Metabolismo Cellulare e Colture: Funzioni, Vie Metaboliche e Applicazioni Biotecnologiche

Il Metabolismo Cellulare: Funzioni, Vie e Regolazione

Il metabolismo è l'insieme di reazioni chimiche delle biomolecole e svolge tre funzioni principali:

• Ricavare energia per la cellula degradando i nutrienti o trasformando forme di energia (es. luce solare).
• Convertire i nutrienti in molecole utili alla cellula.
• Sintetizzare macromolecole e polimeri a partire dai precursori.

È diviso in catabolismo (che rilascia energia) e anabolismo (che richiede energia). Le reazioni cataboliche sono esoergoniche e l'energia rilasciata è immagazzinata sotto forma di ATP; quelle anaboliche sono endoergoniche e avvengono grazie all'ATP che, idrolizzandosi ad ADP, libera energia.

L'energia per produrre lavoro nei processi metabolici è definita "energia di Gibbs (ΔG)". Se ΔG < 0, la reazione è esoergonica; se ΔG > 0, è endoergonica.

Queste reazioni sono coordinate dalle vie metaboliche, sequenze di reazioni chimiche in cui il prodotto di una è il reagente di quella successiva. Le vie metaboliche convergenti partono da molti substrati e producono poche molecole semplici (es. la glicolisi, principale via catabolica dei carboidrati), portando alla formazione dell'acetil-CoA che alimenta il ciclo di Krebs. Le vie divergenti, invece, sono le vie anaboliche che partono da pochi precursori e originano molecole complesse.

L'ATP è una molecola ad alta energia di idrolisi: quando uno dei legami fosfato-fosfato è idrolizzato, rilascia molta più energia rispetto all'idrolisi di un normale legame covalente.

Metabolismo dei Carboidrati: Glicolisi e Processi Correlati

Il Metabolismo dei Carboidrati è l'insieme delle vie metaboliche in cui è coinvolto il glucosio e comprende processi sia catabolici che anabolici:

• Processi Catabolici:
  • Glicolisi: degrada il glucosio a piruvato.
  • Via dei Pentoso Fosfati: degrada il glucosio a piruvato.

  Il piruvato può successivamente andare incontro a fermentazione o metabolismo terminale.

• Processi Anabolici:
  • Gluconeogenesi
  • Glicogenosintesi
  • Glicogenolisi

La Glicolisi è la principale via metabolica tramite cui la maggior parte degli organismi demolisce la molecola del glucosio per ricavare energia. Avviene nel citoplasma e, partendo da 6 atomi di carbonio (C), si ottengono 2 molecole di piruvato a 3 atomi di carbonio. Il processo riduce 2 molecole di NAD⁺ in NADH + H⁺ e fornisce energia per formare 2 molecole di ATP.

Coltura Cellulare: Tipi e Applicazioni Biotecnologiche

La Coltura Cellulare serve ad aumentare il numero di cellule modificate geneticamente e che svolgono precise funzioni. Si distinguono tre tipi principali:

• Cellule Vegetali: le quali possono generare piante pluricellulari partendo da una singola cellula (totipotenza). Il gene d'interesse viene inserito nel DNA delle cellule, ottenendo per ognuna di esse una foglia geneticamente modificata con la caratteristica desiderata.
• Cellule Animali: si usano per produrre molecole con proprietà terapeutiche o anticorpi monoclonali, per testare la sicurezza e l'efficacia dei composti farmaceutici e per valutare la tossicità di alcuni composti.
• Cellule Staminali Embrionali (ES): un particolare tipo di cellule umane con molte potenzialità, come la produzione di cellule per sostituire quelle degenerate.