Il metabolismo cellulare è un termine generale che copre tutte le reazioni chimiche che convertono l’energia o usano l’energia all’interno di una cellula. Le cellule umane e molti altri organismi multicellulari utilizzano il processo di respirazione aerobica per convertire il cibo in energia. Le piante e alcuni microrganismi eseguono il processo di fotosintesi. Altri organismi usano la respirazione o la fermentazione anaerobica, tipi di metabolismo cellulare che non richiedono ossigeno.
Esistono due tipi di reazioni chimiche nel metabolismo cellulare, reazioni cataboliche e reazioni anaboliche. Le reazioni cataboliche producono energia da utilizzare per la cellula, mentre le reazioni anaboliche richiedono energia per creare molecole necessarie per il funzionamento continuo della cellula. Le cellule immagazzinano energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP), creata dalle reazioni cataboliche e utilizzata dalle reazioni anaboliche.
La respirazione aerobica scompone le fonti organiche di carbonio, come carboidrati, proteine ??e grassi. Innanzitutto, il processo di glicolisi scompone una molecola di glucosio – uno zucchero con sei atomi di carbonio – in due molecole di piruvato, due molecole di nicotinamide adenina dinucleotide ridotta (NADH) e due molecole di ATP. Il ciclo di Kreb, chiamato anche ciclo dell’acido citrico (CAC) o acido tricarbossilico (TCA), scompone ulteriormente il piruvato creato durante la glicolisi in anidride carbonica e acqua, creando nel processo altre due molecole di ATP. Un meccanismo chiamato catena di trasporto degli elettroni trasferisce gli atomi di idrogeno dal NADH all’ossigeno. Questo trasferimento rilascia energia, che viene utilizzato per creare altre 34 molecole di ATP.
La glicolisi e il ciclo di Kreb avvengono allo stesso modo nella respirazione anaerobica e nella respirazione aerobica. Nella catena di trasporto degli elettroni, tuttavia, le molecole inorganiche – molecole che non contengono carbonio – sono usate come accettori di elettroni al posto dell’ossigeno. Il tipo di molecola inorganica utilizzata dipende dall’organismo. Ad esempio, alcuni organismi usano composti contenenti zolfo e alcuni usano composti contenenti azoto. La respirazione anaerobica produce un totale di 36 molecole di ATP, rispetto a 38 per la respirazione aerobica.
La fermentazione è un’altra forma di metabolismo anaerobico, ma a differenza della respirazione anaerobica, non comporta una catena di trasporto di elettroni o il ciclo di Kreb. La glicolisi rompe le molecole organiche per creare energia. Poiché la glicolisi è l’unica reazione che si verifica nella fermentazione, produce solo due molecole di ATP per molecola di glucosio.
Le piante e alcuni microrganismi, tutti classificati come fotoautotrofi, ottengono la loro energia da una forma di metabolismo cellulare chiamata fotosintesi, piuttosto che dalla respirazione. I fotoautotrofi ottengono energia dalla luce e la convertono in energia chimica sotto forma di ATP. Le cellule quindi usano l’ATP per convertire l’anidride carbonica in glucosio e altri nutrienti di cui l’organismo ha bisogno.