Sei pronto a scoprire l’incredibile ruolo dell’ATP nel nostro organismo? Nei prossimi scroll capiamo come fa questa molecola ad avere un ruolo così importante nella biologia e nel funzionamento del nostro organismo.
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Se sei stato attento hai già una piccola infarinatura sul tema, perché dell’adenosina trifosfato (questo il nome completo della molecola di ATP) ne avevo già parlato quando ho fatto il riassunto sul metabolismo cellulare.
Oggi restringo un po’ il campo per spiegarti tutto quello che c’è da sapere sulla cosiddetta moneta energetica del nostro organismo, che fa letteralmente andare avanti tutta la baracca (non sto scherzando!).
Continua a leggere per ripassare in modo semplice cos’è l’ATP in biologia e la sua importanza nella bioenergetica. Non preoccuparti, perché procederò piano e con ordine. 👩🎓
Cos’è l’ATP e a cosa serve
Te l’ho detto che partivo dall’inizio! Eccomi quindi con la definizione di ATP, acronimo di Adenosina Trifosfato. Si tratta di una molecola, o meglio di un nucleotide trifosfato, composto – come dice la parola stessa – da:
- Tre gruppi fosfato
- Una molecola di ribosio
- Una molecola di Adenina
Qui di seguito trovi la formula dell’ATP: visualizzandola capirai meglio la spiegazione che sto per darti sul ruolo dell’ATP nel metabolismo cellulare.
Come potrai notare, i gruppi fosfato sono evidenziati in giallo. Perché cotanta importanza? Semplice, perché sono uniti fra loro da legami ad alta energia.
Questi legami fosfoanidridici, legandosi e spezzandosi attraverso l’idrolisi o la fosforilazione, generano consumano o producono l’energia di cui la cellula ha bisogno per funzionare alla perfezione.
E, in estrema sintesi è a questo che serve l’ATP: siamo di fronte alla molecola energetica per eccellenza, che le cellule sono in grado di produrre e utilizzare per gli scopi più diversi.
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Nell’uso e nella sintesi dell’adenosina trifosfato sono coinvolti tutti i processi metabolici principali (glicolisi, fermentazione e respirazione cellulare).
Si tratta di processi fondamentali che, andando a usare o produrre ATP, forniscono alla cellula l’energia necessaria per svolgere qualsiasi tipo di lavoro biologico (chimico, meccanico o di trasporto), tra cui menzioniamo:
- La trasmissione degli impulsi nervosi
- La contrazione muscolare
- La divisione cellulare
- La sintesi dell’RNA
Fin qui ci sei, vero? 🧐 Spero di non averti ancora perso perché fino a questo momento la spiegazione sull’ATP si è mantenuta sul semplice.
Ora vado un attimo a complicare le cose andando a illustrare come si forma l’ATP.
Utilizzo e produzione di ATP: idrolisi e fosforilazione
Come abbiamo visto, i legami ad alta energia sono quelli che collegano i tre gruppi fosfato all’interno dell’ATP. I processi attraverso i quali questi legami sono scissi o ricomposti prendono il nome di idrolisi e fosforilazione che, in soldoni, sono le vie attraverso le quali l’adenosina trifosfato viene utilizzata e prodotta.
L’idrolisi, in particolare, è il processo attraverso il quale viene spezzato il legame che unisce i gruppi fosfato. Avviene grazie a un particolare enzima chiamato ATPasi che, lavorando insieme a una molecola di acqua, a partire dalla scissione della molecola di ATP ottiene:
- L’energia di cui le cellule hanno bisogno per gli scopi più vari
- Una molecola di ADP
- Un gruppo fosfato
L’idrolisi può essere anche totale: viene spezzato anche l’ultimo legame trifosfato contenuto dall’ADP ottenendo AMP (molecola con un solo gruppo fosfato) e liberando ulteriore energia.
Com’è facile immaginare, la fosforilazione è invece il processo opposto e ha lo scopo di trarre energia e immagazzinarla sotto forma di ATP a partire dall’ADP. Si tratta dell’ultima via metabolica e la tappa finale della respirazione cellulare, processo che avviene dopo la glicolisi in presenza di ossigeno.
➡️ Riassumendo:
- l’idrolisi è coinvolta nel consumo di ATP, poiché un gruppo fosfato deve essere rimosso da una molecola di di ATP per formare ATP (adenosina difosfato) e liberare energia;
- la fosforilazione è coinvolta nella produzione di ATP, poiché un gruppo fosfato deve essere aggiunto a una molecola di ADP per formare ATP.
In questa sede ci interessa più della fosforilazione rispetto all’idrolisi, perché è col primo processo che viene a tutti gli effetti prodotto l’ATP.
La fosforilazione ossidativa
Come abbiamo viso, l’ATP non è una moneta che esiste di per sé nelle nostre cellule, ma (ahinoi!) ogni cellula deve prodursela da sola. Come anticipato, la produzione più ingente di adenosina trifosfato avviene con la fosforilazione, che è l’ultima tappa della respirazione cellulare. 🔚
➡️ Prima di addentrarci nell’argomento faccio una piccola premessa: le vie metaboliche sono essenzialmente tre e sono tutte coinvolte nella produzione di ATP, anche se in maniera diversa e con rese energetiche differenti (se non nulle). Funzionano attraverso le reazioni di ossidoriduzione (redox per gli amici) che sono attivate dal carburante chimico del metabolismo cellulare, il glucosio.
Queste vie metaboliche sono la glicolisi, la fermentazione, e la respirazione e funzionano in maniera diversa a seconda che sia presente o meno l’ossigeno. Se quello che sto dicendo è arabo, ti consiglio di leggere (prima di proseguire), gli approfondimenti dedicati proprio alle reazioni redox, alla glicolisi, alla fermentazione e alla respirazione cellulare (con il suo celebre ciclo di Krebs).
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📌La fosforilazione ossidativa è l‘ultimissima tappa dell’ultimo processo metabolico (la respirazione) e segue la sintesi dell’Acetil-CoA e il già nominato ciclo di Krebs. Si tratta del livello gold del metabolismo cellulare perché avviene in tutti gli organismi in presenza di ossigeno col fine di produrre enormi quantità di ATP.
Questa avviene a livello dei mitocondri e si realizza grazie a degli speciali complessi enzimatici che, localizzati all’interno delle creste mitocondriali, rappresentano una vera e propria catena di trasporto degli elettroni. Questi speciali complessi enzimatici consentono l‘ossidazione dei coenzimi ridotti (NADH e FADH2, prodotti durante il ciclo di Krebs) strappandogli di dosso (letteralmente) gli elettroni. Questi ultimi vengono fatti viaggiare all’interno della cellula fino ad essere accettati dall’ossigeno che, riducendosi in acqua, dà vita a un gradiente protonico che consente infine la sintesi dell’ATP.
Le diverse fasi
Se non ti è abbastanza chiaro quanto spiegato poco sopra, te lo illustro nuovamente e in modo più approfondito nell’elenco puntato che trovi qui sotto.
Troverai, infatti, la lista di tutte le azioni che avvengono durante la fosforilazione ossidativa per la sintesi di enormi quantità di ATP.
- I coenzimi ridotti (NADH e FADH2) prodotti durante il ciclo di Krebs si trovano nella matrice mitocondriale, dove avviene la loro ossidazione: vengono trasformati in NAD+ e FAD.
- La loro ossidazione libera elettroni che, viaggiando lungo la preposta catena enzimatica di trasporto, arrivano fino all’ossigeno.
- L’ossigeno accetta gli elettroni, diventando acqua.
- Il passaggio degli elettroni lungo questa catena enzimatica libera energia, che questi stessi enzimi utilizzano per pompare nello spazio intermembrana gli ioni H+, ovvero i protoni, che derivano dalla precedente ossidazione dei coenzimi.
- Man mano che gli ioni H+ si accumulano nello spazio intermembrana, si genera il cosiddetto gradiente protonico, ovvero un’elevata concentrazione di H+ nello spazio intermembrana della cellula rispetto a quelli contenuti nella matrice mitocondriale.
- A causa del gradiente protonico, tutti gli ioni H+ vorrebbero tornare nella matrice mitocondriale ma, essendo particelle cariche, da soli non riescono ad attraversare la membrana interna dei mitocondri.
- Per attraversarla devono passare per forza attraverso un enzima chiamato ATP sintasi, composto dalla sub-unità F0 e F1.
- Gli ioni H+ passano nella sub-unità F0 facendola ruotare, e questo movimento attiva la sub-unità F1.
- La sub unità F1 sfrutta l’energia cinetica per fosforilare l’ADP, ovvero dargli un gruppo fosfato per ottenere (finalmente!!!!!) l’ATP.
Dì la verità, hai sudato freddo per capire come viene prodotta la molecola di ATP! Spero che i concetti siano chiari e che possa farli tuoi. A pensarci bene questa storia è anche piuttosto avvincente, non trovi?
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