Le cellule sono le unità più piccole di esseri viventi che vantano tutte le proprietà associate alla vita. Una di queste caratteristiche distintive è il metabolismo
, o l'uso di molecole o energia raccolte dall'ambiente per realizzare le reazioni biochimiche necessarie per rimanere in vita e, alla fine, riprodursi.

Processi metabolici, spesso definite vie metaboliche, possono essere suddivise in quelle che sono anaboliche
o che coinvolgono la sintesi di nuove molecole e quelle che sono cataboliche
che implicano la scomposizione di molecole esistenti.

Colloquialmente, i processi anabolici riguardano la costruzione di una casa e la sostituzione di cose come finestre e grondaie, se necessario, e i processi catabolici riguardano il contenimento di pezzi logori o rotti della casa. Se questi vengono fatti in concerto al giusto ritmo, la casa esisterà il più stabilmente possibile, ma mai passivamente.
Panoramica sul metabolismo

Le cellule e i tessuti che formano sono continuamente sottoposti a "bidirezionale" "metabolismo, nel senso che mentre alcune cose scorrono in una direzione anabolica, altre vanno nella direzione opposta.

Questo è forse più evidente a livello di interi organismi: se stai bruciando glucosio
mentre corri per raggiungere il tuo cane (processo catabolico), la carta tagliata sulla tua mano dal giorno prima continua a guarire (processo anabolico). Ma la stessa dicotomia è al lavoro nelle singole cellule.

Le reazioni cellulari sono catalizzate da speciali molecole proteiche globulari chiamate enzimi
, che per definizione partecipano alle reazioni chimiche senza essere modificate alla fine. Accelerano notevolmente le reazioni - a volte di un fattore di ben oltre mille - e quindi funzionano come catalizzatori
.

Le reazioni anaboliche di solito richiedono un apporto di energia e sono quindi endotermiche
(tradotto vagamente, "calore verso l'interno"). Questo ha senso; non puoi crescere o costruire muscoli a meno che non mangi, con l'assunzione di cibo che solitamente si ridimensiona all'intensità e alla durata di una determinata attività.

Le reazioni cataboliche sono di solito esotermiche
("calore al al di fuori ") e libera energia, molti dei quali sono sfruttati dalla cellula sotto forma di adenosina trifosfato (ATP) e utilizzati per altri processi metabolici.
Substrati del metabolismo

I principali elementi strutturali del corpo e le molecole necessarie per il carburante più la crescita e la sostituzione dei tessuti sono composte da monomeri
, o piccole unità ripetitive all'interno di un intero maggiore, chiamato polimero

Queste unità può essere identico, come con le molecole di glucosio disposte in lunghe catene del combustibile di stoccaggio glicogeno
, oppure possono essere simili e avere "sapori", come con gli acidi nucleici e i nucleotidi che li compongono.

Le tre principali macronutrienti
classi di macromolecole nell'alimentazione umana, chiamate carboidrati
, proteine s
e grassi
, ciascuno costituito dal proprio tipo di monomero.

Il glucosio è il substrato fondamentale di tutta la vita sulla Terra, con ogni cellula vivente in grado di metabolizzarla per produrre energia . Come notato, le molecole di glucosio possono essere collegate in "catene" per formare glicogeno, che nell'uomo si trova principalmente nei muscoli e nel fegato. Le proteine sono costituite da monomeri estratti da un sacco di 20 diversi aminoacidi.

I grassi non sono polimeri perché sono costituiti da tre acidi grassi collegati a una "spina dorsale" della molecola a tre atomi di carbonio glicerolo
. Quando crescono o si riducono, ciò si verifica tramite l'aggiunta o la rimozione di atomi alle estremità delle catene di acidi grassi, un po 'come una "E" maiuscola con la parte verticale che rimane della stessa dimensione ma le barre orizzontali variano di lunghezza.
Che cos'è il metabolismo anabolico?

Considera di ricevere una scatola di blocchi giocattolo di dimensioni illimitate. Molti sono identici tranne che nel loro colore; altri sono di dimensioni diverse, ma possono essere uniti; altri ancora non sono pensati per connettersi, indipendentemente dalla configurazione selezionata. Puoi creare costrutti identici che includono, diciamo, da tre a cinque pezzi e collegarli insieme in modo tale che anche le giunzioni di questi costrutti siano identiche.

Questo è essenzialmente un metabolismo anabolico in azione. I singoli gruppi da tre a cinque pezzi di giocattoli rappresentano "monomeri" e il prodotto finito è analogo al "polimero". E nelle cellule, invece delle mani che fanno il lavoro di mettere insieme i pezzi, gli enzimi guidano il processo. In entrambi i casi, l'aspetto chiave è un input di energia per generare molecole di maggiore complessità (e di solito anche di dimensioni maggiori).

Esempi di processi anabolici includono, oltre alla sintesi proteica, gluconeogenesi
(la sintesi di glucosio da vari substrati a monte), la sintesi di acidi grassi, lipogenesi
(la sintesi di grassi da acidi grassi e glicerolo) e la formazione di urea
e < em> corpi chetonici
.
Che cos'è il metabolismo catabolico?

Nella maggior parte dei casi, i processi catabolici, a livello di reazioni individuali, non sono semplicemente le corrispondenti reazioni anaboliche che corrono al contrario, sebbene molti di loro sono uguali. Di solito sono coinvolti diversi enzimi.

Ad esempio, il primo passo nella glicolisi
(il catabolismo del glucosio) è l'aggiunta di un gruppo fosfato al glucosio, per gentile concessione dell'enzima hexokinase
, per formare glucosio-6-fosfato. Ma il passaggio finale della gluconeogenesi, la rimozione del fosfato dal glucosio-6-fosfato per formare il glucosio, è catalizzato dal glucosio-6-fosfatasi.

Altri processi vitali catabolici in corso nel tuo corpo sono glicogenolisi
(la scomposizione del glicogeno nei muscoli o nel fegato), lipolisi
(rimozione degli acidi grassi dal glicerolo), beta-ossidazione
(il "bruciore" degli acidi grassi) e la degradazione di chetoni, proteine o singoli aminoacidi.
Mantenere un equilibrio tra metabolismo anabolico e catabolico

Mantenere il corpo in sintonia con le sue esigenze in tempo reale richiede un alto grado di reattività e coordinazione. I tassi di reazioni anaboliche e cataboliche possono essere controllati variando la quantità di enzima o substrato mobilizzato in una determinata parte della cellula, oppure mediante inibizione del feedback
, in cui l'accumulo di un prodotto segnala la reazione a monte a procedere più lentamente.

Inoltre, e soprattutto dal punto di vista della visualizzazione olistica del metabolismo, i substrati di un percorso macronutriente possono essere deviati in quello di un altro, se necessario.

Un esempio di questa integrazione di percorsi è che gli aminoacidi alanina e glutammina, oltre a servire come elementi costitutivi delle proteine, possono anche entrare nella gluconeogenesi. Perché ciò accada, hanno bisogno di liberare il loro azoto, che viene gestito da enzimi chiamati transaminasi.