Compartimentazione del citoplasma degli eucarioti e le vie metaboliche

Appunti del corso di biochimica: la compartimentazione del citoplasma degli eucarioti e le vie metaboliche

Le vie metaboliche hanno luogo in precise localizzazioni cellulari. La struttura a compartimenti del citoplasma degli eucarioti consente a diverse vie metaboliche di agire in localizzazioni diverse. Elenchiamo i principali compartimenti e le reazioni che vi hanno luogo:

Principali compartimenti cellulari e loro funzioni

• Mitocondri: Avviene la fosforilazione ossidativa.
• Citosol: Hanno luogo la glicolisi (una via di degradazione dei carboidrati) e la biosintesi degli acidi grassi.
• Reticolo endoplasmatico ruvido: È sede della sintesi di proteine legate alla membrana e di proteine secreterorie.
• Reticolo endoplasmatico liscio: Avviene la biosintesi dei lipidi e degli steroidi.
• Apparato di Golgi: Si ha la modifica post-traduzionale di proteine di membrana e proteine secreterorie; la formazione della membrana plasmatica e di vescicole secreterorie.
• Nucleo: Avviene la replicazione del DNA e sua trascrizione, l'elaborazione dell'RNA.
• Perossisomi (gliossisomi nelle piante): Avvengono le reazioni ossidative catalizzate da amminoacido ossidasi e catalasi; avvengono le reazioni del ciclo del gliossilato nelle piante.
• Lisosomi: Sede della digestione enzimatica di componenti cellulari e di materiale ingerito.

Processi degradativi e biosintetici

I processi degradativi e biosintetici possono avvenire in compartimenti specializzati della cellula, oppure possono coinvolgere più compartimenti. Nei procarioti, che sono privi di organelli, i processi metabolici possono essere confinati in aree particolari del citosol.

Nelle cellule eucariotiche, i compartimenti sono delimitati da membrane e, di conseguenza, la sintesi di metaboliti richiede, per queste sostanze, la collaborazione di meccanismi di trasporto da un compartimento all'altro. Per questo motivo, le proteine di trasporto sono componenti essenziali di molti processi metabolici. Per trasferire, ad esempio, l'ATP sintetizzato nei mitocondri nel citosol, dove è consumato in maggiore quantità, è necessaria una proteina di trasporto.

Organismi pluricellulari e specializzazione dei tessuti

Quando passiamo agli organismi pluricellulari la compartimentazione raggiunge un gradino più elevato a livello di tessuti e organi. Si instaura un'interdipendenza tra le funzioni metaboliche dei vari organi. Il fegato dei mammiferi, per esempio, è il principale responsabile della sintesi di glucosio a partire da precursori non glucidici in modo da mantenere nel circolo sanguigno un livello di glucosio relativamente costante; il tessuto adiposo è invece specializzato nel costruire riserve di triacilgliceroli.

A testimonianza della specializzazione dei tessuti e dei compartimenti subcellulari possiamo citare l'esistenza degli isoenzimi, ovvero enzimi che catalizzano la stessa reazione ma codificati da geni diversi. Sono enzimi che presentano proprietà differenti sia di tipo cinetico che regolatorio. Altro enzima presente in isoforme nei mammiferi è l'enzima glicogeno fosforilasi situato nel muscolo, nel sistema nervoso centrale e nel fegato; in maniera analoga, nei vertebrati...