Fosforilazione ossidativa
La fosforilazione ossidativa è un processo biochimico che ha il compito di produrre ATP.
La fosforilazione ossidativa è composta da tre fasi durante le quali viene prodotta energia metabolica che favorisce la sintesi di ATP.
Questo processo avviene in aerobiosi, ovvero in presenza di ossigeno.
Cos’è la fosforilazione ossidativa e dove avviene?
Gli esseri viventi possono essere distinti in anaerobi e aerobi a seconda della dipendenza dall’ossigeno per la loro sopravvivenza.
Negli organismi aerobi, la maggior parte dell’ossigeno inspirato e trasportato ai tessuti viene utilizzato per ossidare i nutrienti.
Tutte le reazioni enzimatiche di degradazione di carboidrati, acidi grassi e amminoacidi convergono nella fosforilazione ossidativa, che rappresenta la tappa finale della respirazione cellulare.
La fosforilazione ossidativa rappresenta, quindi, il culmine del metabolismo energetico (catabolismo) negli organismi aerobici: l’energia prodotta dalle ossidazioni viene usata per la sintesi di ATP.
Negli eucarioti, questo processo avviene nei mitocondri e coinvolge grandi complessi proteici inseriti nelle membrane mitocondriali interne.
Quali sono i passaggi fondamentali della fosforilazione ossidativa?
Il meccanismo della fosforilazione ossidativa è costituito da tre fasi:
- gli equivalenti riducenti (NADH e FADH2) vengono ossidati passando attraverso la catena di trasporto degli elettroni;
- il flusso di elettroni genera energia che consente il trasporto di protoni (H+) dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana;
- i protoni ritornano nella matrice attraverso canali proteici specifici, fornendo l’energia per la sintesi di ATP a partire da ADP e Pi. Questa reazione è catalizzata da un complesso proteico di membrana, l’ATP sintasi.
Quanto ATP produce la fosforilazione ossidativa?
La quantità di ATP prodotta dalla fosforilazione ossidativa dipende:
- dal coefficiente energetico attribuito agli equivalenti riducenti;
- dal substrato ossidato.
Per quanto riguarda il primo punto, NADH e FADH2 hanno coefficienti moltiplicativi diversi.
Per ogni molecola di NADH vengono prodotte 2,5 o 3 molecole di ATP.
Per ogni molecola di FADH2 vengono prodotte 1,5 o 2 molecole di ATP.
Per quanto riguarda il secondo punto viene fatta una distinzione tra carboidrati e grassi.
Per gli zuccheri il discorso è semplice perché si considera il glucosio ossidato nella glicolisi che alla fine produce 30-38 molecole di ATP.
Nota bene: questo numero dipende anche dall’utilizzo del sistema navetta (shuttle) del glicerolo 3-fosfato; in questo caso il NADH prodotto dalla glicolisi “diventa” FADH2, con una conseguente minore produzione di ATP.
Per quanto riguarda gli acidi grassi, dipende dalla loro lunghezza e quindi dal numero di atomi di carbonio della catena idrocarburica.
Ad esempio, l’ossidazione completa dell’acido palmitico (16 atomi di carbonio) produce 106-129 molecole di ATP (resa netta).
Nel caso di un trigliceride dobbiamo aggiungere l’ATP formato dal glicerolo (18,5-22 ATP) e quella degli altri due acidi grassi, che non sono necessariamente uguali.
In generale la fosforilazione ossidativa produce circa 30-65 kg di ATP al giorno in un adulto normale in condizioni di riposo.
Bibliografia
Le basi molecolari della nutrizione – Arienti
Biochimica della nutrizione – Leuzzi, Bellocco, Barreca
Alimentazione, Nutrizione e Salute – Debellis, Poli
I principi di Biochimica di Lehningher – Nelson, Cox
Fondamenti di Biochimica – Voet, Voet
Il manuale del personal trainer NSCA – Baechle, Earle
Note sull’autore: Andrea Barone
Laureato magistrale in “Scienze dell’Alimentazione e Nutrizione Umana” (prossimo all’esame di stato per l’abilitazione all’esercizio della professione di biologo nutrizionista) e triennale in “Scienza della Nutrizione”. Attualmente è studente in Scienze Motorie.
Invictus Trainer che esercita da circa 4 anni l’attività di personal trainer, con l’obiettivo di migliorare la composizione corporea dei suoi clienti e correggere le loro abitudini alimentari. Aspira a crescere professionalmente nel settore sportivo agonistico in qualità di preparatore atletico e/o personal trainer curando parallelamente l’aspetto nutrizionale degli atleti.
