Metabolismo

Il metabolismo energetico è il complesso di processi esoergonici ed endoergonici che avvengono all'interno delle cellule e/o sulla scala dell'intero organismo. Esso comprende tutte le reazioni di sintesi e demolizione di cellule, ed è ripartito in:

• catabolismo (esoergonico): scomposizione di molecole degli alimenti sprigionando energia → respirazione, fermentazione
• anabolismo (endoergonico): sintesi di molecole complesse da molecole più semplici consumando energia → fotosintesi

Le vie metaboliche sono sequenze ordinate di reazioni catalizzate da enzimi specifici, i quali regolano il metabolismo. Le singole reazioni che compongono una via metabolica sono dette tappe, e le molecole che vengono prodotte in ciascuna tappa intermedia sono dette – appunto – intermedi di reazione. L'enzima che catalizza la tappa più lenta, il “collo di bottiglia” della reazione, è detto enzima chiave in quanto da esso dipende la velocità di reazione.

L'attività enzimatica dipende da:

• concentrazione dell'enzima chiave
• attivazione/inibizione dell'enzima
• compartimentazione cellulare (gli enzimi e i substrati vengono vincolati a specifiche porzioni della cellula)

Il catabolismo è costituito dall'ossidazione delle molecole organiche, per:

• perdita di elettroni da ioni metallici che costituiscono cofattori o gruppi delle proteine (es. Eme con $\ce{Fe^2+}$ che diventa $\ce{Fe^3+}$
• addizione di ossigeno sottraendolo a un agente ossidante
• deidrogenazione → la più comune

Le vie cataboliche hanno come molecola target il piruvato (anione dell'acido piruvico¹⁾), raggiunto il quale è possibile procedere per via anaerobica – fermentazione – o aerobica – decarbossilazione ossidativa e conseguente formazione dell'acetil-CoA, che entrerà nel ciclo di Krebs. Quest'ultimo ciclo è seguito dalla fosforilazione ossidativa e assieme i due costituiscono il metabolsimo terminale, con cui tutto il carbonio è reso inorganico sotto forma di $\ce{CO2}$ e l'interezza dell'energia chimica disponibile è estratta dalle molecole inorganiche.

Il trasporto di energia è mediato da molecole con legami ad alta energia. I principali trasportatori energetici sono:

• ATP – adenosina trifosfato
  La chinasi (una trasferasi) può trasferire il gruppo fosfato a un substrato, liberando energia, portando il gruppo fosfato in condizione inorganica e trasformando la ATP in ADP (adenosinda difosfato). Questo processo prende il nome di fosforilazione ossidativa.
• 1,3-bifosfoglicerato
  Dotato di due gruppi fosforici, può cedere un gruppo fosforico a un'ADP rendendola di nuovo ATP. Questo processo prende il nome di fosforilazione a livello di substrato.
• PEP – fosfoenolpiruvato
  Legame enolofosfato con un fosfato in C2, che può cedere all'ADP per formare ATP.
• creatina
  Formata dal fegato a partire da amminoacidi Gly, Met, Arg; riceve un fosfato dall'ATP mediante chinasi, formando fosfocreatina, che può immagazzinare gruppi fosfato. La creatina serve nei muscoli, per rigenerare ATP durante la contrazione.