I processi metabolici devono essere regolati con precisione; in questo modo vengono garantite le funzionalità dell’organismo nelle varie condizioni.
La regolazione del metabolismo avviene secondo il principio di massima economia: vengono prodotte o degradate soltanto le sostanze effettivamente necessarie; la cellula, così, non effettua sprechi di molecole indispensabili.
Tre sono i meccanismi generali per regolare il metabolismo:
- controllo dell’attività degli enzimi che catalizzano le reazioni metaboliche
- controllo delle concentrazioni degli enzimi
- compartimentazione dei substrati e degli enzimi e quindi delle vie metaboliche
Il primo meccanismo è piuttosto rapido ed avviene tramite il controllo dell’attività dell’enzima che catalizza la reazione più lenta (reazione chiave o tappa chiave); l’attività di questo enzima, detto enzima chiave è finemente regolata attraverso l’allosterismo, modificazioni covalenti o inibizione enzimatica. Nell’allosteria (o allosterismo) la regolazione della velocità di una reazione enzimatica avviene tramite il legame di una molecola, detto effettore, a un sito specifico dell’enzima, il sito allosterico, diverso dal sito attivo (quello a cui si lega il substrato). Quando l’effettore si lega al sito allosterico, viene modificata leggermente la struttura dell’enzima e, di conseguenza, l’affinità per il substrato. Le variazioni di conformazione sono reversibili e fondamentali per la regolazione dei processi cellulari. Le vie metaboliche, ad esempio, possono essere controllate da meccanismi di feedback: nel feedback negativo il prodotto finale della reazione (effettore allosterico negativo/inibitore) inibisce gli enzimi all’inizio della via metabolica.
Il secondo meccanismo è più lento: la concentrazione intracellulare di un enzima può variare bilanciando la biosintesi con la degradazione intracellulare dell’enzima stesso. Questo tipo di controllo, normalmente, viene effettuato tramite regolazione mediata da molecole segnale come gli ormoni (prodotti da organi chiamati ghiandole endocrine, ad esempio tiroide, timo, ghiandola surrenale, pancreas…)
Nel terzo meccanismo avviene la compartimentazione in specifici siti cellulari degli enzimi e dei substrati che partecipano alla reazione; la loro concentrazione nelle varie sedi dipende anche dall’efficienza dei sistemi di trasporto attraverso le membrane (basti ricordare che la glicolisi avviene nel citosol, la decarbossilazione ossidativa del piruvato e il ciclo di Krebs, nella membrana interna mitocondriale, la catena respiratoria e la fosforilazione ossidativa nella membrana interna dei mitocondri e nella matrice mitocondriale).
bibliografia:
Brady, Senese, Dal carbonio al biotech – Zanichelli
Sadava D., Heller C., – Biologia. Dalle cellule agli organismi Blu – Zanichelli
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