I metaboliti primari sono coinvolti nella normale crescita, sviluppo e riproduzione o nella funzione primaria della cellula. I metaboliti primari, che comprendono, tra gli altri, carboidrati, amminoacidi, proteine, vitamine, etanolo e acidi organici, sono prodotti dai microbi durante il metabolismo energetico e sono considerati componenti vitali per una corretta crescita microbica.
Nelle piante, i metaboliti primari – detti anche metaboliti centrali – sono coinvolti nella crescita e nello sviluppo, nella respirazione e nella fotosintesi, nonché nella sintesi di ormoni e proteine, e partecipano anche alla produzione di energia, inclusi gli enzimi respiratori e fotosintetici.
I metaboliti primari sono anche i componenti principali delle strutture cellulari di base, come i fosfolipidi per le membrane cellulari, il peptidoglicano, polimero costituito da zuccheri e amminoacidi, e la chitina, polisaccaride lineare presente nella matrice extracellulare di una varietà di invertebrati tra cui spugne, molluschi, nematodi, artropodi e funghi, per le pareti cellulari e le proteine per i citoscheletri.
I metaboliti primari si differenziano dai metaboliti secondari, anche chiamati metaboliti specializzati, poiché questi ultimi sono composti organici prodotti da vari organismi e non sono direttamente coinvolti nella crescita, nello sviluppo o nella riproduzione dell’organismo.
Formazione dei metaboliti primari
I metaboliti primari sono prodotti microbici che si formano durante la fase esponenziale della crescita e la cui sintesi è parte integrante del normale processo di crescita. Includono prodotti intermedi e finali del metabolismo anabolico, che comprende l’insieme dei processi di sintesi o bioformazione delle molecole organiche più complesse da quelle più semplici o dalle sostanze nutritive, che vengono utilizzate dalla cellula come elementi costitutivi per macromolecole essenziali come amminoacidi e nucleotidi, o che vengono convertiti in coenzimi come, ad esempio, le vitamine.
acido citrico
Altri metaboliti primari, come ad esempio acido citrico, acido acetico ed etanolo, derivano dal metabolismo catabolico, un processo metabolico che dà luogo alla formazione di sostanze strutturalmente più semplici e povere di energia e non vengono utilizzati per ottenere costituenti cellulari. Tuttavia, la loro produzione – correlata alla produzione di energia e all’utilizzo del substrato – è essenziale per la crescita.
I metaboliti primari più importanti sono gli amminoacidi, i nucleotidi, le vitamine, i solventi e gli acidi organici, che sono prodotti da una vasta gamma di batteri e funghi e hanno numerosi usi nell’industria alimentare e chimica. Molti di essi sono prodotti mediante fermentazione microbica piuttosto che sintesi chimica, poiché le fermentazioni sono economicamente competitive e producono forme isomeriche biologicamente utili.
Caso studio: il melograno
Negli ultimi anni, il melograno – albero da frutto coltivato in molte parti del mondo – ha destato l’interesse della comunità scientifica per la sua biologia e le sue proprietà benefiche per la salute, grazie al suo elevato contenuto di polifenoli e alla sua attività antiossidante.
La maggior parte degli effetti terapeutici del frutto del melograno sono stati attribuiti ai suoi metaboliti primari e secondari, come i polifenoli, inclusi flavonoidi, antociani e tannini idrolizzabili, acidi grassi e lipidi.
melograno
Questi metaboliti sono stati trovati in tutte le parti del frutto. In particolare, nella buccia sono presenti ellagitanni, flavonoidi e antociani; nei semi, gli acidi grassi e i lipidi; e nelle pareti membranose, principalmente ellagitannini. Negli arilli, parti esterne al seme che crescono insieme a questo, vi sono ellagitanni, flavonoidi e antociani.
Gli studi condotti sui metaboliti primari riguardano il contenuto e la composizione di zuccheri, acidi organici, proteine, amminoacidi e lipidi. Tra i metaboliti primari presenti nel melograno vi sono gli zuccheri, in particolare il glucosio e il fruttosio, che sono presenti nel frutto.
Tra i metaboliti primari, l’acido citrico è generalmente l’acido organico predominante nel succo dell’arillo di melograno, dove si trovano, sebbene in minori quantità, l’acido malico, l’acido ossalico, l’acido succinico, l’acido tartarico e l’acido ascorbico.
acido ascorbico
Gli amminoacidi sono metaboliti primari che hanno un ruolo importante nella biosintesi proteica e nella sintesi dei metaboliti secondari. Inoltre, funzionano come precursori o intermedi nei percorsi biosintetici, come la produzione di molecole colorate e sostanze volatili nei frutti, il rilascio di energia attraverso la degradazione, processi di segnalazione nella regolazione del metabolismo vegetale e nella risposta allo stress delle piante.
Tra i metaboliti primari, i lipidi sono presenti soprattutto nei semi. Queste molecole idrofobe di varia natura sono, nella fattispecie, acidi grassi, cere, steroli, vitamine liposolubili, fosfolipidi, mono-, di- e trigliceridi. I lipidi primari e secondari hanno diverse funzioni negli organismi viventi, tra cui immagazzinamento di energia, segnalazione cellulare, nutrizione, ormoni, trasporto e componenti strutturali delle membrane cellulari.