La respirazione cellulare è un insieme di reazioni metaboliche che avvengono nelle cellule degli organismi per convertire l'energia biochimica dai nutrienti in adenosina trifosfato (ATP) e quindi rilasciare i prodotti di scarto. Questo processo è essenziale per la sopravvivenza di tutti gli organismi viventi perché l’ATP funge da principale valuta energetica per le cellule.

L’equazione chimica complessiva della respirazione cellulare può essere riassunta come segue:

C6H12O6 (glucosio) + 6O2 (ossigeno) -> 6CO2 (anidride carbonica) + 6H2O (acqua) + energia (come ATP)

In questa equazione, il glucosio, una molecola di zucchero a sei atomi di carbonio, viene scomposto in presenza di ossigeno attraverso una serie di reazioni catalizzate da enzimi. Durante questo processo, i legami all’interno del glucosio vengono riorganizzati e l’energia rilasciata viene utilizzata per sintetizzare le molecole di ATP.

Il processo di respirazione cellulare può essere ulteriormente suddiviso in tre fasi principali:glicolisi, ciclo di Krebs (noto anche come ciclo dell'acido citrico) e fosforilazione ossidativa.

1. Glicolisi:

- Si verifica nel citoplasma.

- Il glucosio viene scomposto in due molecole di piruvato (una molecola a tre atomi di carbonio).

- Vengono utilizzate 2 molecole di ATP e si ottengono 4 molecole di ATP (guadagno netto di 2 ATP).

- Vengono prodotte 2 molecole di NADH.

2. Ciclo di Krebs:

- Si verifica nei mitocondri.

- Ogni molecola di piruvato proveniente dalla glicolisi viene ulteriormente scomposta e combinata con il coenzima A per formare acetil CoA.

- Nel corso di molteplici reazioni, l'acetil CoA viene ossidato per rilasciare CO2 e produrre molecole di ATP, NADH e FADH2.

3. Fosforilazione ossidativa:

- Si verifica anche nei mitocondri.

- Le molecole NADH e FADH2 prodotte nella glicolisi e nel ciclo di Krebs trasferiscono i loro elettroni alla catena di trasporto degli elettroni, creando un gradiente elettrochimico attraverso la membrana mitocondriale.

- Il flusso di protoni attraverso l'enzima ATP sintasi utilizza questo gradiente per produrre molecole di ATP attraverso un processo chiamato chemiosmosi.

In definitiva, la respirazione cellulare converte l’energia chimica immagazzinata nel glucosio nella valuta energetica utilizzabile dalla cellula, l’ATP. L'ATP prodotto viene quindi utilizzato dalle cellule per svolgere varie funzioni, tra cui la contrazione muscolare, la trasmissione degli impulsi nervosi, la sintesi chimica e il trasporto attivo di molecole attraverso le membrane.