Il catabolismo è quell’insieme di processi metabolici in cui molecole complesse sono trasformate in molecole più semplici con liberazione di energia che è assunta dall’organismo.
Esempi di reazioni cataboliche sono la trasformazione di polisaccaridi in monosaccaridi, di acidi nucleici nelle loro basi e zuccheri, delle proteine in amminoacidi.
Catabolismo dei carboidrati
I carboidrati sono costituiti da monosaccaridi come glucosio, fruttosio, arabinosio e quelli edibili presentano da 2 a 10 unità monomeriche. Durante il processo catabolico essi sono trasformati, tramite reazioni enzimatiche, nei monomeri costituenti. Essi a loro volta in presenza di ossigeno danno luogo alla formazione di biossido di carbonio, acqua e energia. La reazione procede in molti stadi in cui l’energia viene trasferita all’ADP per dare ATP.
Nel catabolismo il glucosio è degradato a piruvato impiegando 2 molecole di NAD+ che si trasformano in NADH e 2 molecole di ADP che si trasformano in ATP. La reazione che avviene in molti stadi ed è piuttosto complessa può essere così schematizzata:
glucosio + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
Il piruvato ottenuto in condizioni anaerobiche può essere decomposto in lattato tramite la fermentazione lattica con sviluppo di energia mentre, in condizioni aerobiche è convertito in acetilCoA che partecipa al ciclo di Krebs.
Il glucosio in eccesso è immagazzinato come riserva energetica nel fegato e nei muscoli scheletrici come il complesso polimero di glicogeno, oppure è convertito in grasso (trigliceride) nelle cellule adipose.
Catabolismo delle proteine
Le proteine sono molecole polimeriche costituite da amminoacidi pertanto il catabolismo delle proteine consiste nell’ottenimento degli amminoacidi di cui esse sono costituite.
Le proteine sono degradate tramite l’azione di una varietà di enzimi.
Gli amminoacidi derivanti dalla digestione delle proteine possono partecipare alla sintesi proteica o essere deaminati e il loro scheletro carbonioso può essere utilizzato per produrre energia.
L’ammoniaca derivante dalla deaminazione degli aminoacidi è tossica e non può essere usata per produrre energia pertanto convertita in urea durante il ciclo dell’urea.
Il meccanismo più comune di deaminazione avviene in due fasi: nella prima il gruppo amminico dall’amminoacido in questione è trasferito all’acido α-chetoglutarico (un metabolita del ciclo di Krebs) con formazione del chetoacido corrispondente all’amminoacido e l’acido glutammico. Nel secondo passaggio l’acido glutammico prodotto è deaminato.
Alla fine di questo processo i prodotti sono α- chetoacidi e ammoniaca. L’ammoniaca è convertita in urea, mentre i chetoacidi sono convertiti in metaboliti della glicolisi o del ciclo di Krebs ed utilizzati per produrre energia.
Catabolismo lipidico
Il catabolismo lipidico comporta l’ossidazione degli acidi grassi per generare energia o per sintetizzare nuovi lipidi costituiti da molecole più piccole. Il metabolismo lipidico è associato al metabolismo dei carboidrati, in quanto i prodotti del glucosio (come l’acetilCoA) possono essere convertiti in lipidi.
Per ottenere energia i trigliceridi vengono scissi in acidi grassi e glicerolo durante la lipolisi. Gli acidi grassi sono ossidati in acetilCoA che è utilizzato nel ciclo di Krebs.
Se dall’ossidazione degli acidi grassi si ottiene un eccesso di acetilCoA . Esso è trasformato nei corpi chetonici tramite la chetogenesi. I corpi chetonici sono costituiti da acetone, acido 3-ossobutanoico e acido 3-idrossibutanoico. Mentre l’acetone viene eliminato con la respirazione i due acidi possono essere ossidati nel ciclo dell’acido citrico per produrre energia.