce meno energia rispetto alla respirazione cellulare, e cioè rispetto a tutto quel processo catabolico che riguarda anche il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa. Quindi, se la cellula decide di fermarsi per ovvi motivi alla fermentazione, avremo la produzione delle sole due ATP che avevamo già prodotto in glicolisi. E quindi, sostanzialmente, avremo una produzione di energia molto bassa. Però tante volte, o perché il batterio è anaerobio, o perché semplicemente non abbiamo a disposizione quell'ossigeno, tante volte la cellula si deve accontentare di finire con la fermentazione, quindi di produrre solamente poca energia, precisamente due ATP.
Bene, con questo abbiamo concluso. Nel prossimo video andremo a vedere invece cosa avviene quando, grazie alla presenza di ossigeno, il piruvato può entrare dentro il ciclo di Krebs e quindi inizieremo la fase che viene definita respirazione cellulare. Per oggi, quindi, io vi saluto e se vi è stato utile il video, vi invito a mettere un mi piace e ad iscrivervi al canale, così da vedere anche tutte le lezioni successive. E noi ci vediamo alla prossima lezione.