VIE METABOLICHE: TIPOLOGIE E VIE PRINCIPALI - BIOLOGIA - 2025

Una via metabolica è un insieme di reazioni chimiche, catalizzate da enzimi. In questo processo, una molecola X viene trasformata in una molecola Y, tramite metaboliti intermedi. Le vie metaboliche si svolgono nell'ambiente cellulare.

Al di fuori della cellula, queste reazioni richiederebbero troppo tempo e alcune potrebbero non verificarsi. Pertanto, ogni passaggio richiede la presenza di proteine ​​catalitiche chiamate enzimi. Il ruolo di queste molecole è quello di accelerare la velocità di ciascuna reazione all'interno del percorso di diversi ordini di grandezza.

Principali vie metaboliche
Fonte: Chakazul (talk · contribs), via Wikimedia Commons.

Fisiologicamente, le vie metaboliche sono collegate tra loro. Cioè, non sono isolati all'interno della cellula. Molte delle vie più importanti condividono i metaboliti in comune.

Di conseguenza, l'insieme di tutte le reazioni chimiche che si verificano nelle cellule è chiamato metabolismo. Ogni cellula è caratterizzata dall'esibizione di una prestazione metabolica specifica, che è definita dal contenuto di enzimi al suo interno, che a sua volta è determinato geneticamente.

Caratteristiche generali delle vie metaboliche

All'interno dell'ambiente cellulare, si verifica un gran numero di reazioni chimiche. L'insieme di queste reazioni è il metabolismo e la funzione principale di questo processo è mantenere l'omeostasi del corpo in condizioni normali e anche in condizioni di stress.

Pertanto, deve esserci un equilibrio dei flussi di questi metaboliti. Tra le principali caratteristiche delle vie metaboliche abbiamo le seguenti:

Le reazioni sono catalizzate dagli enzimi

Reazione catalizzata dagli enzimi cicloossigenasi (Fonte: Pancrat tramite Wikimedia Commons)

I protagonisti delle vie metaboliche sono gli enzimi. Hanno il compito di integrare e analizzare le informazioni sullo stato metabolico e sono in grado di modulare la loro attività in base alle esigenze cellulari del momento.

Il metabolismo è regolato dagli ormoni

Il metabolismo è diretto da una serie di ormoni, in grado di coordinare le reazioni metaboliche, considerando le esigenze e le prestazioni dell'organismo.

Compartimentalizzazione

Esiste una compartimentazione delle vie metaboliche. Cioè, ogni percorso si svolge in uno specifico compartimento subcellulare, chiamalo citoplasma, mitocondri, tra gli altri. Altri percorsi possono verificarsi in più compartimenti contemporaneamente.

La compartimentalizzazione delle vie aiuta nella regolazione delle vie anaboliche e cataboliche (vedi sotto).

Coordinamento del flusso metabolico

Il coordinamento del metabolismo si ottiene attraverso la stabilità dell'attività degli enzimi coinvolti. Va notato che le vie anaboliche e le loro controparti cataboliche non sono totalmente indipendenti. Al contrario, sono coordinati.

Ci sono punti enzimatici chiave all'interno delle vie metaboliche. Con la velocità di conversione di questi enzimi, l'intero flusso del percorso viene regolato.

Tipi di vie metaboliche

In biochimica si distinguono tre tipi principali di vie metaboliche. Questa divisione viene effettuata seguendo criteri bioenergetici: vie cataboliche, anaboliche e degli anfiboli.

Vie cataboliche

Le vie cataboliche comprendono reazioni di degradazione ossidativa. Vengono svolte in modo da ottenere energia e potenza riducente, che verranno poi utilizzate dalla cellula in altre reazioni.

La maggior parte delle molecole organiche non sono sintetizzate dal corpo. Al contrario, dobbiamo consumarlo attraverso il cibo. Nelle reazioni cataboliche, queste molecole vengono degradate nei monomeri che le compongono, che possono essere utilizzati dalle cellule.

Vie anaboliche

Le vie anaboliche comprendono le reazioni chimiche di sintesi, prendendo molecole piccole e semplici e trasformandole in elementi più grandi e complessi.

Affinché queste reazioni abbiano luogo, l'energia deve essere disponibile. Da dove viene questa energia? Dalle vie cataboliche, principalmente sotto forma di ATP.

In questo modo, i metaboliti prodotti dalle vie cataboliche (che sono globalmente chiamate "pool di metaboliti") possono essere utilizzati nelle vie anaboliche al fine di sintetizzare le molecole più complesse di cui l'organismo ha bisogno al momento.

Tra questo pool di metaboliti, ci sono tre molecole chiave del processo: piruvato, acetil coenzima A e glicerolo. Questi metaboliti sono responsabili del collegamento del metabolismo di diverse biomolecole, come lipidi, carboidrati, tra gli altri.

Percorsi anfibi

Una via dell'anfibolo funziona come una via anabolica o catabolica. Cioè, è un percorso misto.

Il percorso degli anfiboli più conosciuto è il ciclo di Krebs. Questa via ha un ruolo fondamentale nella degradazione di carboidrati, lipidi e amminoacidi. Tuttavia, partecipa anche alla produzione dei precursori per percorsi sintetici.

Ad esempio, i metaboliti del ciclo di Krebs sono i precursori della metà degli amminoacidi utilizzati per costruire le proteine.

Principali vie metaboliche

In tutte le cellule che fanno parte degli esseri viventi, vengono eseguite una serie di vie metaboliche. Alcuni di questi sono condivisi dalla maggior parte degli organismi.

Queste vie metaboliche includono la sintesi, la degradazione e la conversione di metaboliti critici per la vita. L'intero processo è noto come metabolismo intermedio.

Le cellule necessitano permanentemente di composti organici e inorganici, e anche di energia chimica, che si ottiene principalmente dalla molecola di ATP.

L'ATP (adenosina trifosfato) è la forma più importante di accumulo di energia in tutte le cellule. E i guadagni energetici e gli investimenti delle vie metaboliche sono spesso espressi in termini di molecole di ATP.

Di seguito verranno discussi i percorsi più importanti presenti nella stragrande maggioranza degli organismi viventi.

Glicolisi o glicolisi

Figura 1: glicolisi vs gluconeogenesi. Reazioni ed enzimi coinvolti.

La glicolisi è una via che comporta la degradazione del glucosio fino a due molecole di acido piruvico, ottenendo come guadagno netto due molecole di ATP. È presente praticamente in tutti gli organismi viventi ed è considerato un modo veloce per ottenere energia.

In generale, di solito è diviso in due fasi. Il primo prevede il passaggio della molecola di glucosio in due molecole di gliceraldeide, invertendo due molecole di ATP. Nella seconda fase vengono generati composti ad alta energia e si ottengono 4 molecole di ATP e 2 molecole di piruvato come prodotti finali.

Il percorso può proseguire in due modi diversi. Se c'è ossigeno, le molecole finiranno la loro ossidazione nella catena respiratoria. Oppure, in assenza di ciò, avviene la fermentazione.

Gluconeogenesi

AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

La gluconeogenesi è una via per la sintesi del glucosio, a partire dagli amminoacidi (ad eccezione di leucina e lisina), lattato, glicerolo o uno qualsiasi degli intermedi del ciclo di Krebs.

Il glucosio è un substrato essenziale per alcuni tessuti, come il cervello, i globuli rossi e i muscoli. L'apporto di glucosio può essere ottenuto attraverso le riserve di glicogeno.

Tuttavia, quando questi sono esauriti, il corpo deve iniziare la sintesi del glucosio per soddisfare le richieste dei tessuti, principalmente il tessuto nervoso.

Questa via si verifica principalmente nel fegato. È fondamentale poiché, in situazioni di digiuno, il corpo può continuare ad ottenere glucosio.

L'attivazione o meno della via è legata all'alimentazione dell'organismo. Gli animali che consumano diete ad alto contenuto di carboidrati hanno bassi tassi di gluconeogenica, mentre le diete a basso contenuto di glucosio richiedono una significativa attività gluconeogenica.

Ciclo gliossilato

Tratto e modificato da: l'uploader originale era Adenosine su Wikipedia in inglese. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Questo ciclo è unico per le piante e alcuni tipi di batteri. Questo percorso realizza la trasformazione di unità acetiliche a due atomi di carbonio in unità a quattro atomi di carbonio, note come succinato. Quest'ultimo composto può produrre energia e può essere utilizzato anche per la sintesi del glucosio.

Negli esseri umani, ad esempio, sarebbe impossibile sopravvivere con l'acetato da solo. Nel nostro metabolismo, l'acetil coenzima A non può essere convertito in piruvato, che è un precursore della via gluconeogenica, perché la reazione dell'enzima piruvato deidrogenasi è irreversibile.

La logica biochimica del ciclo è simile a quella del ciclo dell'acido citrico, ad eccezione delle due fasi di decarbossilazione. Si trova in organelli molto specifici di piante chiamate gliossisomi ed è particolarmente importante nei semi di alcune piante come i girasoli.

ciclo di Krebs

Ciclo dell'acido tricarbossilico (ciclo di Krebs). Tratto e modificato da: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (tradotto in spagnolo da Alejandro Porto).

È una delle rotte considerate centrali nel metabolismo degli esseri organici, poiché unifica il metabolismo delle molecole più importanti, comprese proteine, grassi e carboidrati.

È un componente della respirazione cellulare e mira a rilasciare l'energia immagazzinata nella molecola di acetil coenzima A, il principale precursore del ciclo di Krebs. È composto da dieci fasi enzimatiche e, come abbiamo detto, il ciclo funziona sia in vie anaboliche che cataboliche.

Negli organismi eucarioti, il ciclo si svolge nella matrice dei mitocondri. Nei procarioti - che mancano di veri compartimenti subcellulari - il ciclo si svolge nella regione citoplasmatica.

Catena di trasporto degli elettroni

Utente: Rozzychan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

La catena di trasporto degli elettroni è costituita da una serie di trasportatori ancorati in una membrana. La catena mira a generare energia sotto forma di ATP.

Le catene sono in grado di creare un gradiente elettrochimico grazie al flusso di elettroni, processo cruciale per la sintesi di energia.

Sintesi degli acidi grassi

Gli acidi grassi sono molecole che svolgono un ruolo molto importante nelle cellule, si trovano principalmente come componenti strutturali di tutte le membrane biologiche. Per questo motivo la sintesi degli acidi grassi è fondamentale.

L'intero processo di sintesi avviene nel citosol della cellula. La molecola centrale del processo è chiamata malonil coenzima A. È responsabile della fornitura degli atomi che formeranno lo scheletro di carbonio dell'acido grasso in formazione.

Beta ossidazione degli acidi grassi

La beta ossidazione è un processo di degradazione degli acidi grassi. Ciò si ottiene attraverso quattro fasi: ossidazione FAD, idratazione, ossidazione NAD + e tiolisi. In precedenza, l'acido grasso necessitava di essere attivato dall'integrazione del coenzima A.

Il prodotto delle reazioni citate sono unità formate da una coppia di atomi di carbonio sotto forma di acetil coenzima A. Questa molecola può entrare nel ciclo di Krebs.

L'efficienza energetica di questo percorso dipende dalla lunghezza della catena degli acidi grassi. Per l'acido palmitico, ad esempio, che ha 16 atomi di carbonio, la resa netta è di 106 molecole di ATP.

Questo percorso si svolge nei mitocondri degli eucarioti. C'è anche un'altra via alternativa in un compartimento chiamato perossisoma.

Poiché la maggior parte degli acidi grassi si trova nel citosol cellulare, devono essere trasportati nel compartimento dove verranno ossidati. Il trasporto dipende dalla cartinitan e consente a queste molecole di entrare nei mitocondri.

Metabolismo dei nucleotidi

La sintesi dei nucleotidi è un evento chiave nel metabolismo cellulare, poiché questi sono i precursori delle molecole che fanno parte del materiale genetico, DNA e RNA, e di importanti molecole energetiche, come ATP e GTP.

I precursori della sintesi nucleotidica includono diversi amminoacidi, ribosio 5 fosfato, anidride carbonica e NH ₃ . Le vie di recupero sono responsabili del riciclaggio delle basi libere e dei nucleosidi rilasciati dalla degradazione degli acidi nucleici.

La formazione dell'anello purinico avviene dal ribosio 5 fosfato, diventa un nucleo purinico e infine si ottiene il nucleotide.

L'anello pirimidinico è sintetizzato come acido orotico. Seguito dal legame al ribosio 5 fosfato, viene trasformato in nucleotidi pirimidinici.

Fermentazione

L'autore della versione originale è User: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Le fermentazioni sono processi metabolici indipendenti dall'ossigeno. Sono di tipo catabolico e il prodotto finale del processo è un metabolita che ha ancora potenziale ossidativo. Esistono diversi tipi di fermentazioni, ma la fermentazione lattica avviene nel nostro corpo.

La fermentazione lattica avviene nel citoplasma cellulare. Consiste nella parziale degradazione del glucosio per ottenere energia metabolica. Come sostanza di scarto, viene prodotto acido lattico.

Dopo un'intensa sessione di esercizi anaerobici, il muscolo non è con adeguate concentrazioni di ossigeno e si verifica la fermentazione lattica.

Alcune cellule del corpo sono costrette a fermentare, poiché mancano di mitocondri, come nel caso dei globuli rossi.

Nell'industria, i processi di fermentazione vengono utilizzati con un'alta frequenza per produrre una serie di prodotti per il consumo umano, come pane, bevande alcoliche, yogurt, tra gli altri.

Riferimenti

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