ENERGIA METABOLICA: TIPOLOGIE, FONTI E TRASFORMAZIONE - BIOLOGIA - 2025

L' energia metabolica è l'energia che tutti gli esseri viventi ottengono dall'energia chimica contenuta nel cibo (o nutrienti). Questa energia è fondamentalmente la stessa per tutte le cellule; tuttavia, il modo per ottenerlo è molto vario.

Il cibo è costituito da una serie di biomolecole di vario tipo, che hanno accumulato energia chimica nei loro legami. In questo modo, gli organismi possono sfruttare l'energia immagazzinata nel cibo e quindi utilizzare questa energia in altri processi metabolici.

Tutti gli organismi viventi hanno bisogno di energia per crescere e riprodursi, mantenere le loro strutture e rispondere all'ambiente. Il metabolismo comprende i processi chimici che sostengono la vita e che consentono agli organismi di trasformare l'energia chimica in energia utile per le cellule.

Negli animali, il metabolismo scompone i carboidrati, i lipidi, le proteine ​​e gli acidi nucleici per fornire energia chimica. Le piante, da parte loro, convertono l'energia luminosa del Sole in energia chimica per sintetizzare altre molecole; lo fanno durante il processo di fotosintesi.

Tipi di reazioni metaboliche

Il metabolismo comprende diversi tipi di reazioni che possono essere raggruppate in due grandi categorie: le reazioni di degradazione di molecole organiche e le reazioni di sintesi di altre biomolecole.

Le reazioni di degradazione metabolica costituiscono il catabolismo cellulare (o reazioni cataboliche). Questi comportano l'ossidazione di molecole ricche di energia, come il glucosio e altri zuccheri (carboidrati). Poiché queste reazioni rilasciano energia, sono chiamate esergoniche.

Al contrario, le reazioni di sintesi costituiscono l'anabolismo cellulare (o reazioni anaboliche). Eseguono processi di riduzione delle molecole per formarne altre ricche di energia immagazzinata, come il glicogeno. Poiché queste reazioni consumano energia, sono chiamate endergoniche.

Fonti di energia metabolica

Le principali fonti di energia metabolica sono le molecole di glucosio e gli acidi grassi. Questi costituiscono un gruppo di biomolecole che possono essere rapidamente ossidate per produrre energia.

Le molecole di glucosio provengono principalmente dai carboidrati ingeriti nella dieta, come riso, pane, pasta, tra gli altri derivati ​​di verdure ricche di amido. Quando c'è poco glucosio nel sangue, può anche essere ottenuto da molecole di glicogeno immagazzinate nel fegato.

Durante il digiuno prolungato, o in processi che richiedono un ulteriore dispendio di energia, è necessario ottenere questa energia dagli acidi grassi che vengono mobilitati dal tessuto adiposo.

Questi acidi grassi subiscono una serie di reazioni metaboliche che li attivano e ne consentono il trasporto all'interno dei mitocondri dove verranno ossidati. Questo processo è chiamato β-ossidazione degli acidi grassi e fornisce fino all'80% di energia aggiuntiva in queste condizioni.

Proteine ​​e grassi sono l'ultima riserva per sintetizzare nuove molecole di glucosio, in particolare nei casi di digiuno estremo. Questa reazione è di tipo anabolico ed è nota come gluconeogenesi.

Processo di trasformazione dell'energia chimica in energia metabolica

Le molecole alimentari complesse come zuccheri, grassi e proteine ​​sono ricche fonti di energia per le cellule, perché gran parte dell'energia utilizzata per produrre queste molecole viene letteralmente immagazzinata all'interno dei legami chimici che le tengono insieme.

Gli scienziati possono misurare la quantità di energia immagazzinata nel cibo utilizzando un dispositivo chiamato calorimetro a bomba. Con questa tecnica, il cibo viene posto all'interno del calorimetro e riscaldato fino a quando non brucia. Il calore in eccesso rilasciato dalla reazione è direttamente proporzionale alla quantità di energia contenuta nel cibo.

La realtà è che le cellule non funzionano come calorimetri. Invece di bruciare energia in un'unica grande reazione, le cellule rilasciano lentamente l'energia immagazzinata nelle loro molecole di cibo attraverso una serie di reazioni di ossidazione.

Ossidazione

L'ossidazione descrive un tipo di reazione chimica in cui gli elettroni vengono trasferiti da una molecola all'altra, modificando la composizione e il contenuto energetico delle molecole donatrici e accettori. Le molecole nel cibo agiscono come donatori di elettroni.

Durante ogni reazione di ossidazione coinvolta nella decomposizione del cibo, il prodotto della reazione ha un contenuto energetico inferiore rispetto alla molecola donatrice che lo ha preceduto nel percorso.

Allo stesso tempo, le molecole accettori di elettroni catturano parte dell'energia che viene persa dalla molecola alimentare durante ogni reazione di ossidazione e la immagazzinano per un uso successivo.

Alla fine, quando gli atomi di carbonio in una molecola organica complessa sono completamente ossidati (alla fine della catena di reazione) vengono rilasciati come anidride carbonica.

Le cellule non utilizzano l'energia delle reazioni di ossidazione non appena viene rilasciata. Quello che succede è che lo convertono in piccole molecole ricche di energia, come ATP e NADH, che possono essere utilizzate in tutta la cellula per stimolare il metabolismo e costruire nuovi componenti cellulari.

Potenza in standby

Quando l'energia è abbondante, le cellule eucariotiche creano molecole più grandi e ricche di energia per immagazzinare questa energia in eccesso.

Gli zuccheri e i grassi risultanti sono trattenuti in depositi all'interno delle cellule, alcune delle quali sono abbastanza grandi da essere visibili alle micrografie elettroniche.

Le cellule animali possono anche sintetizzare polimeri ramificati di glucosio (glicogeno), che a loro volta si aggregano in particelle che possono essere osservate mediante microscopia elettronica. Una cellula può mobilitare rapidamente queste particelle ogni volta che ha bisogno di energia veloce.

Tuttavia, in circostanze normali gli esseri umani immagazzinano abbastanza glicogeno per fornire energia per una giornata. Le cellule vegetali non producono glicogeno, ma producono invece diversi polimeri di glucosio noti come amidi, che vengono immagazzinati in granuli.

Inoltre, sia le cellule vegetali che quelle animali risparmiano energia deviando il glucosio nelle vie di sintesi dei grassi. Un grammo di grasso contiene quasi sei volte l'energia della stessa quantità di glicogeno, ma l'energia dei grassi è meno disponibile di quella del glicogeno.

Tuttavia, ogni meccanismo di accumulo è importante perché le cellule necessitano di riserve di energia sia a breve che a lungo termine.

I grassi sono immagazzinati in goccioline nel citoplasma delle cellule. Gli esseri umani generalmente immagazzinano abbastanza grasso per alimentare le loro cellule per diverse settimane.

Riferimenti

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