Bioenergetica e Metabolismo

Il metabolismo è un’attività cellulare altamente coordinata a cui cooperano molti sistemi multienzimatici (le vie metaboliche) per adempiere a diverse funzioni quali : ottenere energia dall’ambiente, convertire molecole delle sostanze nutrienti in molecole della cellula stessa, polimerizzare monomeri/precursori in polimeri utili alla vita cellulare, sintetizzare e degradare le biomolecole necessarie per le funzioni specializzate della cellula.

Gli organismi si dividono in autotrofi ed eterotrofi.

Nelle vie metaboliche le molecole di precursore vengono convertite in prodotti attraverso una serie di intermedi metabolici chiamati metaboliti.

Il catabolismo è la fase degradativa del metabolismo in cui le molecole organiche dei nutrienti vengono convertite in prodotti finali più semplici, le vie cataboliche rilasciano energia parte della quale viene conservata mediante la produzione di ATP e di trasportatori di elettroni in forma ridotta.

Nell’anabolismo, chiamato anche biosintesi, i precursori semplici vengono uniti tra loro per costruire molecole più grandi. Le reazioni anaboliche hanno bisogno di un rifornimento di energia sotto forma del trasferimento del gruppo fosforico dall’ATP e del potere riducente dei trasportatori di elettroni in forma ridotta come NADH NADPH FADH2.

Le vie metaboliche possono essere lineari o ramificate ( si generano più prodotti diversi a partire da un unico precursore). In genere le vie cataboliche sono convergenti mentre quelle anaboliche divergenti, alcune vie sono cicliche.

Le vie anaboliche e cataboliche possono avere in comune composti di partenza o prodotti finali, possono avere molti enzimi in comune ma almeno una delle tappe deve essere catalizzata nella direzione anabolica o catabolica da enzimi diversi che saranno sottoposti a regolazione separata. Perché una via sia irreversibilmente anabolica/catabolica è necessario che in ogni direzione esista almeno una reazione termodinamicamente favorita in un senso e quindi sfavorita nel senso opposto. Inoltre le diverse vie sono segregate in compartimenti cellulari differenti, questo permette di mantenere costanti e controllate le concentrazioni delle diverse specie che prendono parte ad una via e quindi controllare l’esito delle reazioni. Questo si spiega con il fatto che le vie metaboliche sono sotto controllo cinetico da parte delle concentrazioni dei prodotti e dei substrati.

Le vie metaboliche sono regolate a livelli diversi sia dall’interno che dall’esterno della cellula. La più immediata forma di controllo dipende dalla disponibilità del substrato. Quando la concentrazione di substrato intracellulare è minore di Km la velocità della reazione dipende fortemente da lui. Un secondo tipo di regolazione è la regolazione allosterica da parte di intermedi metabolici o di coenzimi che segnalano lo stato metabolico della cellula.

Negli organismi pluricellulari le attività metaboliche di tessuti differenti vengono regolate ed integrate tra di loro mediante molecole quali fattori di crescita ed ormoni che agiscono dall’esterno della cellula.