ANABOLISMO: FUNZIONI, PROCESSI, DIFFERENZE CON IL CATABOLISMO - BIOLOGIA - 2025

L' anabolismo è una divisione del metabolismo che include reazioni di formazione di grandi molecole da quelle più piccole. Perché si verifichi questa serie di reazioni, è necessaria una fonte di energia e, generalmente, è l'ATP (adenosina trifosfato).

L'anabolismo, e il suo catabolismo metabolico inverso, sono raggruppati in una serie di reazioni chiamate vie metaboliche o percorsi orchestrati e regolati principalmente dagli ormoni. Ogni piccolo passo è controllato in modo che avvenga un trasferimento graduale di energia.

Fonte: www.publicdomainpictures.net

I processi anabolici possono assumere le unità di base che costituiscono le biomolecole - amminoacidi, acidi grassi, nucleotidi e monomeri di zucchero - e generare composti più complicati, come proteine, lipidi, acidi nucleici e carboidrati come produttori di energia finale.

Caratteristiche

Il metabolismo è un termine che comprende tutte le reazioni chimiche che si verificano all'interno del corpo. La cellula assomiglia a una fabbrica microscopica in cui avvengono costantemente reazioni di sintesi e degradazione.

I due obiettivi del metabolismo sono: primo, utilizzare l'energia chimica immagazzinata nel cibo e, secondo, sostituire strutture o sostanze che non funzionano più nel corpo. Questi eventi si verificano in base alle esigenze specifiche di ciascun organismo e sono diretti da messaggeri chimici chiamati ormoni.

L'energia proviene principalmente dai grassi e dai carboidrati che consumiamo negli alimenti. In caso di carenza, il corpo può utilizzare le proteine ​​per compensare la carenza.

Inoltre, i processi di rigenerazione sono strettamente legati all'anabolismo. La rigenerazione dei tessuti è una condizione sine qua non per mantenere un corpo sano e funzionare correttamente. L'anabolismo è responsabile della produzione di tutti i composti cellulari che li mantengono funzionanti.

C'è un delicato equilibrio nella cellula tra i processi metabolici. Le molecole di grandi dimensioni possono essere scomposte nei loro componenti più piccoli tramite reazioni cataboliche e il processo inverso, da piccolo a grande, può avvenire attraverso l'anabolismo.

Processi anabolici

L'anabolismo comprende, in modo generale, tutte le reazioni catalizzate dagli enzimi (piccole molecole proteiche che accelerano la velocità delle reazioni chimiche di diversi ordini di grandezza) responsabili della "costruzione" o sintesi dei componenti cellulari.

La panoramica delle vie anaboliche include i seguenti passaggi: Le molecole semplici che partecipano come intermedi al ciclo di Krebs vengono aminate o trasformate chimicamente in amminoacidi. Questi vengono successivamente assemblati in molecole più complesse.

Questi processi richiedono energia chimica, proveniente dal catabolismo. Tra i processi anabolici più importanti ci sono: sintesi degli acidi grassi, sintesi del colesterolo, sintesi degli acidi nucleici (DNA e RNA), sintesi delle proteine, sintesi del glicogeno e sintesi degli amminoacidi.

Il ruolo di queste molecole nell'organismo e le loro vie di sintesi saranno brevemente descritte di seguito:

Sintesi degli acidi grassi

I lipidi sono biomolecole altamente eterogenee in grado di generare una grande quantità di energia quando ossidate, in particolare le molecole di triacilglicerolo.

Gli acidi grassi sono i lipidi archetipici. Sono costituiti da una testa e una coda di idrocarburi. Questi possono essere insaturi o saturi, a seconda che abbiano o meno doppi legami sulla coda.

I lipidi sono i componenti essenziali di tutte le membrane biologiche, oltre a partecipare come sostanza di riserva.

Gli acidi grassi sono sintetizzati nel citoplasma della cellula da una molecola precursore chiamata malonil-CoA, derivata da acetil-CoA e bicarbonato. Questa molecola dona tre atomi di carbonio per avviare la crescita dell'acido grasso.

Dopo la formazione del malonil, la reazione di sintesi prosegue in quattro fasi essenziali:

-La condensazione dell'acetil-ACP con malonil-ACP, una reazione che produce acetoacetil-ACP e rilascia anidride carbonica come sostanza di scarto.

-Il secondo passo è la riduzione dell'acetoacetil-ACP, da NADPH a D-3-idrossibutiril-ACP.

-Si verifica una successiva reazione di disidratazione che converte il prodotto precedente (D-3-idrossibutiril-ACP) in crotonil-ACP.

-Infine, il crotonil-ACP viene ridotto e il prodotto finale è butirril-ACP.

Sintesi del colesterolo

Il colesterolo è uno sterolo con un tipico nucleo di 17 sterani di carbonio. Ha diversi ruoli in fisiologia, poiché funge da precursore di una varietà di molecole come gli acidi biliari, diversi ormoni (compresi quelli sessuali) ed è essenziale per la sintesi della vitamina D.

La sintesi avviene nel citoplasma della cellula, principalmente nelle cellule del fegato. Questa via anabolica ha tre fasi: prima si forma l'unità isoprene, poi si verifica l'assimilazione progressiva delle unità per dare origine allo squalene, questo passa al lanosterolo e infine si ottiene il colesterolo.

L'attività degli enzimi in questa via è regolata principalmente dal rapporto relativo degli ormoni insulina: glucagone. All'aumentare di questo rapporto, l'attività del percorso aumenta proporzionalmente.

Sintesi nucleotidica

Gli acidi nucleici sono DNA e RNA, il primo contiene tutte le informazioni necessarie per lo sviluppo e il mantenimento degli organismi viventi, mentre il secondo completa le funzioni del DNA.

Sia il DNA che l'RNA sono composti da lunghe catene di polimeri la cui unità fondamentale sono i nucleotidi. I nucleotidi, a loro volta, sono costituiti da uno zucchero, un gruppo fosfato e una base azotata. Il precursore delle purine e delle pirimidine è il ribosio-5-fosfato.

Le purine e le pirimidine sono prodotte nel fegato da precursori come anidride carbonica, glicina, ammoniaca, tra gli altri.

Sintesi degli acidi nucleici

I nucleotidi devono essere uniti in lunghe catene di DNA o RNA per svolgere la loro funzione biologica. Il processo coinvolge una serie di enzimi che catalizzano le reazioni.

L'enzima incaricato di copiare il DNA per generare più molecole di DNA con sequenze identiche è la DNA polimerasi. Questo enzima non può avviare la sintesi de novo, quindi deve partecipare un piccolo pezzo di DNA o RNA chiamato primer, che consente la formazione della catena.

Questo evento richiede la partecipazione di ulteriori enzimi. L'elicasi, ad esempio, aiuta ad aprire la doppia elica del DNA in modo che la polimerasi possa agire e la topoisomerasi sia in grado di modificare la topologia del DNA, sia impigliandolo che districandolo.

Allo stesso modo, l'RNA polimerasi partecipa alla sintesi dell'RNA da una molecola di DNA. A differenza del processo precedente, la sintesi dell'RNA non richiede il primer menzionato.

Sintesi proteica

La sintesi proteica è un evento cruciale in tutti gli organismi viventi. Le proteine ​​svolgono un'ampia varietà di funzioni, come trasportare sostanze o svolgere il ruolo di proteine ​​strutturali.

Secondo il "dogma" centrale della biologia, dopo che il DNA viene copiato nell'RNA messaggero (come descritto nella sezione precedente), viene a sua volta tradotto dai ribosomi in un polimero di amminoacidi. Nell'RNA, ciascuna tripletta (tre nucleotidi) viene interpretata come uno dei venti amminoacidi.

La sintesi avviene nel citoplasma della cellula, dove si trovano i ribosomi. Il processo avviene in quattro fasi: attivazione, inizio, allungamento e terminazione.

L'attivazione consiste nel legame di un particolare amminoacido al corrispondente RNA di trasferimento. L'inizio comporta il legame del ribosoma alla porzione 3 'terminale dell'RNA messaggero, assistito da "fattori di iniziazione".

L'allungamento prevede l'aggiunta di amminoacidi secondo il messaggio dell'RNA. Infine, il processo si interrompe con una sequenza specifica nell'RNA messaggero, chiamata preservativo di terminazione: UAA, UAG o UGA.

Sintesi del glicogeno

Il glicogeno è una molecola composta da unità di glucosio ripetute. Agisce come una sostanza di riserva energetica ed è per lo più abbondante nel fegato e nei muscoli.

La via di sintesi è chiamata glicogenogenesi e richiede la partecipazione dell'enzima glicogeno sintasi, ATP e UTP. Il percorso inizia con la fosforilazione del glucosio in glucosio-6-fosfato e quindi in glucosio-1-fosfato. Il passaggio successivo prevede l'aggiunta di un UDP per produrre UDP-glucosio e fosfato inorganico.

La molecola UDP-glucosio si aggiunge alla catena del glucosio tramite un legame alfa 1-4, rilasciando il nucleotide UDP. Nel caso in cui si verifichino rami, questi sono formati da legami alfa 1-6.

Sintesi di amminoacidi

Gli amminoacidi sono unità che compongono le proteine. In natura esistono 20 tipi, ciascuno con proprietà fisiche e chimiche uniche che determinano le caratteristiche finali della proteina.

Non tutti gli organismi possono sintetizzare tutti i 20 tipi. Ad esempio, gli esseri umani possono sintetizzarne solo 11, i restanti 9 devono essere incorporati nella dieta.

Ogni amminoacido ha il suo percorso. Tuttavia, provengono da molecole precursori come alfa-chetoglutarato, ossalacetato, 3-fosfoglicerato, piruvato, tra gli altri.

Regolazione dell'anabolismo

Come accennato in precedenza, il metabolismo è regolato da sostanze chiamate ormoni, secrete da tessuti specializzati, ghiandolari o epiteliali. Questi funzionano come messaggeri e la loro natura chimica è piuttosto eterogenea.

Ad esempio, l'insulina è un ormone secreto dal pancreas e ha un effetto importante sul metabolismo. Dopo pasti ricchi di carboidrati, l'insulina agisce come stimolante delle vie anaboliche.

Pertanto, l'ormone è responsabile dell'attivazione dei processi che consentono la sintesi di sostanze di stoccaggio come i grassi o il glicogeno.

Ci sono periodi della vita in cui i processi anabolici sono predominanti, come l'infanzia, l'adolescenza, durante la gravidanza o durante l'allenamento focalizzato sulla crescita dei muscoli.

Differenze con il catabolismo

Tutti i processi e le reazioni chimiche che avvengono nel nostro corpo, in particolare all'interno delle nostre cellule, sono conosciuti globalmente come metabolismo. Possiamo crescere, svilupparci, riprodurci e mantenere il calore corporeo grazie a questa serie di eventi altamente controllati.

Sintesi contro degradazione

Il metabolismo prevede l'uso di biomolecole (proteine, carboidrati, lipidi o grassi e acidi nucleici) per mantenere tutte le reazioni essenziali di un sistema vivente.

L'ottenimento di queste molecole proviene dal cibo che mangiamo ogni giorno e il nostro corpo è in grado di "scomporle" in unità più piccole durante il processo di digestione.

Ad esempio, le proteine ​​(che possono provenire dalla carne o dalle uova, per esempio) vengono scomposte nei loro componenti principali: gli amminoacidi. Allo stesso modo, possiamo trasformare i carboidrati in unità più piccole di zucchero, generalmente glucosio, uno dei carboidrati più utilizzati dal nostro corpo.

Il nostro corpo è in grado di utilizzare queste piccole unità - amminoacidi, zuccheri, acidi grassi, tra gli altri - per costruire nuove molecole più grandi nella configurazione di cui il nostro corpo ha bisogno.

Il processo di disintegrazione e di ottenimento di energia è chiamato catabolismo, mentre la formazione di nuove molecole più complesse è l'anabolismo. Pertanto, i processi di sintesi sono associati all'anabolismo e ai processi di degradazione con il catabolismo.

Come regola mnemonica possiamo usare la "c" nella parola catabolismo e metterla in relazione con la parola "tagliare".

Uso dell'energia

I processi anabolici richiedono energia, mentre i processi di degradazione producono questa energia, principalmente sotto forma di ATP, nota come la valuta energetica della cellula.

Questa energia proviene da processi catabolici. Immaginiamo di avere un mazzo di carte, se abbiamo tutte le carte impilate ordinatamente e le gettiamo a terra lo fanno spontaneamente (analogo al catabolismo).

Tuttavia, nel caso in cui desideriamo ordinarli di nuovo, dobbiamo applicare energia al sistema e raccoglierli da terra (analogo all'anabolismo).

In alcuni casi, le vie cataboliche necessitano di una "iniezione di energia" nei loro primi passi per avviare il processo. Ad esempio, la glicolisi o la glicolisi è la scomposizione del glucosio. Questo percorso richiede l'uso di due molecole di ATP per iniziare.

Equilibrio tra anabolismo e catabolismo

Per mantenere un metabolismo sano e adeguato è necessario che ci sia un equilibrio tra i processi di anabolismo e catabolismo. Nel caso in cui i processi di anabolismo superino quelli di catabolismo, gli eventi di sintesi sono quelli che prevalgono. Al contrario, quando il corpo riceve più energia del necessario, predominano le vie cataboliche.

Quando il corpo sperimenta delle avversità, chiamate malattia o periodi di digiuno prolungato, il metabolismo si concentra sulle vie di degrado e va in uno stato catabolico.

Fonte: di Alejandro Porto, da Wikimedia Commons

Riferimenti

1. Chan, YK, Ng, KP e Sim, DSM (a cura di). (2015). Base farmacologica della cura acuta. Springer International Publishing.
2. Curtis, H. e Barnes, NS (1994). Invito alla biologia. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … e Matsudaira, P. (2008). Biologia cellulare molecolare. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). L'enciclopedia della nutrizione e della buona salute. Pubblicazione di Infobase.
5. Voet, D., Voet, J. e Pratt, CW (2007). Fondamenti di biochimica: la vita a livello molecolare. Ed. Medica panamericana