Aerobiosi
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Si definisce aerobiosi la condizione di vita di numerosi organismi, il cui metabolismo è basato sull'utilizzo di ossigeno molecolare, che funge da accettore finale di elettroni. Organismi di questo tipo sono definiti aerobici (o aerobi). Essi sono in grado di funzionare grazie al processo aerobico della respirazione cellulare, che permette l'ossidazione di substrati (per esempio gli zuccheri e gli acidi grassi) per ottenere energia. L'ossigeno è infatti un forte ossidante naturale: gli elettroni prodotti dalle reazioni metaboliche dell'organismo sono rapidamente ed efficacemente trasferiti all'ossigeno molecolare che passerà dal numero di ossidazione 0 al numero di ossidazione -2.
La condizione opposta all'aerobiosi è l'anaerobiosi.
[modifica] Processi aerobici
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Per approfondire, vedi la voce Respirazione cellulare. |
Per processo aerobico si intende quindi una reazione che avviene in presenza di ossigeno. Un buon esempio è l'ossidazione del glucosio, un monosaccaride, nella respirazione aerobica.
L'energia liberata in questa reazione è di circa 2880 kJ per mole: tale quantità viene immagazzinata dai sistemi biologici nelle 38 molecole di ATP rigenerate da 38 ADP. L'energia generata in questo caso per ogni molecola di glucosio è 19 volte più grande di quella generata dalla rispettiva reazione in assenza di ossigeno, che produrrebbe solo 2 molecole di ATP (attraverso la glicolisi anaerobica e le successive fermentazioni).
Questa equazione è una sintesi di quello che avviene realmente attraverso tre serie di reazioni biochimiche aerobiche: la glicolisi (che, come detto, può aver luogo anche in anaerobiosi), il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa.
[modifica] Aerobiosi nei sistemi viventi
Come avviene nell'esempio riportato, l'energia prodotta da una reazione di ossidazione aerobica è sempre maggiore di quella prodotta da un processo anaerobico. La spinta evolutiva ha selezionato organismi sempre più "avidi" di ossigeno che dal mare, luogo povero di ossigeno molecolare disciolto, hanno conquistato la terraferma, su cui la concentrazione di ossigeno è enormemente maggiore.
È possibile distinguere aerobi obbligati e aerobi facoltativi.
- Gli aerobi obbligati necessitano di ossigeno come accettore di elettroni. Quasi tutti gli animali, gran parte dei funghi e molti batteri sono aerobi obbligati. Essere un organismo aerobio obbligato, sebbene sia vantaggioso dal punto di vista energetico, significa anche dover contrastare obbligatoriamente alti livelli di stress ossidativo.
- Gli aerobi facoltativi possono utilizzare l'ossigeno oppure altre molecole in stato ossidato. Diverse specie di lievito sono esempi di organismi aerobi facoltativi. Tali organismi sono in grado dunque di sopravvivere anche in assenza di ossigeno. Il loro metabolismo è comunque principalmente aerobico: questo li differenzia dagli anaerobi facoltativi, il cui metabolismo principale è quello anaerobico.
Le cellule umane prese singolarmente presentano anch'esse un metabolismo aerobio facoltativo, in quanto possono utilizzare la fermentazione dell'acido lattico se l'ossigeno non è disponibile. Le cellule muscolari, ad esempio, in presenza di basse concentrazioni di ossigeno (tipicamente quando sono sotto sforzo) possono ricorrere alla sola glicolisi anaerobica. Questa strategia, in ogni caso, non può essere sostenuta a lungo dall'intero organismo, e quindi gli uomini sono di fatto aerobi obbligati.
