Nel mondo vivente, le piante sfruttano la luce solare per produrre glucosio attraverso la fotosintesi, mentre gli animali, le piante e molti microrganismi convertono quel glucosio in energia utilizzabile attraverso la respirazione cellulare. Questo processo genera adenosina trifosfato (ATP), la valuta energetica universale di tutte le cellule.
Le piante assorbono energia luminosa, anidride carbonica e acqua per sintetizzare il glucosio e rilasciare ossigeno. L'equazione complessiva è:
6 CO₂ + 12 H₂O + energia luminosa → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O
Il glucosio immagazzina energia chimica ma non può essere utilizzato direttamente dalla maggior parte delle cellule.
La respirazione cellulare trasforma il glucosio e l'ossigeno in anidride carbonica, acqua e ATP:
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + ATP
Il processo avviene in tre fasi, ciascuna delle quali avviene nel citoplasma o nei mitocondri.
La glicolisi avviene nel citoplasma. Una molecola di glucosio (sei atomi di carbonio) è divisa in due molecole di piruvato (tre atomi di carbonio ciascuna). Vengono investite due molecole di ATP, ma ne vengono prodotte quattro, ottenendo un guadagno di due ATP per glucosio.
Il piruvato viene trasportato nei mitocondri e convertito in acetil‑CoA, che entra nel ciclo dell'acido citrico. Ogni giro del ciclo rilascia due molecole di CO₂, produce un ATP e genera NADH e FADH₂ riducendo NAD⁺ e FAD.
La membrana mitocondriale interna ospita la catena di trasporto degli elettroni (ETC). Gli elettroni provenienti da NADH e FADH₂ fluiscono attraverso i complessi proteici, pompando protoni nello spazio intermembrana e creando un gradiente protonico.
L'ossigeno funge da accettore finale di elettroni, combinandosi con i protoni per formare acqua. Il gradiente protonico spinge l'ATP sintasi a produrre la maggior parte dell'ATP:circa 32 molecole per glucosio.
L'ATP è costituito da una base di adenina legata a tre gruppi fosfato. I legami ad alta energia tra i fosfati immagazzinano energia chimica. Quando una cellula ha bisogno di energia, idrolizza l'ATP in ADP e fosfato inorganico, rilasciando energia che alimenta i processi cellulari.
La comprensione di questi passaggi chiarisce come ogni cellula del tuo corpo, dalle fibre muscolari ai neuroni, ricava l'energia necessaria per la vita.
