Introduzione al metabolismo

METABOLISMO CELLULARE

METABOLISMO CELLULARE

Il METABOLISMO, che comprende la totalità dei processi attraverso i

quali gli esseri viventi ricavano e utilizzano energia libera per svolgere le

loro molteplici funzioni, è tradizionalmente diviso in due parti:

1. il CATABOLISMO, o degradazione, in cui il materiale nutriente e i

costituenti cellulari vengono degradati per recuperare i loro

componenti e/o per produrre energia;

2. l’ANABOLISMO, o biosintesi, in cui le biomolecole vengono

sintetizzate a partire da componenti più semplici.

In generale le reazioni

cataboliche si svolgono con

l’ossidazione esoergonica delle

molecole nutrienti. L’energia

libera che viene rilasciata è

utilizzata per portare avanti i

processi endoergonici, come le

reazioni anaboliche, lo

svolgimento del lavoro meccanico

e il trasporto attivo di molecole

contro un gradiente di

concentrazione.

I processi eso- ed

endoergonici sono spesso +

accoppiati mediante la sintesi

VIE METABOLICHE

Le vie metaboliche sono costituite da una serie di reazioni enzimatiche

interconnesse che producono prodotti specifici. Molte sono ramificate e

interconnesse.

I reagenti, gli intermedi ed i prodotti di queste vie metaboliche vanno

sotto il nome di metaboliti.

In una cellula, i diversi tipi di enzimi e di metaboliti variano a

seconda dell’organismo, del tipo cellulare, dello stato nutrizionale e dello

Nelle vie cataboliche,

stadio di sviluppo.

metaboliti complessi vengono

demoliti con produzione di

energia in prodotti più semplici,

in molti casi un’unità di acetile

a due atomi di carbonio legata

al coenzima A a formare acetil-

coenzima A (acetil-CoA).

L’energia libera rilasciata

durante questo processo

degradativo viene conservata

mediante la sintesi di ATP a

partire da ADP + P o attraverso

i

L’ATP e il NADPH costituiscono le principali fonti di energia libera per le

la riduzione del coenzima

reazioni anaboliche.

NADP a NADPH.

+ VIE METABOLICHE

Una caratteristica del metabolismo degradativo è che le vie

per il catabolismo di un gran numero di sostanze (carboidrati,

lipidi e proteine) convergono verso la sintesi di pochi intermedi

comuni, che vengono successivamente metabolizzati in una via

ossidativa centrale.

VIE METABOLICHE

La compartimentalizzazione del citoplasma negli eucarioti consente

a diverse vie metaboliche di operare in localizzazioni differenti. Per es., la

fosforilazione ossidativa avviene nei mitocondri, mentre la glicolisi e

la biosintesi degli acidi grassi avvengono nel citoplasma.

Nelle cellule

eucariotiche la sintesi

dei metaboliti in

specifici compartimenti

legati alla membrana

ha bisogno di

meccanismi per

trasportare queste

sostanze attraverso i

vari compartimenti. Di

conseguenza, le

proteine di trasporto

sono componenti

essenziali di molti

processi metabolici.

VIE METABOLICHE

Negli organismi multicellulari la compartimentazione viene

promossa da una tappa ulteriore, a livello di tessuti ed organi:

• fegato dei mammiferi → sintesi di glucosio a partire da

precursori non glucidici (gluconeogenesi);

• tessuto adiposo → deposito dei triacilgliceroli.

Una manifestazione di specializzazione dei tessuti e dei

compartimenti subcellulari è l’esistenza degli isoenzimi.

CONVENZIO

NALE

NUOVA

ATIPICA STRUTTURA DEGLI ISOENZIMI DELLA

PROTEINA KINASI C

CONSIDERAZIONI TERMODINAMICHE

La ΔG di un processo biochimico come la reazione:

A + B ⇆ C + D

è in relazione con la ΔG e con la concentrazione dei reagenti:

0  

[

C ][ D ]

0  

 

 

G G RT ln  

[ A

][ B ]

 

Tuttavia, quando i reagenti sono presenti a concentrazioni

vicine ai valori caratteristici della situazione all’equilibrio, [C]

[D]/[A][B]=K , e ΔG≈0. Questo è il caso di molte reazioni

eq

metaboliche, che sono dette “reazioni vicine all’equilibrio”. Poiché i

valori di ΔG sono vicini a 0, è possibile cambiare facilmente la

direzione della reazione modificando il rapporto dei prodotti

rispetto ai reagenti. Quando i reagenti sono in eccesso rispetto

alle loro concentrazioni all’equilibrio, la reazione netta

procede in direzione della reazione diretta fino a quan