Wikipedia

Metabolismo

complesso delle reazioni chimiche e fisiche che avvengono in un organismo o in una sua parte
Versione del 20 ago 2015 alle 17:34 di Adert (discussione | contributi) (+Principali composti biochimici (da en.wiki))
Questa voce o sezione sull'argomento fisiologia non cita le fonti necessarie o quelle presenti sono insufficienti.
Puoi migliorare questa voce aggiungendo citazioni da fonti attendibili secondo le linee guida sull'uso delle fonti.

In biologia il metabolismo (dal greco μεταβολή = "cambiamento"), è l'insieme delle trasformazioni chimiche dedicate al sostegno vitale all'interno delle cellule degli organismi viventi. Queste reazioni catalizzate da enzimi consentono agli organismi di crescere e riprodursi, mantere le proprie strutture e rispondere alle sollecitazioni dell'ambiente circostante. La parola "metabolismo" può anche riferirsi a tutte quelle le reazioni chimiche che avvengono negli organismi viventi, incluse la digestione e il trasporto di sostanze all'interno delle cellule e tra celle differenti, nel qual caso la serie di reazioni che avvengono all'interno delle cellule prende il nome di metabolismo intermedio.

Struttura dell'adenosina trifosfato (ATP), un intermedio fondamentale per il metabolismo.

Il metabolismo è generalmente diviso in due categorie: catabolismo, che disgrega la materia organica e produce l'energia attraverso la respirazione cellulare e l'anabolismo che utilizza l'energia per costruire i vari componenti delle cellule, come le proteine ​​e gli acidi nucleici.

Le reazioni chimiche del metabolismo sono organizzate in vie metaboliche, in cui una sostanza chimica subisce un processo di trasformazione attraverso una serie di passi in un'altra sostanza, grazie ad una serie di enzimi. Gli enzimi sono fondamentali per il metabolismo poiché permettono agli organismi di compiere le reazioni chimiche volute, che necessitano di un quantitativo di energia che non permetterebbe che siano eseguite spotaneamente. Gli enzimi agiscono come catalizzatori consentendo alle reazioni di procedere più rapidamente. Essi permettono anche la regolazione delle vie metaboliche in risposta ai cambiamenti nel contesto della cellula o ai segnali provenienti da altre cellule.

Il sistema metabolico di un particolare organismo determina quali sostanze rappresenteranno per lui un nutrimento e quali un veleno. Ad esempio, alcuni procarioti utilizzano solfuro di idrogeno come nutriente che, tuttavia, è tossico per altri animali.[1]

Una caratteristica peculiare del metabolismo è la somiglianza dei componenti e delle vie metaboliche di base tra le specie viventi, anche molto diversi tra di loro.[2] Per esempio, l'insieme di acidi carbossilici che sono conosciuti come gli intermedi del ciclo dell'acido citrico sono presenti in tutti gli organismi noti, essendo stati riscontrati in specie diverse come il batterio unicellulare Escherichia coli e nei grandi organismi multicellulari come gli elefanti.[2] Queste somiglianze suggeriscono che le vie metaboliche siano probabilmente apparse agli in inizi della storia evolutiva e si sono conservati per via della loro efficacia.[3][4]

Principali composti biochimici

La maggior parte delle strutture che compongono gli animali, le piante e i microbi sono realizzate grazie atre classi molecolari di base: aminoacidi, carboidrati e lipidi (spesso chiamato grassi). Poiché queste molecole sono essenziali per la vita, la maggior parte delle reazioni metaboliche si concentra sulla sintesi di queste molecole che serviranno per la costruzione delle cellule e dei tessuti. Queste molecole biochimiche possono essere unite per formare polimeri, quali DNA e proteine, macromolecole essenziali della vita.

Tipo di molecola Nome della forma monomerica Nome della forma polimerica Esempi di forme polimeriche
Aminoacido Aminoacidi Proteine (chiamate anche polipeptidi) Proteine fibrose, Proteine globulari
Carboidrati Monosaccaridi Polisaccaridi Starch, glycogen and cellulose
Acidi nucleici Nucleotide Polinucleotide DNA e RNA

Aminoacidi e proteine

Le proteine ​​sono composte da amminoacidi disposti in una catena lineare unita da legami peptidici. Molte proteine ​​sono enzimi che catalizzano le reazioni chimiche proprie del metabolismo. Altre proteine ​​hanno funzioni strutturali o meccaniche, come quelle che formano il citoscheletro, un sistema strutturale che mantiene la forma della cellula.[5] Le proteine ​​sono anche importanti anche nella segnalazione cellulare, nella risposta immunitaria, adesione cellulare, trasporto attivo attraverso le membrane e il ciclo cellulare.[6]

Gli amminoacidi contribuiscono al metabolismo energetico cellulare fornendo una fonte di carbonio per l'ingresso nel ciclo dell'acido citrico (ciclo degli acidi tricarbossilici),[7] specialmente quando una fonte primaria di energia, come il glucosio, risulta scarsa o quando le cellule subiscono uno stress metabolico.[8]

Lipidi

I lipidi sono il gruppo più eterogeneo di sostanze biochimiche. La loro principale funzione è di tipo strutturale andando a formare parte delle membrane biologiche sia interne che esterne, come la membrana cellulare, oppure possono essere utilizzati come fonte di energia.[6] I lipidi sono generalmente definiti come molecole biologiche idrofobe o anfipatiche ma si dissolvono in solventi organici quali benzene o cloroformio.[9] I grassi sono un grande gruppo di composti che contengono acidi grassi e glicerolo; una molecola di glicerolo collegato a tre esteri di acidi grassi è chiamato trigliceride.[10] Esistono diverse varianti di questa struttura di base, tra cui dorsali alternative come la sfingosina negli sfingolipidi e gruppi idrofili come il fosfato nei fosfolipidi. Steroidi come il colesterolo rappresentano un'altra grande classe di lipidi.[11]

Carboidrati

I carboidrati sono aldeidi o chetoni, con molti gruppi idrossile collegati, che possono esistere sia come catene lineari o ad anello. I carboidrati le molecole biologiche poù importanti e assecondano a numerosi ruoli, ad esempio la conservazione e il trasporto dell'energia (amido, glicogeno) e la sintesi di componenti strutturali (cellulosa nelle piante, chitina negli animali).[6] Le unità di base dei carboidrati sono chiamati monosaccaridi e includono il galattosio, il fruttosio e soprattutto il glucosio. I monosaccaridi possono essere collegati insieme per formare i polisaccaridi in modi diversi quasi illimitati.[12]

Nucleotidi

I due acidi nucleici, il DNA e l'RNA, sono polimeri di nucleotidi. Ogni nucleotide è composto da un fosfato collegato a un gruppo zuccherino di ribosio o desossiribosio che è a sua volta collegato ad una base azotata. Gli acidi nucleici sono fondamentali per la conservazione e l'uso delle informazioni genetiche e la sua interpretazione attraverso i processi di trascrizione e biosintesi delle proteine.[6] Queste informazioni sono protette da meccanismi di riparazione del DNA e propagatd attraverso la replicazione del DNA. Molti virus hanno un genoma di RNA, come l'HIV, che utilizza la trascrizione inversa per creare uno stampo di DNA dal proprio genoma virale RNA.[13] L'RNA contenuto nei ribozimi, come spliceosomi e ribosomi, è simile agli enzimi e come loro è in grado di catalizzare reazioni chimiche. I nucleosidi individuali sono realizzati collegando una base azotata a uno zucchero ribosio. Queste basi sono anelli eterociclici contenenti azoto e classificati come purine o pirimidine. I nucleotidi agiscono anche come coenzimi nelle reazioni metaboliche di trasferimento.[14]

Metabolismo umano

Il metabolismo umano, come i metabolismi di tutte le specie, è molto complesso e consiste in decine di migliaia di processi biochimici, in genere mediati da specifici enzimi, molecole proteiche sintetizzate sulla base delle informazioni contenute nel genoma delle cellule dell'organismo.

Si suole distinguere tra:

Anabolismo, metabolismo energetico e catabolismo

File:Metabolismo.png
Definizione di metabolismo

Il metabolismo si divide in due insiemi di processi:[15]

  • catabolismo, che comporta la degradazione di molecole complesse in molecole più semplici e produce dell'energia producendo molecole di ATP. I processi catabolici sono esoergonici: l'energia liberata da essi viene conservata nella cellula (ed eventualmente trasferita alle reazioni anaboliche) tramite molecole carrier ad alta energia, tra le quali la più comune è senza dubbio l'ATP.
  • anabolismo, che produce molecole complesse a partire da molecole più semplici utili alla cellula (ad es. ricostruzione di tessuti). I processi anabolici sono endoergonici e richiedono dunque energia.

Processi metabolici che contengono una componente anabolica ed una catabolica sono detti talvolta anfibolici.

Catene e cicli metabolici

I processi metabolici, anche nei più semplici organismi, formano una rete metabolica estremamente complessa, suddivisibile in catene metaboliche e cicli metabolici.

Ogni molecola che partecipa attivamente al metabolismo è detta metabolita. Ogni composto che funge da catalizzatore è detto enzima.

Respirazione cellulare anaerobica

Come respirazione cellulare anaerobica vi è la glicolisi che consiste nella scomposizione controllata del glucosio in due molecole di acido piruvico a tre atomi di carbonio. Quando il glucosio viene "bruciato" solo il 40% circa viene utilizzato per sintetizzare molecole di adenosin trifosfato (ATP), il resto viene dissipato sotto forma di calore che andrà a caratterizzare il calore corporeo.

Subito dopo la glicolisi vi è il ciclo di Krebs che consiste nell'estrazione di energia per la sintesi di altre molecole di ATP, dal prodotto finale della glicolisi cioè l'acido piruvico. La catena di trasporto degli elettroni è l'ultima fase della respirazione cellulare, la quale avviene all'interno del mitocondrio nella matrice mitocondriale.

Effetto termico

  Lo stesso argomento in dettaglio: Termogenesi indotta dalla dieta e Trasformazione agroalimentare.

È noto come effetto termico l'aumento della temperatura corporea che segue un pasto abbondante; è un meccanismo utilizzato dall'organismo per bruciare più calorie.

Le calorie apportate dai grassi hanno effetto termico quasi nullo poiché il nostro corpo riesce a depositare il grasso senza usare molta energia, quindi senza effetto termico.

Le proteine, invece, hanno un effetto termico pari al 30%: su 100 calorie di proteine, 30 sono bruciate per la digestione.

Note

  1. ^ Friedrich C, Physiology and genetics of sulfur-oxidizing bacteria, in Adv Microb Physiol, vol. 39, 1998, pp. 235–89, DOI:10.1016/S0065-2911(08)60018-1.
  2. ^ Smith E, Morowitz H, Universality in intermediary metabolism, in Proc Natl Acad Sci USA, vol. 101, n. 36, 2004, pp. 13168–73, DOI:10.1073/pnas.0404922101.
  3. ^ Ebenhöh O, Heinrich R, Evolutionary optimization of metabolic pathways. Theoretical reconstruction of the stoichiometry of ATP and NADH producing systems, in Bull Math Biol, vol. 63, n. 1, 2001, pp. 21–55, DOI:10.1006/bulm.2000.0197.
  4. ^ Meléndez-Hevia E, Waddell T, Cascante M, The puzzle of the Krebs citric acid cycle: assembling the pieces of chemically feasible reactions, and opportunism in the design of metabolic pathways during evolution, in J Mol Evol, vol. 43, n. 3, 1996, pp. 293–303, DOI:10.1007/BF02338838.
  5. ^ Michie K, Löwe J, Dynamic filaments of the bacterial cytoskeleton, in Annu Rev Biochem, vol. 75, 2006, pp. 467–92, DOI:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142452.
  6. ^ a b c d David L. Nelson, Lehninger Principles of Biochemistry, New York, W. H. Freeman and company, 2005, p. 841, ISBN 0-7167-4339-6.
  7. ^ Kelleher, J,Bryan 3rd, B, Mallet,R, Holleran, A, Murphy, A, and Fiskum, G, Analysis of tricarboxylic acid-cycle metabolism of hepatoma cells by comparison of 14CO2 ratios, in Biochem J, vol. 246, n. 3, 1987, pp. 633–639.
  8. ^ Hothersall, J and Ahmed, A, Metabolic fate of the increased yeast amino acid uptake subsequent to catabolite derepression, in J Amino Acids, vol. 2013, 2013, pp. e461901, DOI:10.1155/2013/461901.
  9. ^ Fahy E, Subramaniam S, Brown H, Glass C, Merrill A, Murphy R, Raetz C, Russell D, Seyama Y, Shaw W, Shimizu T, Spener F, van Meer G, VanNieuwenhze M, White S, Witztum J, Dennis E, A comprehensive classification system for lipids, in J Lipid Res, vol. 46, n. 5, 2005, pp. 839–61, DOI:10.1194/jlr.E400004-JLR200.
  10. ^ Nomenclature of Lipids, su chem.qmul.ac.uk, IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (CBN). URL consultato l'8 marzo 2007.
  11. ^ Hegardt F, Mitochondrial 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase: a control enzyme in ketogenesis, in Biochem J, vol. 338, Pt 3, 1999, pp. 569–82, DOI:10.1042/0264-6021:3380569.
  12. ^ Raman R, Raguram S, Venkataraman G, Paulson J, Sasisekharan R, Glycomics: an integrated systems approach to structure-function relationships of glycans, in Nat Methods, vol. 2, n. 11, 2005, pp. 817–24, DOI:10.1038/nmeth807.
  13. ^ Sierra S, Kupfer B, Kaiser R, Basics of the virology of HIV-1 and its replication, in J Clin Virol, vol. 34, n. 4, 2005, pp. 233–44, DOI:10.1016/j.jcv.2005.09.004.
  14. ^ Wimmer M, Rose I, Mechanisms of enzyme-catalyzed group transfer reactions, in Annu Rev Biochem, vol. 47, 1978, pp. 1031–78, DOI:10.1146/annurev.bi.47.070178.005123.
  15. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "metabolism"

Voci correlate

Altri progetti

Controllo di autoritàThesaurus BNCF 7725 · LCCN (EN) sh85084016 · GND (DE) 4057699-1 · BNF (FR) cb119383963 (data) · J9U (EN, HE) 987007565652405171
  Portale Biologia

Template:Categorie qualità

Estratto da "https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Metabolismo&oldid=74691217"