La respirazione cellulare è la via metabolica che converte il glucosio in ATP, la valuta energetica della cellula. Esistono due forme distinte:anaerobica, che bypassa l'ossigeno, e aerobica, che si basa su di esso.
Quando l’offerta di ossigeno è inferiore alla domanda, come durante un esercizio fisico intenso, le cellule si spostano verso percorsi anaerobici, producendo lattato e una modesta resa di ATP. L'accumulo di lattato e il deficit di ossigeno portano ad affaticamento muscolare e respirazione pesante.
La respirazione aerobica procede in tre fasi coordinate, ciascuna delle quali si basa sulla precedente per estrarre la massima energia da una molecola di glucosio.
La glicolisi avviene nel citosol e non richiede ossigeno. Rompe il glucosio in due molecole di piruvato, producendo un guadagno netto di due ATP e due NADH.
Il piruvato entra nei mitocondri, dove viene convertito in acetil‑CoA ed entra nel ciclo di Krebs. Ogni giro produce un ATP (o GTP), tre NADH e un FADH₂, rilasciando due molecole di CO₂. Per un glucosio, il ciclo viene eseguito due volte, aggiungendo otto NADH e due FADH₂ al pool.
Gli elettroni ad alta energia provenienti da NADH e FADH₂ viaggiano attraverso la membrana mitocondriale interna. L'ossigeno agisce come accettore finale di elettroni, combinandosi con l'idrogeno per formare acqua. Il flusso di elettroni alimenta un gradiente protonico che guida l'ATP sintasi, generando la maggior parte dell'ATP cellulare:circa 30-32 molecole per glucosio.
Senza ossigeno, la catena di trasporto degli elettroni si blocca, arrestando la sintesi di ATP e costringendo la cellula a ritornare alla glicolisi e alla fermentazione. Pertanto, l'ossigeno è indispensabile per la completa ossidazione del glucosio e la produzione efficiente di ATP.
