La respirazione cellulare e la catena respiratoria

Presentiamo il processo di trasferimento degli elettroni all'interno delle catene di ossido-riduzione.

Nel corso dell'evoluzione, nella materia vivente si è perfezionato un meccanismo diverso per la ri-ossidazione dei co-enzimi ridotti, che si ritrova in molti organismi e che permette di sfruttare l'impressionante quantità di energia ancora associata agli elettroni legati ai co-enzimi ridotti. In questo caso, l'accettore finale degli elettroni è rappresentato dall'ossigeno molecolare (O2) , che, ricevendo 4 elettroni e 4 protoni, dà origine a 2 molecole di acqua. Passando dai co-enzimi ridotti all'ossigeno, gli elettroni liberano 52,6 kcal per coppia di elettroni: quasi la metà di quest'energia viene intrappolata sotto forma di ATP, mentre il restante è disperso sotto forma di calore.

Il processo di trasferimento degli elettroni dai co-enzimi ridotti all'ossigeno è denominato "respirazione cellulare". Tale processo avviene grazie alla presenza nello spessore della membrana interna dei mitocondri di vari enzimi e di piccole e mobili molecole che trasportano elettroni. Queste molecole, nel loro insieme, costituiscono la cosiddetta "catena respiratoria".

I complessi enzimatici della catena respiratoria, pur essendo liberi di muoversi nel piano della membrana mitocondriale, mantengono sempre lo stesso orientamento rispetto al piano della membrana stessa: tale caratteristica è fondamentale per la loro funzione di "pompe" di protoni.

All'interno delle cellule, gli elettroni non passano direttamente dai co-enzimi all'ossigeno liberando in blocco le quasi 53 kcal: il salto energetico è suddiviso in una serie di piccoli salti, i quali fanno sì che l'energia liberata sia più facilmente intrappolabile. Questo è effettuato mediante una serie di reazioni di ossido-riduzione che si verificano a carico dei componenti della catena respiratoria, i quali ricevono e cedono elettroni, portandoli gradualmente a livelli sempre più vicini a quelli dell'ossigeno, a cui vengono infine ceduti con formazione di acqua, che rappresenta dunque il prodotto finale delle ossidazioni biologiche.