Via metabolica

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Introduzione

Via metabolica Insieme di reazioni chimiche che avvengono in modo sequenziale, e portano alla produzione di un prodotto finale e di prodotti intermedi. In una via metabolica intervengono diversi enzimi, ciascuno dei quali catalizza in modo specifico una delle reazioni. La sequenza di reazioni può portare alla degradazione di un determinato composto oppure alla sua sintesi; in quest’ultimo caso, la via metabolica prende il nome di via biosintetica.

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Regolazione delle vie metaboliche

Una via metabolica non decorre in modo continuo e sempre con la stessa velocità; se ciò avvenisse, vi sarebbe un’accumulo del prodotto finale, fino all’esaurimento dei reagenti iniziali. Nelle cellule, vi sono due fondamentali meccanismi di regolazione delle sequenze di reazioni: una regolazione “a monte” della via metabolica, a livello dei geni che controllano la produzione delle proteine enzimatiche (infatti, senza enzimi la via metabolica non può avvenire); e una regolazione diretta dell’attività degli enzimi durante lo svolgimento della sequenza di reazioni.

2.1

Regolazione della sintesi delle proteine enzimatiche

Poiché sono destinate ad attivarsi in modo coordinato, le proteine che costituiscono gli enzimi di una via metabolica vengono in genere sintetizzate contemporaneamente, a livello di organuli cellulari complessi, detti poliribosomi. La molecola di RNA messaggero (mRNA) che presiede a questo processo multiplo di sintesi proteica (pertanto detta RNA poligenico o policistronico) si forma sullo stampo di un tratto di DNA in cui i geni che codificano per le diverse proteine enzimatiche possono trovarsi vicini fra loro, in un sistema di geni che prende il nome di operone. Ad esempio, nel batterio Escherichia coli si trova un complesso di tre geni, ciascuno dei quali fornisce le informazioni per la sintesi di ognuno degli enzimi necessari alla via metabolica di utilizzazione del lattosio: la galattosidasi, la permeasi e la transacetilasi. La galattosidasi scinde per idrolisi il lattosio in glucosio e galattosio; la permeasi è coinvolta nel trasporto del lattosio attraverso la membrana batterica e la transacetilasi trasferisce un gruppo acetile da una molecola di acetil CoA. Dell’operone fanno parte anche geni che non codificano per la sintesi di proteine enzimatiche, ma svolgono funzione regolativa dell’attività di quelli codificanti, inducendola o inibendola; in tal modo, esercitano un controllo indiretto sulla via metabolica in cui quegli enzimi sono coinvolti (Vedi anche Jacob, François e Monod, Jacques).

2.2

Regolazione dell’attività delle proteine enzimatiche

Alcuni passaggi delle vie metaboliche sono catalizzati da particolari enzimi che vengono detti allosterici, spesso di composizione complessa e formati da numerose subunità proteiche. Ciò che caratterizza gli enzimi allosterici è la capacità di accogliere in uno specifico sito (diverso dal sito attivo in cui si inseriscono i reagenti) una molecola, di solito di basso peso molecolare che, legandosi all’enzima, ne determina una variazione conformazionale. Se l’enzima cambia la sua forma, non riesce più ad accogliere i reagenti, e dunque la reazione non può avvenire. In genere, il composto organico capace di bloccare l’attività dell’enzima allosterico è lo stesso prodotto finale della via metabolica, che opera quindi un meccanismo di regolazione a retroazione (o a feedback) (vedi Omeostasi).

Ad esempio, nel batterio Escherichia coli vi è una via biosintetica che porta dall’amminoacido treonina all’amminoacido isoleucina. Il prodotto finale, l’isoleucina, può legarsi all’enzima allosterico che catalizza il primo passaggio della sequenza di reazioni. All’inizio del processo, le molecole di isoleucina neosintetizzate sono scarse, dunque solo poche molecole enzimatiche vengono bloccate: in tal modo, la via biosintetica procede. Gradualmente, però, il prodotto finale aumenta, quindi vi sono molte molecole di isoleucina capaci di bloccare le molecole enzimatiche: gli enzimi liberi risultano sempre meno numerosi, fino a quando la via metabolica si ferma. Dopo che l’isoleucina viene utilizzata dalla cellula, le nuove molecole di enzima allosterico prodotte possono svolgere la loro funzione catalitica, e la via biosintetica riprende.