Il catabolismo comprende tutte le reazioni di degradazione delle sostanze nel corpo. Oltre a "disintegrare" i componenti delle biomolecole nelle loro unità più piccole, le reazioni cataboliche producono energia, principalmente sotto forma di ATP..
Le vie cataboliche sono responsabili della degradazione delle molecole che provengono dal cibo: carboidrati, proteine e lipidi. Durante il processo, l'energia chimica contenuta nei legami viene rilasciata per essere utilizzata nelle attività cellulari che lo richiedono..
Alcuni esempi di vie cataboliche ben note sono: il ciclo di Krebs, la beta ossidazione degli acidi grassi, la glicolisi e la fosforilazione ossidativa..
Le semplici molecole prodotte dal catabolismo vengono utilizzate dalla cellula per costruire gli elementi necessari, sfruttando anche l'energia fornita dal processo stesso. Questa via di sintesi è l'antagonista del catabolismo ed è chiamata anabolismo..
Il metabolismo di un organismo comprende sia reazioni di sintesi che di degradazione, che avvengono simultaneamente e in modo controllato all'interno della cellula..
Indice articolo
L'obiettivo principale del catabolismo è quello di ossidare i nutrienti che il corpo utilizza come "carburante", chiamati carboidrati, proteine e grassi. La degradazione di queste biomolecole genera energia e prodotti di scarto, principalmente anidride carbonica e acqua..
Una serie di enzimi partecipano al catabolismo, che sono proteine responsabili dell'accelerazione della velocità delle reazioni chimiche che si verificano nella cellula..
Le sostanze combustibili sono il cibo che consumiamo quotidianamente. La nostra dieta è composta da proteine, carboidrati e grassi che vengono scomposti per vie cataboliche. L'organismo utilizza preferenzialmente grassi e carboidrati, anche se in situazioni di scarsità può ricorrere alla scomposizione delle proteine.
L'energia estratta dal catabolismo è contenuta nei legami chimici delle suddette biomolecole..
Quando consumiamo qualsiasi cibo, lo mastichiamo per renderlo più digeribile. Questo processo è analogo al catabolismo, dove il corpo ha il compito di "digerire" le particelle a livello microscopico in modo che vengano utilizzate per vie di sintesi o anaboliche.
Le vie o vie cataboliche comprendono tutti i processi di degradazione delle sostanze. Possiamo distinguere tre fasi del processo:
- Le diverse biomolecole presenti nella cellula (carboidrati, grassi e proteine) vengono degradate nelle unità fondamentali che le costituiscono (rispettivamente zuccheri, acidi grassi e amminoacidi).
- I prodotti della fase I passano a costituenti più semplici, che convergono su un intermedio comune chiamato acetil-CoA.
- Infine, questo composto entra nel ciclo di Krebs, dove continua la sua ossidazione per produrre molecole di anidride carbonica e acqua, le molecole finali ottenute in qualsiasi reazione catabolica..
Tra i più importanti ci sono il ciclo dell'urea, il ciclo di Krebs, la glicolisi, la fosforilazione ossidativa e la beta ossidazione degli acidi grassi. Di seguito descriveremo ciascuno dei percorsi menzionati:
Il ciclo dell'urea è una via catabolica che si verifica nei mitocondri e nel citosol delle cellule epatiche. È responsabile della lavorazione dei derivati proteici e il suo prodotto finale è l'urea.
Il ciclo inizia con l'ingresso del primo gruppo amminico dalla matrice dei mitocondri, sebbene possa entrare nel fegato anche attraverso l'intestino.
La prima reazione prevede il passaggio di ATP, ioni bicarbonato (HCO3-) e ammonio (NH4+) in carbomoil fosfato, ADP e Pio. La seconda fase consiste nell'unione di carbomoil fosfato e ornitina per produrre una molecola di citrullina e Pio. Queste reazioni si verificano nella matrice mitocondriale.
Il ciclo continua nel citosol, dove citrullina e aspartato si condensano insieme all'ATP per generare argininosuccinato, AMP e PP.io. L'argininosuccinato passa in arginina e fumarato. L'amminoacido arginina si combina con l'acqua per dare l'ornitina e infine l'urea.
Questo ciclo è interconnesso con il ciclo di Krebs perché il metabolita del fumarato partecipa a entrambe le vie metaboliche. Tuttavia, ogni ciclo agisce in modo indipendente.
Le patologie cliniche legate a questo percorso impediscono al paziente di seguire una dieta ricca di proteine..
Il ciclo di Krebs è un percorso che partecipa alla respirazione cellulare di tutti gli organismi. Spazialmente, si verifica nei mitocondri degli organismi eucarioti.
Il precursore del ciclo è una molecola chiamata acetil coenzima A, che si condensa con una molecola di ossalacetato. Questa unione genera un composto a sei atomi di carbonio. In ogni rivoluzione, il ciclo produce due molecole di anidride carbonica e una molecola di ossalacetato..
Il ciclo inizia con una reazione di isomerizzazione catalizzata dall'aconitasi, dove il citrato passa in cisaconitato e acqua. Allo stesso modo, l'aconitasi catalizza il passaggio del cis-aconitato in isocitrato.
L'isocitrato viene ossidato in ossalosuccinato dall'isocitrato deidrogenasi. Questa molecola viene decarbossilata in alfa-chetoglutarato dallo stesso enzima, l'isocitrato deidrogenasi. L'alfa-chetoglutarato diventa succinil-CoA per azione dell'alfa-chetoglutarato deidrogenasi.
Il succinil-CoA diventa succinato, che viene ossidato in fumarato dalla succinato deidrogenasi. Successivamente il fumarato diventa l-malato e infine l'l-malato diventa ossalacetato.
Il ciclo può essere riassunto nella seguente equazione: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + PIL + Pi + 2 HDueO → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADHDue + GTP + 2 CODue.
La glicolisi, chiamata anche glicolisi, è un percorso cruciale che è presente praticamente in tutti gli organismi viventi, dai batteri microscopici ai grandi mammiferi. Il percorso consiste in 10 reazioni enzimatiche che scompongono il glucosio in acido piruvico..
Il processo inizia con la fosforilazione della molecola di glucosio da parte dell'enzima esochinasi. L'idea di questo passaggio è "attivare" il glucosio e intrappolarlo all'interno della cellula, poiché il glucosio-6-fosfato non ha un trasportatore attraverso il quale può fuoriuscire.
La glucosio-6-fosfato isomerasi prende il glucosio-6-fosfato e lo riorganizza nel suo isomero fruttosio-6-fosfato. La terza fase è catalizzata dalla fosfofruttochinasi e il prodotto è fruttosio-1,6-bisfosfato.
Quindi, l'aldolasi scinde il composto di cui sopra in diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide-3-fosfato. Esiste un equilibrio tra questi due composti catalizzato dalla triose fosfato isomerasi.
L'enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi produce 1,3-bisfosfoglicerato che viene convertito in 3-fosfoglicerato nella fase successiva dalla fosfoglicerato chinasi. La fosfoglicerato mutasi cambia la posizione del carbonio e produce 2-fosfoglicerato.
Eolase prende quest'ultimo metabolita e lo converte in fosfoenolpiruvato. L'ultimo passaggio del percorso è catalizzato dalla piruvato chinasi e il prodotto finale è il piruvato..
La fosforilazione ossidativa è un processo di formazione di ATP grazie al trasferimento di elettroni da NADH o FADHDue fino all'ossigeno ed è l'ultimo passaggio nei processi di respirazione cellulare. Si verifica nei mitocondri ed è la principale fonte di molecole di ATP negli organismi che respirano aerobicamente.
La sua importanza è innegabile, poiché 26 delle 30 molecole di ATP che vengono generate come prodotto della completa ossidazione del glucosio in acqua e anidride carbonica avvengono per fosforilazione ossidativa..
Concettualmente, la fosforilazione ossidativa accoppia l'ossidazione e la sintesi di ATP con un flusso di protoni attraverso il sistema di membrana..
Quindi, il NADH o il FADHDue generato in diversi percorsi, chiamiamolo glicolisi o ossidazione degli acidi grassi, viene utilizzato per ridurre l'ossigeno e l'energia libera generata nel processo viene utilizzata per la sintesi di ATP.
La Β-ossidazione è un insieme di reazioni che consentono all'ossidazione degli acidi grassi di produrre elevate quantità di energia.
Il processo prevede il rilascio periodico di regioni dell'acido grasso a due atomi di carbonio per reazione fino a quando l'acido grasso non è completamente degradato. Il prodotto finale sono molecole di acetil-CoA che possono entrare nel ciclo di Krebs per essere completamente ossidate.
Prima dell'ossidazione, l'acido grasso deve essere attivato, dove si lega al coenzima A. Il trasportatore della carnitina è responsabile della traslocazione delle molecole nella matrice dei mitocondri.
Dopo questi passaggi precedenti, la β-ossidazione stessa inizia con i processi di ossidazione, idratazione, ossidazione da NAD+ e tiolisi.
Devono esserci una serie di processi che regolano le diverse reazioni enzimatiche, poiché queste non possono funzionare sempre alla massima velocità. Pertanto, le vie del metabolismo sono regolate da una serie di fattori tra cui ormoni, controlli neuronali, disponibilità di substrati e modifica enzimatica..
In ogni percorso deve esserci almeno una reazione irreversibile (cioè avviene in una sola direzione) e che dirige la velocità dell'intero percorso. Ciò consente alle reazioni di funzionare alla velocità richiesta dalla cellula e impedisce che le vie di sintesi e degradazione funzionino contemporaneamente..
Gli ormoni sono sostanze particolarmente importanti che agiscono come messaggeri chimici. Questi vengono sintetizzati nelle varie ghiandole endocrine e rilasciati nel flusso sanguigno per agire. Alcuni esempi sono:
Il cortisolo agisce rallentando i processi di sintesi e aumentando le vie cataboliche nel muscolo. Questo effetto si verifica con il rilascio di amminoacidi nel flusso sanguigno..
Al contrario, ci sono ormoni che hanno l'effetto opposto e diminuiscono il catabolismo. L'insulina è responsabile dell'aumento della sintesi proteica e allo stesso tempo diminuisce il loro catabolismo. In questo caso, aumenta la proteolisi, che facilita la produzione di aminoacidi al muscolo..
L'anabolismo e il catabolismo sono processi antagonistici che comprendono la totalità delle reazioni metaboliche che si verificano in un organismo..
Entrambi i processi richiedono reazioni chimiche multiple catalizzate da enzimi e sono sotto stretto controllo ormonale in grado di innescare o rallentare determinate reazioni. Tuttavia, differiscono nei seguenti aspetti fondamentali:
L'anabolismo comprende le reazioni di sintesi mentre il catabolismo è responsabile della degradazione delle molecole. Sebbene questi processi siano invertiti, sono collegati nel delicato equilibrio del metabolismo..
Si dice che l'anabolismo sia un processo divergente, che prende composti semplici e li trasforma in composti più grandi. Contrariamente al catabolismo, che è classificato come processo convergente, ottenendo piccole molecole come anidride carbonica, ammoniaca e acqua, da grandi molecole.
Le diverse vie cataboliche prendono le macromolecole che compongono il cibo e le riducono ai loro più piccoli costituenti. Le vie anaboliche, nel frattempo, sono in grado di prendere queste unità e costruire di nuovo molecole più elaborate..
In altre parole, il corpo deve "cambiare la configurazione" degli elementi che compongono il cibo in modo che vengano utilizzati nei processi che richiede..
Il processo è analogo al popolare gioco Lego, in cui i componenti principali possono formare strutture diverse con un'ampia varietà di disposizioni spaziali..
Il catabolismo è responsabile dell'estrazione dell'energia contenuta nei legami chimici del cibo, quindi il suo obiettivo principale è la generazione di energia. Questa degradazione avviene, nella maggior parte dei casi, per reazioni ossidative.
Tuttavia, non sorprende che le vie cataboliche richiedano l'aggiunta di energia nelle loro fasi iniziali, come abbiamo visto nella via glicolitica, che richiede l'inversione delle molecole di ATP..
D'altra parte, l'anabolismo è responsabile dell'aggiunta dell'energia libera prodotta nel catabolismo per ottenere l'assemblaggio dei composti di interesse. Sia l'anabolismo che il catabolismo si verificano costantemente e simultaneamente nella cellula.
Generalmente, l'ATP è la molecola utilizzata per trasferire l'energia. Questo può diffondersi nelle zone dove è richiesto e quando idrolizza l'energia chimica contenuta nella molecola viene rilasciata. Allo stesso modo, l'energia può essere trasportata come atomi di idrogeno o elettroni.
Queste molecole sono chiamate coenzimi e includono NADP, NADPH e FMNH.Due. Agiscono attraverso reazioni di riduzione. Inoltre, possono trasferire la capacità riducente in ATP.
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