Respirazione cellulare

Respirazione cellulare
n.
ˈsɛljʊlə ɹɛspɪˈɹeɪʃən
Definizione: Una serie di processi metabolici che avvengono all’interno di una cellula in cui l’energia biochimica viene raccolta da una sostanza organica (ad esempio il glucosio) e poi immagazzinata in una biomolecola portatrice di energia (ad esempio ATP) per l’uso in attività della cellula che richiedono energia

Definizione di respirazione cellulare

La funzione principale della respirazione cellulare è di scomporre il glucosio per formare energia. In termini semplici, la respirazione cellulare può essere definita come una serie di processi metabolici che avvengono all’interno di una cellula. L’energia biochimica viene raccolta da sostanze organiche (per esempio il glucosio) e poi immagazzinata in biomolecole portatrici di energia (per esempio adenosina trifosfato o ATP) per essere utilizzata nelle attività che richiedono energia della cellula.

Panoramica sulla respirazione cellulare

La respirazione cellulare ha luogo nelle cellule di tutti gli organismi viventi. È vitale perché fornisce l’energia per mantenere la vita. Il processo viene effettuato sia dalle cellule procariotiche che da quelle eucariotiche. Nelle cellule procariotiche, si svolge nel citoplasma della cellula, nelle cellule eucariotiche inizia nel citosol e poi si svolge nei mitocondri. Negli eucarioti, i 4 stadi della respirazione cellulare includono la glicolisi, la reazione di transizione (ossidazione del piruvato), il ciclo di Krebs (noto anche come ciclo dell’acido citrico), e la fosforilazione ossidativa attraverso la catena di trasporto degli elettroni.

Il processo è chiamato respirazione cellulare perché la cellula sembra “respirare” in un modo che prende ossigeno molecolare (come accettore di elettroni) e rilascia anidride carbonica (come prodotto finale). Quindi, il processo è descritto come aerobico. Quando l’accettore di elettroni finale non è l’ossigeno, è descritto come anaerobico.

Un tipo anaerobico di respirazione è effettuato principalmente da organismi anaerobici (per esempio batteri anaerobici) che usano certe molecole come accettori di elettroni invece dell’ossigeno.

In un altro processo anaerobico, come la fermentazione, il piruvato non è metabolizzato nello stesso modo di una respirazione di tipo aerobico. Il piruvato non viene trasportato nel mitocondrio. Piuttosto, rimane nel citoplasma dove può essere trasformato in un prodotto di scarto che viene rimosso dalla cellula.

La respirazione cellulare è essenziale sia per le cellule eucariotiche che procariotiche poiché l’energia biochimica viene prodotta per alimentare molti processi metabolici, come la biosintesi, la locomozione e il trasporto di molecole attraverso le membrane.

La localizzazione della respirazione cellulare

La respirazione cellulare avviene sia nel citosol che nei mitocondri delle cellule. La glicolisi avviene nel citosol, mentre l’ossidazione del piruvato, il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa avvengono nel mitocondrio. La figura 1 mostra le posizioni delle principali reazioni biochimiche coinvolte nella respirazione cellulare.

L’energia prodotta dai mitocondri è immagazzinata come energia potenziale in molecole chiamate adenosina trifosfato (ATP). La principale sostanza chimica prodotta nella respirazione cellulare è l’ATP. L’ATP è l’unità standard in cui viene immagazzinata l’energia rilasciata durante la respirazione. Il mitocondrio può essere riconosciuto come la “centrale elettrica” della cellula a causa del suo ruolo principale nella respirazione cellulare. I mitocondri contengono una serie di enzimi che aiutano in questo processo. Questi organelli contengono 2 membrane – una esterna e una interna. Lo spazio tra queste membrane è noto come spazio intermembrana. La membrana esterna contiene molte proteine conosciute come porine ed è permeabile a molecole e ioni (per esempio ATP). La membrana interna contiene complessi coinvolti nella fase della catena di trasporto degli elettroni della respirazione cellulare che sarà descritta più in dettaglio in seguito.

Se la respirazione cellulare avviene in presenza di ossigeno, è nota come respirazione aerobica. Se avviene in assenza di ossigeno, è nota come respirazione anaerobica.

Le reazioni catalizzate dagli enzimi sono responsabili della rottura delle molecole organiche (di solito carboidrati o grassi). Durante queste reazioni enzimatiche, una piccola quantità di energia viene incanalata in molecole di ATP.

L’ATP si trova in ogni cellula vivente e può trasferire energia ovunque sia necessaria. L’energia può essere rilasciata dall’ATP attraverso la sua defosforilazione in adenosina difosfato (ADP). Vedi la Figura 2 per la struttura dell’ATP.

Qual è il ruolo dell’ossigeno nella respirazione cellulare?

L’ossigeno è usato nella respirazione cellulare. È una molecola biatomica (cioè è formata da due molecole di ossigeno unite da un legame covalente) ed è elettronegativa, cioè attira coppie di elettroni di legame. Mentre attira gli elettroni verso di sé, rilascia energia dai legami chimici. L’energia potenziale del nostro cibo si combina con l’ossigeno e crea prodotti di anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O) che rilascia energia per formare la molecola ATP. Per esempio, il monosaccaride glucosio (la forma più elementare di carboidrato) può essere combinato con l’ossigeno. Gli elettroni ad alta energia che si trovano nel glucosio vengono trasferiti all’ossigeno e viene rilasciata energia potenziale. L’energia viene immagazzinata sotto forma di ATP. Questo processo finale della respirazione cellulare avviene sulla membrana interna dei mitocondri. Invece di rilasciare tutta l’energia in una volta, gli elettroni scendono lungo la catena di trasporto degli elettroni. L’energia viene rilasciata in piccoli pezzi e questa energia viene usata per formare ATP. Vedi sotto per capire meglio le fasi della respirazione cellulare compresa la catena di trasporto degli elettroni.

Tipi di respirazione cellulare

La respirazione cellulare può essere scritta come equazioni chimiche. Di seguito ci sono esempi di respirazione cellulare aerobica e anaerobica: fermentazione dell’acido lattico e fermentazione alcolica.

Respirazione aerobica

La maggior parte dei procarioti e degli eucarioti usa il processo di respirazione aerobica. Come già detto, è il processo di respirazione cellulare in presenza di ossigeno. Acqua e anidride carbonica sono i prodotti finali di questa reazione insieme all’energia. Un esempio di equazione di respirazione aerobica può essere visto nella figura 3.

Fermentazione dell’acido lattico

Nella fermentazione dell’acido lattico, 6 zuccheri di carbonio, come il glucosio sono convertiti in energia sotto forma di ATP. Tuttavia, durante questo processo viene rilasciato anche il lattato, che in soluzione diventa acido lattico. Vedi la figura 4 per un esempio di equazione di fermentazione dell’acido lattico. Può verificarsi nelle cellule animali (come le cellule muscolari) così come in alcuni procarioti. Negli esseri umani, l’accumulo di acido lattico nei muscoli può verificarsi durante un esercizio vigoroso quando l’ossigeno non è disponibile. La via della respirazione aerobica viene commutata nella via della fermentazione dell’acido lattico nei mitocondri che, sebbene produca ATP, non è efficiente come la respirazione aerobica. L’accumulo di acido lattico nei muscoli può anche essere doloroso.

Fermentazione alcolica

La fermentazione alcolica (nota anche come fermentazione dell’etanolo) è un processo che converte gli zuccheri in alcol etilico e anidride carbonica. È effettuata dal lievito e da alcuni batteri. La fermentazione alcolica è usata dall’uomo nel processo di produzione di bevande alcoliche come il vino e la birra. Durante la fermentazione alcolica, gli zuccheri vengono scomposti per formare molecole di piruvato in un processo noto come glicolisi. Due molecole di acido piruvico sono generate durante la glicolisi di una singola molecola di glucosio. Queste molecole di acido piruvico sono poi ridotte a due molecole di etanolo e due molecole di anidride carbonica. Il piruvato può essere trasformato in etanolo in condizioni anaerobiche, dove comincia a convertirsi in acetaldeide, che rilascia anidride carbonica e l’acetaldeide si trasforma in etanolo. Nella fermentazione alcolica, l’accettore di elettroni NAD+ viene ridotto per formare NADH e questo scambio di elettroni aiuta a generare ATP. La figura 5 mostra un’equazione della fermentazione alcolica.

Metanogenesi

La metanogenesi è un processo effettuato solo da batteri anaerobi. Questi batteri appartengono al phylum Euryarchaeota e comprendono Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales, Methanopyrales e Methanosarcinales. I metanogeni si presentano solo in ambienti poveri di ossigeno, come i sedimenti, gli ambienti acquatici e nei tratti intestinali dei mammiferi. Ci sono 3 vie per la metanogenesi:

(1) Metanogenesi acetoclastica. Questo processo comporta l’attivazione dell’acetato in acetil-coenzima A (acetil-CoA), da cui un gruppo metile viene poi trasferito nella via metanogenica centrale. I metanogeni acetoclastici scindono l’acetato nel modo seguente:

CH3COOH (acetato) -> CO2 (anidride carbonica) + CH4 (metano)

La metanogenesi acetoclastica è eseguita da Methanosarcina e Methanosarcinales e si trova più spesso nei sedimenti di acqua dolce. Qui, si pensa che l’acetato contribuisca a circa due terzi della formazione totale di metano sulla terra su base annuale.

(2) Metanogenesi metilotrofica. Nella metanogenesi metilotrofica, il metanolo o le metilammine servono come substrato invece dell’acetato. Questo processo può essere osservato nei sedimenti marini dove si possono trovare substrati metilati. Alcuni metanosarcinales acetoclastici e almeno un membro dei Methanomicrobiales possono anche usare questa seconda via.

(3) Metanogenesi idrogenotrofica. Infine, la metanogenesi idrogenotrofica è un processo utilizzato da Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales, Methanopyrales, e Methanosarcinales (cioè tutti e cinque gli ordini). In questa reazione, i metanogeni idrogenotrofi usano l’idrogeno per la riduzione dell’anidride carbonica, del monossido di carbonio o del formiato secondo il seguente schema:

4H2 (idrogeno) + CO2 (anidride carbonica) -> CH4 (metano) + 2H2O (acqua)

Anche se la metanogenesi è un tipo di respirazione, non viene utilizzata una normale catena di trasporto degli elettroni. I metanogeni invece si affidano a diversi coenzimi, tra cui il coenzima F420, che è coinvolto nell’attivazione dell’idrogeno, e il coenzima M, che è coinvolto nella riduzione terminale dei gruppi CH3 a metano (Figura 6.).

Fasi della respirazione cellulare

Ci sono 4 fasi del processo di respirazione cellulare. Queste sono la glicolisi, la reazione di transizione, il ciclo di Krebs (noto anche come ciclo dell’acido citrico) e la catena di trasporto degli elettroni con chemiosmosi.

Glicolisi

Il significato letterale di glicolisi è ‘scissione dello zucchero’. Glykos deriva dalla parola greca ‘dolce’ e lysis significa ‘dividere’. La glicolisi è una serie di reazioni che estraggono energia dal glucosio scindendolo in 2 molecole di piruvato. La glicolisi è una via biochimica che si è evoluta molto tempo fa e si trova nella maggior parte degli organismi. Negli organismi che eseguono la respirazione cellulare, la glicolisi è il primo stadio del processo. Tuttavia, la glicolisi non richiede ossigeno, e molti organismi anaerobici hanno anche questa via.

Prima che la glicolisi inizi, il glucosio deve essere trasportato nella cellula e fosforilato. Nella maggior parte degli organismi, questo avviene nel citosol. Il tipo più comune di glicolisi è la via Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), scoperta da Gustav Embden, Otto Meyerhof e Jakub Karol Parnas. La glicolisi fa riferimento ad altre vie, una di queste vie descritte è la via Entner-Doudoroff. Questo articolo si concentra sulla via EMP.

La via Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) della glicolisi

La via della glicolisi può essere separata in due fasi:

1. La fase di investimento – ATP viene consumato.
2. La fase di pagamento – ATP viene prodotto.

La glicolisi avviene in 10 passi. Vedere la figura 7 per una rappresentazione diagrammatica della glicolisi.

Fase 1.

L’enzima esochinasi fosforila il glucosio usando ATP per trasferire un fosfato alla molecola di glucosio per formare glucosio-6-fosfato. Questa reazione intrappola il glucosio all’interno della cellula.

Step 2.

Il glucosio-6-fosfato viene isomerizzato in fruttosio-6-fosfato. Questo comporta il cambiamento di un aldoso in un chetoso. L’enzima fosfoglucosio isomerasi catalizza questa reazione. Una molecola di ATP fornisce il gruppo fosfato.

Step 3.

Fosfofruttochinasi (PFK) con magnesio come cofattore fosforila il glucosio-6-chinasi in fruttosio 1,6-bisfosfato. Questo enzima catalizza il trasferimento di un gruppo fosforilico dall’ATP al fruttosio-6-fosfato. Questa reazione produce ADP e fruttosio 1, 6-bisfosfato.

L’importanza della fosfofruttochinasi (PFK)

PFK è un enzima significativo nella regolazione della glicolisi. Un alto rapporto tra ADP e ATP porterà all’inibizione di PFK e quindi inibirà la glicolisi. L’adenosina monofosfato (AMP) è un regolatore positivo di PFK. Quando i livelli di ATP sono bassi, si genera più ATP cambiando le molecole di ADP in ATP e AMP. Quando i livelli di ATP sono alti, la PFK è inibita, rallentando così il processo di glicolisi. L’acido citrico è anche noto per inibire l’azione di PFK.

Queste prime 3 fasi della glicolisi hanno consumato un totale di 2 molecole di ATP; quindi è noto come fase di investimento.

Fase 4.

L’enzima aldolasi è utilizzato per scindere il fruttosio 1, 6-bisfosfato in gliceraldeide-3-fosfato (GAP) e diidrossiacetone fosfato (DHAP).

Step 5.

La triosiofosfato isomerasi riorganizza il DHAP in GAP. Il GAP è l’unica molecola che continua nella via glicolitica. A questo punto ci sono due molecole di GAP, i prossimi passi sono la conversione completa in piruvato.

Step 6.

In primo luogo, il GAP è ossidato dal coenzima nicotinamide adenina dinucleotide (NAD) e poi è fosforilato dall’aggiunta di un gruppo fosfato libero dall’enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (GAPDH). GAPDH ha una forma che gli permette di tenere il GAP in una conformazione che permette alla molecola di NAD di estrarre l’idrogeno da essa. Questo provoca la conversione del NAD in NADH. Il gruppo fosfato attacca quindi la molecola GAP e la libera dall’enzima per produrre 1,3 bisfosfoglicerato, NADH e un atomo di idrogeno.

Fase 7.

La fosfoglicerato chinasi (PGK) con l’aiuto del magnesio converte l’1,3 bisfoglicerato in 3-fosfoglicerato rimuovendo un gruppo fosfato. Il fosfato è trasferito a una molecola di ADP che produce una molecola di ATP.

Fase 8.

La fosfoglicerato mutasi riorganizza la posizione del gruppo fosfato sul 3-fosfoglicerato permettendogli di diventare 2-fosfoglicerato.

Step 9.

Il 2-fosfoglicerato è convertito in fosfoenolpiruvato (PEP) dall’enzima enolasi. L’enolasi disidrata 2 molecole di fosfoglicerato rimuovendo l’acqua.

Step 10.

Finalmente, la piruvato chinasi trasferisce un fosfato dal PEP all’ADP producendo ATP e piruvato.

Reazione di transizione

Nella respirazione aerobica, la reazione di transizione avviene nei mitocondri. Il piruvato si sposta dal citoplasma alla matrice mitocondriale. In condizioni anaerobiche, il piruvato rimane nel citoplasma e viene invece utilizzato nella fermentazione dell’acido lattico. Lo scopo della reazione di transizione è di trasferire il piruvato all’acetil CoA producendo anidride carbonica e NADH. Per ogni singola molecola di glucosio, vengono generate 2 molecole di CO2 e NADH (Figura 8).

Cos’è il ciclo di Krebs?

Il ciclo di Krebs, o anche conosciuto come ciclo dell’acido citrico è stato scoperto da Hans Adolf Krebs nel 1937. Può essere descritto come una via metabolica che genera energia. Questo processo avviene nella matrice mitocondriale, dove il piruvato è stato importato dopo la glicolisi. I prodotti finali del ciclo di Krebs includono 2 molecole di CO2, 3 molecole di NADH, 1 molecola di FADH2 e 1 molecola di GTP. Questi prodotti sono generati per ogni singola molecola di piruvato. I prodotti del ciclo di Krebs alimentano la catena di trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa. L’acetil CoA entra nel ciclo di Krebs dopo che la reazione di transizione ha avuto luogo (conversione del piruvato in acetil CoA). Vedere la figura 9. per lo schema diagrammatico del ciclo di Krebs.

Ci sono 8 passi nel ciclo di Krebs. Qui di seguito vengono esaminate alcune delle parti principali di queste fasi:

Passo 1.

L’acetil CoA si unisce con l’ossalacetato rilasciando il gruppo CoA e producendo citrato, una molecola a sei carboni. L’enzima coinvolto in questo processo è la citrato sintasi.

Step 2.

Il citrato è convertito in isocitrato dall’enzima aconitasi. Questo comporta la rimozione e poi l’aggiunta di acqua.

Step 3.

In primo luogo, il gruppo secondario OH dell’isocitrato è ossidato dal coenzima NAD+ e si forma un chetone. Il chetone viene poi decarbossilato (cioè la CO2 viene rimossa) dall’isocitrato deidrogenasi lasciando dietro di sé l’alfa-chetoglutarato che è una molecola a 5 carboni. L’isocitrato deidrogenasi, è centrale nella regolazione della velocità del ciclo di Krebs dell’acido citrico.

Fase 4.

La decarbossilazione ossidativa avviene tramite l’alfa-chetoglutarato deidrogenasi. Questo enzima catalizza la conversione dell’α-chetoglutarato in succinil-CoA e produce NADH che fornisce elettroni alla catena respiratoria.

Step 5.

Il succinil-CoA è convertito in succinil fosfato e poi in succinato. La succinato tiochinasi (altri nomi includono succinato sintasi e succinil coenzima A sintetasi), converte il succinil-CoA in succinato e coenzima A libero. Converte anche l’ADP in ATP o la guanosina difosfato (GDP) in guanosina trifosfato (GTP). In primo luogo, il coenzima A al gruppo succinilico è sostituito da uno ione idrogeno fosfato. Il succinil fosfato trasferisce poi il suo residuo di acido fosforico alla guanosina difosfato (GDP) in modo da produrre GTP e succinato.

Fase 6

Il succinato viene ossidato a fumarato dalla succinato deidrogenasi. Il dinucleotide di adenina flavina (FAD) è il coenzima legato alla succinato deidrogenasi. Il FADH2 è formato dalla rimozione di 2 atomi di idrogeno dal succinato. Questo rilascia energia sufficiente a ridurre il FAD. Il FADH rimane legato alla succinato deidrogenasi e trasferisce gli elettroni direttamente alla catena di trasporto degli elettroni. La succinato deidrogenasi esegue questo processo all’interno della membrana interna mitocondriale che permette questo trasferimento diretto degli elettroni.

Step 7

L-malato si forma dall’idratazione del fumarato. L’enzima coinvolto in questa reazione è la fumarasi.

Fase 8

Nella fase finale, L-malato è ossidato per formare ossalacetato dalla malato deidrogenasi. Un’altra molecola di NAD+ è ridotta a NADH durante questo processo.

La catena di trasporto degli elettroni e la chemiosmosi

La catena di trasporto degli elettroni è lo stadio finale della respirazione cellulare. Si verifica sulla membrana mitocondriale interna e consiste di diversi trasportatori di elettroni. Lo scopo della catena di trasporto degli elettroni è di formare un gradiente di protoni che produce ATP. Sposta gli elettroni dal NADH al FADH2 all’ossigeno molecolare pompando protoni dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana con conseguente riduzione dell’ossigeno ad acqua. Pertanto, il ruolo dell’ossigeno nella respirazione cellulare è quello di accettore finale di elettroni. Vale la pena notare che la catena di trasporto degli elettroni dei procarioti può non richiedere ossigeno. Altre sostanze chimiche tra cui il solfato possono essere usate come accettori di elettroni in sostituzione dell’ossigeno.

I complessi coinvolti nella catena di trasporto degli elettroni

Quattro complessi proteici sono coinvolti nella catena di trasporto degli elettroni. Il complesso I o NADH-ubiquinone ossidoreduttasi trasferisce gli elettroni dal NADH al coenzima Q (ubichinone). Il complesso II o succinato deidrogenasi riceve FADH2 che si trova anche nel ciclo di Krebs. FADH2 trasferisce i suoi elettroni alle proteine ferro-zolfo all’interno del complesso II, che poi passano gli elettroni al coenzima Q, come per il complesso I. Questi elettroni sono poi trasportati giù per i rimanenti complessi e proteine. Questi includono i complessi II, III, IV, il citocromo c e il coenzima Q. Vengono passati nella membrana mitocondriale interna che rilascia lentamente energia. La catena di trasporto degli elettroni usa la diminuzione di energia libera per pompare ioni idrogeno dalla matrice allo spazio intermembrana nelle membrane mitocondriali. Questo crea un gradiente elettrochimico per gli ioni idrogeno. L’energia di questo gradiente è usata per generare ATP da ADP e fosfato inorganico (Pi) attraverso il complesso ATP sintasi. Nel complesso, i prodotti finali della catena di trasporto degli elettroni sono ATP e acqua. Vedi la figura 10. per un riassunto della catena di trasporto degli elettroni.

Chemiosmosi

Il processo descritto sopra nella catena di trasporto degli elettroni in cui un gradiente di ioni idrogeno è formato dalla catena di trasporto degli elettroni è conosciuto come chemiosmosi. Dopo che il gradiente è stabilito, i protoni diffondono lungo il gradiente attraverso l’ATP sintasi. Il flusso di idrogeni catalizza l’accoppiamento del fosfato con l’ADP, formando ATP (Figura 11). La chemiosmosi fu scoperta dal biochimico britannico Peter Mitchell. Infatti, gli è stato assegnato il premio Nobel per la chimica nel 1978 per il suo lavoro in questo settore e per la sintesi dell’ATP.

Quali sono i prodotti della respirazione cellulare?

I processi biochimici della respirazione cellulare possono essere rivisti per riassumere i prodotti finali in ogni fase. Durante la glicolisi, i reagenti iniziali sono il glucosio e 2 molecole di ATP, con i prodotti finali di piruvato, ATP e NADH.

Nella reazione di transizione, il substrato piruvato porta alla formazione dei prodotti CoA, NADH e CO2. Nel ciclo di Krebs, l’acetil CoA e l’ossalacetato portano ai prodotti finali ossalacetato, NADH, ATP, FADH2 e CO2. Infine, nella fase della catena di trasporto degli elettroni della respirazione cellulare, NADH, FADH2, ADP e fosfato sono i substrati e i prodotti risultanti sono NAD, FAD e ATP.

Produzione di ATP nella respirazione cellulare

Quanto ATP viene prodotto nella respirazione aerobica?

La glicolisi fornisce 4 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio, tuttavia, 2 vengono utilizzate nella fase di investimento con un risultato netto di 2 molecole di ATP. 2 molecole di ATP sono prodotte nel ciclo di Krebs. Infine, 34 molecole di ATP sono prodotte nella catena di trasporto degli elettroni (figura 12).

Quanto ATP è prodotto nella fermentazione?

Solo 2 molecole di ATP sono prodotte nella fermentazione. Questo avviene nella fase di glicolisi della respirazione. Pertanto, è molto meno efficiente della respirazione aerobica; è, tuttavia, un processo molto più veloce.

Disturbi della respirazione cellulare

La disfunzione mitocondriale può portare a problemi durante le reazioni di fosforilazione ossidativa. Ciò può essere dovuto a mutazioni del DNA mitocondriale o del DNA nucleare. Queste mutazioni possono portare a carenze di proteine. Per esempio, la malattia mitocondriale del complesso I è caratterizzata da una carenza del complesso I all’interno della membrana mitocondriale interna. Questo porta a problemi con la funzione cerebrale e il movimento dell’individuo colpito. Le persone con questa condizione sono anche inclini ad avere alti livelli di accumulo di acido lattico nel sangue, che può essere pericoloso per la vita. La malattia mitocondriale del complesso I è la malattia mitocondriale più comune nei bambini. Ad oggi, sono state descritte più di 150 diverse sindromi di disfunzione mitocondriale legate a problemi con il processo di fosforilazione ossidativa. Inoltre, ci sono state oltre 600 diverse mutazioni puntiformi nel DNA mitocondriale così come riarrangiamenti del DNA che si pensa siano coinvolti in varie malattie umane. Ci sono molti studi diversi in corso da parte di vari gruppi di ricerca in tutto il mondo che studiano le diverse mutazioni dei geni mitocondriali per darci una migliore comprensione delle condizioni relative ai mitocondri disfunzionali.

Sintesi della respirazione cellulare

Diversi organismi hanno adattato i loro processi biologici per effettuare la respirazione cellulare sia aerobica che anaerobica a seconda delle condizioni ambientali. Le reazioni coinvolte nella respirazione cellulare sono incredibilmente complesse e coinvolgono un intricato insieme di reazioni biochimiche all’interno delle cellule degli organismi. Tutti gli organismi iniziano con il processo di glicolisi nel citoplasma cellulare, poi si spostano nei mitocondri nel metabolismo aerobico per continuare con il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni o rimangono nel citoplasma nella respirazione anaerobica per continuare con la fermentazione (Figura 13). La respirazione cellulare è il processo che permette agli organismi viventi di produrre energia per la sopravvivenza.

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