Metabolismo

Le molecole più importanti dal punto di vista della regolazione delle reazioni metaboliche sono gli enzimi. Ciascuna molecola enzimatica è specifica per una determinata reazione e questa specificità è garantita dalla struttura dell'enzima stesso, che ha una conformazione complementare a quella del substrato della reazione. La complementarità tra enzima e substrato impedisce che le migliaia di molecole diverse presenti nelle cellule diano luogo a reazioni incontrollate. La presenza di un enzima consente di dare inizio a una specifica reazione chimica, ma non ne può alterare l'andamento, né la velocità.

Un altro sistema di controllo delle vie metaboliche è rappresentato dai fenomeni di retroazione (o feedback) negativa, in cui al variare di determinate condizioni si attivano meccanismi che producono un effetto opposto a quello del processo in atto. Un esempio di retroazione negativa consiste nell'inibizione di una reazione chimica, cioè della trasformazione di un substrato in un prodotto, da parte dello stesso prodotto della reazione, man mano che esso si accumula.

Le reazioni metaboliche degli animali superiori sono sottoposte anche a una regolazione di tipo nervoso e ormonale. Gli organi che concorrono a questi due tipi di regolazione sono parte del sistema nervoso e di quello endocrino e i mezzi di regolazione utilizzati sono rispettivamente gli ormoni e i neurotrasmettitori.

Negli animali, le proteine di origine alimentare vengono degradate lungo il canale digerente nei 20 tipi di amminoacidi da cui sono costituite e in questa forma vengono, quindi, assorbite dall'organismo. A questo punto gli amminoacidi vengono riutilizzati dalle cellule per sintetizzare proteine, come ormoni ed enzimi, necessarie alla funzionalità dell'organismo. Gli amminoacidi presenti in eccesso vengono, invece, degradati in semplici sostanze azotate (urea, ammoniaca e acido urico) e altri composti simili a quelli che si ottengono dal catabolismo dei carboidrati e dei grassi.

I carboidrati complessi vengono assorbiti dalle pareti del canale digerente sotto forma di zuccheri semplici, soprattutto glucosio. Mantenuto nel sangue a una concentrazione pressoché costante, il glucosio viene catabolizzato velocemente dalle reazioni della glicolisi per soddisfare il fabbisogno energetico dell'organismo. Sempre a seconda delle necessità dell'organismo, il glucosio può essere anche convertito in molecole di riserva, ad esempio in glicogeno, e immagazzinato nelle cellule del fegato e dei muscoli. Quando queste riserve sono già molto abbondanti, il glucosio viene trasformato in grassi e depositato in questa forma nel tessuto adiposo.

I grassi assunti con l'alimentazione sono per lo più trigliceridi, che durante la digestione vengono degradati a glicerolo e acidi grassi. Una volta assorbiti, questi composti vengono poi riutilizzati per sintetizzare sostanze importanti per la fisiologia cellulare, come trigliceridi, composti del colesterolo e fosfolipidi. Colesterolo e fosfolipidi hanno importanti funzioni strutturali, ad esempio nelle membrane cellulari, mentre i trigliceridi vengono immagazzinati come riserva energetica nel tessuto adiposo. Dall'ossidazione dei trigliceridi si ottengono composti del carbonio che vengono, quindi, degradati ad anidride carbonica e acqua.

Le vitamine hanno un ruolo essenziale nel metabolismo degli amminoacidi, dei carboidrati e dei grassi. Alcuni organismi, soprattutto le piante verdi, sono in grado di sintetizzare autonomamente la maggior parte di questi composti, mentre gli animali devono procurarseli con la dieta.