Il metabolismo dei microrganismi

Nelle cellule, la conservazione dell'energia coinvolge reazioni di ossidoriduzione (reazioni redox). L'energia rilasciata in queste reazioni è conservata nel processo di produzione di composti ad alta energia come l'ATP. Chimicamente un'ossidazione viene definita coma la riduzione di uno o più elettroni da una sostanza, mentre una riduzione viene definita come l'aggiunta a una sostanza di un elettrone (o di più elettroni). In biochimica l'ossidazione e la riduzione coinvolgono frequentemente il trasferimento non solo di un elettrone, ma di un elettrone (e-) associato ad un protone (H+). Infatti, le reazioni redox si verificano quando elettroni forniti da un donatore sono ricevuti da un accettore. Per esempio, il gas idrogeno (H2) può rilasciare elettroni e protoni e diviene ossidato: H2---->2e- + 2H+. Questa è solo una semireazione, termine che indica la necessità di una seconda metà. Ciò dipende dal fatto che per ogni ossidazione occorre che avvenga una conseguente riduzione. Per esempio, l'ossidazione di H2 deve avvenire in coppia con una riduzione di sostanza differenti, incluso O2, in una seconda reazione: ½ O2 + 2 e- + 2H+ ----> H2O. Questa semireazione, che è una riduzione, quando viene accoppiata alla precedente ossidazione di H2, produce la seguente reazione di equilibrio: H2 + ½ O2 ----> H2O. In reazioni di questo tipo, ci riferiamo alla sostanza ossidata, in questo caso H2, come donatore di elettroni e alla sostanza ridotta, in questo caso O2, come accettore di elettroni. Comunque le sostanze variano nella propria tendenza a ossidarsi e a ridursi. Tale tendenza viene detta potenziale di riduzione (E0', in condizioni standard), che è misurato elettricamente in volt (V). Inoltre, bisogna dire, che i donatori di elettroni vengono spesso definiti fonti di energia per il fatto che quando passano allo stato ossidato rilasciano energia. In natura esistono molti donatori potenziali di elettroni, tuttavia non è il donatore in sé a contenere questa energia, ma è la reazione chimica durante la quale il donatore di elettroni viene ossidato a rilasciare energia. La quantità di quest'ultima, rilasciata in una reazione redox, dipende dalla natura di entrambi, donatore e accettore di elettroni. Quanto maggiore è la differenza tra i potenziali di riduzione delle due semireazioni, tanto maggiore sarà l'energia liberata quando avviene la reazione.