Capire il metabolismo cellulare è essenziale per affrontare con successo molte domande di biologia per il test d’ingresso a medicina.
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In questo articolo facciamo un salto nel mondo della scienza! Se vuoi approfondire e avere un quadro completo di questi argomenti puoi dare un’occhiata alla nostra fantastica playlist su YouTube in cui spieghiamo i concetti base del metabolismo cellulare in pochi minuti.
Che cos’è il metabolismo cellulare?
Una piccola panoramica prima di entrare in questo ramo della bioenergetica.
Le cellule (affamate come te dopo 3 spritz di aperitivo) assimilano i nutrienti di cui hanno bisogno e li scompongono in forme utilizzabili e utili alla creazione di energia. Questa trasformazione è chiamata metabolismo cellulare ed è composta da una complessa rete di processi delle vie anaboliche e cataboliche.
Giusto per intenderci: i percorsi anabolici vengono utilizzati per costruire molecole, mentre i percorsi catabolici hanno il compito di abbatterle per rilasciare energia.
Tutte le reazioni che avvengono nella cellula non potrebbero esserci se non ci fosse un vettore energetico-chimico che alimenta i processi metabolici delle cellule. Stiamo parlando della vera protagonista del nostro viaggio: la molecola di ATP.
Conosciuta anche come adenosina trifosfato, questa sostanza è essenziale nelle nostre cellule.
Senza di essa non sarebbero possibili le reazioni di ossidoriduzione (redox per gli amici) e tanti altri processi che affronteremo man mano che accumuli abbasta punti esperienza per sbloccare il livello successivo 🕹🧮.
Comprendere le reazioni redox può aiutarti a capire meglio come le cellule usano l’energia. Ossidare e ridurre sono due parti importanti dei processi del metabolismo cellulare perché permettono il trasferimento di elettroni tra due molecole e alimentano gli scambi di energia.
Per non farci mancare nulla, bisogna aggiungere che la produzione di ATP è differente nelle cellule. Questa diversità deriva dal modo in cui gli organismi producono e conservano le molecole di ATP.
Infatti, distinguiamo gli organismi autotrofi dagli organismi eterotrofi. I primi usano la fotosintesi per produrre i nutrienti di cui hanno bisogno e immagazzinare ATP, i secondi ottengono ATP da composti organici consumati da altri organismi.
Anabolico o Catabolico? Questo è il dilemma
Iniziamo a fare qualche passo nel mondo del metabolismo cellulare e capiamo meglio la differenza tra processi anabolici e catabolici. Vi assicuriamo che è meno drammatico di quanto sembri.
Il catabolismo riguarda i processi di demolizioni delle molecole organiche in sostanze più semplici da assimilare. Tale processo richiede la produzione di ATP e viene utilizzato per abbattere i nutrienti e rilasciare energia.
Alcuni esempi di catabolsimo sono: la glicolisi, l’idrolisi delle macromolecole e la respirazione cellulare. Questi processi fanno parte delle reazioni esorgoniche. Ciò vuol dire che liberano energia, che sarà poi utilizzata dalla cellula.
L’anabolismo riguarda le reazioni di sintesi, che sono preposte a creare bio-molecole ad alto contenuto energetico. Questo significa che attraverso il consumo di ATP partiamo da molecole semplici per poi arrivare a unità più complesse. I processi anabolici fanno parte delle reazioni endoergoniche e ciò vuol dire che necessitano del consumo di energia.
Alcuni esempi sono la fotosintesi clorofilliana e la sintesi delle macromolecole.
ATP: il motore del metabolismo cellulare
La molecola di ATP, o adenosina trifosfato, è essenziale per alimentare i processi del metabolismo cellulare. Funzione come una moneta per lo scambio di energia.
Ma come viene prodotta? E visto che è una moneta, è possibile rubarla chiudendosi nella zecca di stato delle cellule per poi ridarla al popolo e vivere costantemente energizzati? Ovviamente no 💪🙁
Ma non perdiamoci d’animo!
L’ATP vede la sua creazione attraverso una reazione di condensazione tra una molecola di ADP (adenosindifosfato) e un gruppo fosfato. Perché ciò avvenga, è richiesto il consumo di energia da parte della cellula.
Quando l’ATP viene idrolizzato, l’energia viene rilasciata e può essere utilizzata dalle cellule per svolgere molte funzioni del metabolismo cellulare (come la sintesi di proteine, la produzione di energia, ecc.). L’approvvigionamento di sostanze organiche segue un meccanismo diverso in base agli organismi, che possiamo distinguere in autotrofi ed eterotrofi.
Gli organismi autotrofi sono in grado di prelevare anidride carbonica, acqua e altre sostanze inorganiche dall’ambiente in modo autonomo per poi trasformarle in sostanze più semplici e organiche. Per esempio, le piante sono organismi foto-autotrofi perché sfruttano la luce solare per organicare il carbonio.
Gli organismi eterotrofi al contrario non sono autonomi nel trasformare le sostanze inorganiche in organiche. Ciò significa che devono prelevare le sostanze nutritive dall’ambiente esterno e per questo appartengono a tale gruppo tutti gli animali, i funghi, i protisti e i procarioti.
Reazioni Redox: come funziona la chimica del metabolismo cellulare
Molte reazioni del metabolismo cellulare sono reazioni di ossidoriduzione in cui abbiamo:
- un agente riducente, cioè l’elemento che perde uno o più elettroni (ossidazione) 🪫
- un agente ossidante, cioè l’elemento che acquista uno o più elettroni (riduzione) 🔋
È proprio attraverso il processo di ossidoriduzione che il glucosio assunto dalle cellule viene processato per creare ATP, che verrà ossidato. Al contrario, l’ossigeno sarà ridotto e per questo i processi di ossidoriduzione sono chiamati anche reazioni redox (ox = ossigeno).
I processi metabolici più importanti utilizzati dalla cellula per ossidare il glucosio e sfruttare l’energia ricavata sono: la glicolisi, la respirazione cellulare e la fermentazione.
La glicolisi è una reazione anaerobica, che avviene nel citoplasma in assenza di ossigeno. Dopo tale processo abbiamo due reazioni differenti, a seconda che le condizioni siano in presenza o in assenza di ossigeno. Queste sono rispettivamente la respirazione cellulare e la fermentazione.
Attività aerobica e anaerobica: come cambia il metabolismo cellulare
Come abbiamo visto, la disponibilità di ossigeno è fondamentale nel metabolismo cellulare.
Infatti in assenza di ossigeno avviene la glicolisi. Tale processo è diviso in due fasi: preparazione e rendimento.
Nella fase di preparazione vengono utilizzate due molecole di ATP con il consumo netto di energia. Nella fase di rendimento vengono generate quattro molecole di ATP, due di NADH e due di acqua (H2O).
Dopo la glicolisi abbiamo un altro processo metabolico, che avviene in assenza di ossigeno (anaerobico). Parliamo della fermentazione.
Questo processo non contribuisce a produrre ATP e può essere di due tipi: fermentazione lattica e fermentazione alcolica.
Per intenderci: la fermentazione lattica è quella fase del metabolismo cellulare per cui viene generato acido lattico nel corpo dopo aver fatto attività fisica.
Ciò accade perché l’ossigeno è ridotto e le cellule sono in una condizione di stress (tipo te quando vuoi beccare i tuoi amici e dici che stai arrivando, ma sei ancora a casa in pigiama 🛀).
Infine la respirazione cellulare è un processo metabolico fondamentale ed è composto da tre fasi: la sintesi dell’acetil CoA, il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa.
La sintesi dell’acetil CoA avviene nella matrice del mitocondrio, mentre il ciclo di Krebs può avvenire nel mitocondrio (eucarioti) o nel citoplasma (procarioti).
La fosforilazione ossidativa è il processo livello god del metabolismo cellulare perché avviene in modo ubiquitario in tutti gli organismi aerobi (cioè quelli che usano l’ossigeno per produrre energia).
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Come puoi vedere, conoscere i processi e i protagonisti dei processi del metabolismo cellulare ti aiuta a capire meglio la biologia e a ragionare sull’argomento senza difficoltà 🧠
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