Ti sei mai chiesto come l’uomo riesca a realizzare performance fisiche incredibili, a volte estreme, o come alcuni animali riescano a sopravvivere digiunando per giorni, settimane o mesi interi? Le cellule del nostro organismo lavorano attraverso meccanismi molto precisi che in maniera coordinata e integrata determinano la sintesi e la degradazione delle biomolecole. Ciò permette al nostro fisico di adattarsi alle diverse condizioni ambientali, come ad esempio assenza o abbondanza di cibo. Tali processi possono essere racchiusi sotto il termine "metabolismo" e sono oggetto di studio di una branca della biochimica spesso definita bioenergetica.
Che cos’è la bioenergetica
La bioenergetica rappresenta un ramo della biochimica che si occupa dello studio di tutti i processi attraverso i quali le cellule immagazzinano, utilizzano e scambiano energia. Tra i processi cellulari che rientrano nello studio della bioenergetica affronterai nel dettaglio aspetti come i meccanismi di biosegnalazione, processi metabolici fondamentali per il nostro organismo (come la respirazione aerobica e anaerobica) ma anche per organismi diversi (come la fotosintesi clorofilliana nelle piante).
Bioenergetica: ramo della biochimica che si occupa dello studio di tutti i processi attraverso i quali le cellule immagazzinano, utilizzano e scambiano energia.
Il ruolo dell’energia in tutti i processi metabolici degli organismi viventi risulta fondamentale. A tal proposito, lo studio dei meccanismi che regolano gli scambi, la produzione e lo stoccaggio di energia rappresenta una materia fondamentale per lo studio della vita. Nelle cellule di un organismo vivente, l’energia ottenuta tramite la creazione o distruzione di legami chimici viene resa disponibile come lavoro meccanico (ad esempio per compiere attività fisica), o utilizzata per altri processi metabolici. Tutto ciò permette al nostro organismo di svolgere tutte le sue funzioni.
Organismi diversi possono utilizzare strategie differenti per ottenere energia. Ad esempio, gli organismi litotrofi sono in grado di utilizzare (ossidare) minerali come i nitrati per produrre energia. Gli autotrofi, tramite la fotosintesi clorofilliana, producono energia metabolica a partire dall’energia luminosa. Infine, gli eterotrofi (come l’uomo) consumano composti organici come i carboidrati, i grassi e le proteine, descritti nel dettaglio nell’articolo “Biomolecole”, per produrre energia metabolica.
Cenni storici
Il termine metabolismo deriva dal greco “metabolismos” che può essere tradotto come “cambiamento". I primi esperimenti sul metabolismo umano risalgono al 1600 quando Santorio Santorio pubblicò i suoi esperimenti nel libro Ars de statica medicina, in cui vennero riportati i cambiamenti di peso corporeo dello stesso autore in risposta a diverse condizioni (esempi: a riposo, dopo aver dormito o dopo aver mangiato, lavorato o digiunato). Tuttavia, l’idea che questi cambiamenti fossero regolati da processi biochimici venne sviluppata più tardi. Di fatti, le osservazioni di Louis Pasteur sulle fermentazioni degli zuccheri da parte dei lieviti (XIX secolo) e successivamente la scoperta degli enzimi da parte di Eduard Buchner (XX secolo) segnarono l’inizio della disciplina definita "biochimica" fino a raggiungere la mole di conoscenze disponibili al giorno d’oggi.
Metabolismo: insieme delle trasformazioni chimiche (anabolismo e catabolismo) che avvengono all’interno della cellula determinandone accrescimento, rinnovamento e mantenimento.
Trasformazioni energetiche
I nutrienti, processati durante i processi di digestione fino a composti organici e successivamente a componenti elementari come zuccheri semplici, aminoacidi e acidi grassi, vengono demoliti in molecole ancora più semplici in sequenze di step metabolici caratteristici di ogni singolo composto e racchiusi sotto il nome di respirazione cellulare. Questi processi hanno l’obiettivo di produrre energia metabolica per la cellula.
Questa catena di reazioni nel nostro organismo avviene normalmente in presenza di ossigeno ottenuto attraverso il processo della respirazione polmonare (respirazione aerobica), ma in alcuni casi può avvenire anche in assenza di ossigeno (respirazione anaerobica). La respirazione anaerobica (assenza di ossigeno) è comune a procarioti ed eucarioti e rappresenta una via metabolica importante e molto antica.
Le vie metaboliche che incontrerai nei prossimi articoli sono:
Il ruolo dell’adenosina trifosfato (ATP)
L’ATP rappresenta una molecola fondamentale nei processi biochimici metabolici. Essa è la molecola con cui viene temporaneamente immagazzinata l’energia ottenuta dalla respirazione cellulare. Molti considerano questo composto una “moneta energetica di scambio” dell’organismo.
ATP: adenosina trifosfato, è un ribonucleotide composto da una base azotata (adenina), dal ribosio (zucchero pentoso) e da tre gruppi fosfato.
Bioenergetica - Punti chiave
Le cellule del nostro organismo lavorano attraverso meccanismi molto precisi che in maniera coordinata e integrata determinano la sintesi e la degradazione delle biomolecole. Questi processi vengono studiati dalla bioenergetica, una branca della biochimica, e rientrano nel termine di metabolismo.
Il ruolo dell’energia in tutti i processi metabolici degli organismi viventi risulta fondamentale.
Organismi diversi possono utilizzare strategie differenti per ottenere energia.
I nutrienti, processati tramite la digestione e l'assorbimento, hanno l’obiettivo di produrre energia metabolica per la cellula.
Esistono diverse vie metaboliche, accomunate dall’obiettivo di produrre energia per la cellula.
L’ATP rappresenta una molecola fondamentale nei processi biochimici metabolici ed è considerata una “moneta energetica di scambio” del nostro organismo.
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