Vie metaboliche: fasi, reazioni

Importanza delle Vie Metaboliche Umane

Le vie metaboliche sono una serie di reazioni chimiche catalizzate dagli enzimi e collegate dai loro intermedi. Queste reazioni sono essenziali per la sopravvivenza del genere umano. Tra le vie metaboliche più cruciali per l’uomo troviamo la glicolisi, il ciclo di Krebs, la via dei pentoso fosfati, il ciclo dell’urea, la β-ossidazione degli acidi grassi, la gluconeogenesi e il ciclo di Cori.

Glicolisi

La glicolisi è una delle vie metaboliche più conosciute, dove una molecola di glucosio viene trasformata in due molecole di acido piruvico, due ATP e due NADH. La prima reazione della glicolisi è la seguente: C6H12O6 + 2 ATP + 2 ADP + 2 NAD+ → 2 NADH + 4 ATP + 2 acido lattico. Questo processo produce energia essenziale per le cellule.

L’ NADH prodotto reagisce a sua volta con l’ATP secondo la reazione: 6 ADP + 2 NADH → 2 NAD+ + 6 ATP. Unendo le due reazioni, si ottiene: C6H12O6 + 8 ADP → 8 ATP + 2 acido lattico. In sintesi, dalla glicolisi si ottengono 8 molecole di ATP e 2 molecole di acido lattico.

Ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs, o ciclo dell’acido citrico, è formato da una serie di reazioni che hanno lo scopo di rilasciare l’energia immagazzinata nell’acetil-CoA proveniente da carboidrati, grassi e proteine. Il ciclo si divide in quattro fasi:

– Fase iniziale: includendo la sintesi del citrato e l’isomerizzazione del citrato in isocitrato.
– Fase delle decarbossilazioni ossidative: con la prima decarbossilazione ossidativa nel ciclo.

Il ciclo di Krebs è fondamentale per completare l’ossidazione dei composti sopra citati, producendo CO2 e energia utilizzabile dalle cellule.

Le vie metaboliche sono vitali per il funzionamento del nostro organismo, fornendo energia e sostanze necessarie per la vita quotidiana. Mantenere un equilibrio metabolico è essenziale per la salute e il benessere generale.Il processo di conversione dell’isocitrato in acido α-chetoglutarico avviene durante la catena respiratoria, precisamente nella reazione 4 che coinvolge la decarbossilazione ossidativa trasformando l’α-chetoglutarato in succinilCoA. Successivamente, nella fase della fosforilazione a livello di substrato, il succinilCoA si trasforma in succinato.

Reazione di deidrogenazione e formazione di ATP

Le fasi seguenti nel ciclo di Krebs includono due deidrogenazioni separate da una idratazione:
– Deidrogenazione del succinato a fumarato
– Idratazione del fumarato a malato
– Deidrogenazione del malato a ossalacetato

Durante un ciclo, si formano tre NADH e un FADH2, insieme alla produzione di una molecola di ATP.

L’equazione complessiva di questa serie di reazioni sarebbe:

acetilCoA + 3 NAD⁺ + FAD + ADP + P_i + 2 H₂O → 2 CO₂ + 3 NADH + 3 H⁺ + FADH₂ + ATP + CoA

Via dei pentosi fosfati

La via dei pentosi fosfati è essenziale per produrre NADPH necessario per processi anabolici e per la sintesi di molecole complesse a partire da molecole più semplici. Inoltre, produce ribosio 5-fosfato, un precursore degli acidi nucleici.

Ciclo dell’urea

Il ciclo dell’urea è cruciale nel metabolismo dell’azoto per trasformare l’ammoniaca, derivata dal catabolismo delle proteine, in urea, che può essere eliminata dall’organismo. Questo ciclo coinvolge tre amminoacidi – ornitina, citrullina e arginina – e avviene nel citosol e nella matrice mitocondriale delle cellule epatiche. La produzione di urea avviene attraverso una serie di reazioni che riducono l’ammoniaca tossica.

In sintesi, il processo di conversione derivato dalla catena di reazioni del ciclo di Krebs, la via dei pentosi fosfati e il ciclo dell’urea svolgono ruoli cruciali nei processi metabolici per generare energia, precursore per le biomolecole e per eliminare i rifiuti azotati dall’organismo.

Il Processo di β-Ossidazione degli Acidi Grassi

La β-ossidazione degli acidi grassi è un processo vitale che avviene principalmente nei mitocondri. Consiste in una serie di reazioni cicliche che convertono gli acidi grassi in acetil-CoA, che è fondamentale per la produzione di energia all’interno delle cellule.

Una volta che gli acidi grassi entrano nella cellula, vengono trasformati in acil-CoA a catena lunga. Successivamente, l’acil-CoA subisce una trasformazione in acilcarnitina per poter attraversare la membrana mitocondriale e passare nuovamente a acil-CoA a catena lunga. Questo acil-CoA a catena lunga entra quindi nel processo di β-ossidazione.

Durante ogni ciclo di β-ossidazione, si genera un’unità di acetil-CoA. Questo processo modifica la catena acil-CoA, accorciandola di due atomi di carbonio. Alla fine di ogni ciclo, vengono prodotti acetil-CoA, FADH₂, NADH e acqua, contribuendo alla produzione complessiva di energia tramite la generazione di 17 molecole di ATP.

Il ciclo di β-ossidazione si ripete finché non vengono formati due acetil-CoA, completando il processo di conversione degli acidi grassi.

Il Ruolo della Gluconeogenesi nel Metabolismo

La gluconeogenesi è un processo metabolico che si svolge nel citosol e nei mitocondri ed è fondamentale per mantenere costante il livello di glucosio nel sangue durante il digiuno o durante uno sforzo fisico intenso.

Quando il corpo ha bisogno di glucosio e non dispone di carboidrati disponibili per la conversione, utilizza altre molecole come amminoacidi, lattato, piruvato e glicerolo per produrre glucosio tramite la gluconeogenesi. Questo processo, opposto alla glicolisi, richiede energia, ma viene attivato quando il corpo necessita di produrre glucosio e ha esaurito le altre fonti di energia disponibili.

La gluconeogenesi ha inizio dal piruvato e si verifica principalmente nel fegato e nei reni, contribuendo così al mantenimento dei livelli di glucosio nel sangue.

Il Ciclo di Cori e il Metabolismo del Lattato

Il ciclo di Cori, noto anche come ciclo dell’acido lattico, è un processo metabolico chiave in cui il lattato prodotto nei muscoli viene trasportato al fegato e convertito nuovamente in glucosio. Questo ciclo consente al glucosio di ritornare ai muscoli per essere utilizzato come fonte di energia, mantenendo così l’omeostasi energetica durante l’attività fisica.

Durante un’intensa attività muscolare, quando l’apporto di ossigeno è limitato, il metabolismo anaerobico entra in gioco. In assenza di sufficiente ossigeno, il glucosio viene convertito in lattato tramite la fermentazione e rilasciato nel flusso sanguigno.

Il ciclo di Cori prevede diverse fasi, come la conversione del lattato in glucosio nel fegato, il rilascio di glucosio nel sangue, l’assorbimento di glucosio da parte dei tessuti periferici e la ricorrenza ciclica della conversione tra lattato e glucosio per garantire un costante apporto di energia ai muscoli impegnati.