Limitandoci a considerare solo gli organismi animali questi materiali sono rappresentati, oltre che dall'ossigeno, dall'acqua e dai sali minerali, anche da sostanze organiche le quali, nella maggior parte, sono costituite dai tre principi alimentari fondamentali: i glicidi, i lipidi e i protidi. Tutte queste sostanze dopo la loro utilizzazione vengono, più o meno modificate, restituite all'ambiente (excreta).
Con i principi alimentari organici gli animali in
troducono anche una certa quantità di energia chimica, che in quelli è contenuta e che è l’unica forma di energia di cui essi possono disporre, a differenza delle piante che nel loro m. hanno anche a disposizione l’energia raggiante luminosa del sole.
Comparando gli ingesta e gli excreta si constata che le sostanze organiche introdotte dagli animali sono nella massima parte eliminate in una forma chimica molto più semplice; i glicidi ed i lipidi sotto forma di acqua, anidride carbonica, i protidi anche come urea, acido urico, creatina ecc. Ora, dal punto di vista energetico, gli excreta o sono completamente privi di energia chimica (H₂O, CO₂), o il residuo di energia chimica, che ancora in essi rimane, come nel caso dell’urea, è molto inferiore al contenuto di energia dei principi alimentari da cui quelli sono derivati.
Nel m. si distingue innanzi tutto una fase preliminare, la fase digestiva, nella quale gli ingesti introdotti vengono nel tubo digerente modificati chimicamente così da divenire assorbibili.
I protidi durante i processi della digestione nel mentre si trasformano in sostanze assai semplici (amino-acidi) di facile assorbimento, perdono contemporaneamente il carattere di specificità, cioè vengono in essi cancellati i contrassegni, che ogni proteina mantiene, della specie animale o vegetale dalla quale essa proviene. Alla fase digestiva fa poi seguito la fase del m. intermedio, nella quale le varie sostanze chimiche, che sono penetrate nelle cellule dei singoli tessuti, vengono, attraverso complessi processi chimici, da queste utilizzate per l’esplosione delle loro specifiche funzioni. Questi materiali che le cellule utilizzano sono rappresentati dalle sostanze assorbite dall’intestino, dai prodotti preparati da determina organi per essere ulteriormente elaborati da altri organi e dall’ossigeno ceduto dal sangue; essi complessivamente si chiamano anaboliti. Finalmente si ha la fase terminale del m. che consiste nella eliminazione dei prodotti ultimi del m. intermedio, i quali, non essendo più utilizzati (cataboliti), devono essere rimessi nell’ambiente esterno. L’insieme degli anaboliti e dei cataboliti è detto complessivamente metaboliti.
I processi chimici che intervengono nella fase digestiva del m. consistono in scissioni idrolitiche dei legami tra carbonio e ossigeno e tra carbonio e azoto presenti nei principi alimentari organici. In questi processi si semplificano idrolitica vi ha scarsa liberazione di energia, perché i prodotti della digestione hanno quasi lo stesso contenuto energetico dei principi alimentari originari. Invece i complessi processi chimici del m. intermedio sono caratterizzati da modificazioni chimiche molto profonde, perché un notevole numero di tali processi consiste nella scissione dei legami tra carbonio e carbonio degli anaboliti; con ciò si ha distruzione dello scheletro carbonioso delle sostanze organiche e liberazione più o meno completa dell’energia chimica in quelle contenute.
Queste demolizioni durante il m. intermedio sono in generale dovute a processi di ossidazione. Quando in queste demolizioni prende parte l’ossigeno, che il sangue porta alle cellule, si arriva alla formazione di prodotti finali estremamente semplici (acqua e anidride carbonica) con liberazione totale dell’energia chimica. Il complesso delle scissioni che si compiono nel m. intermedio contengono le particelle dell’ossigeno costituisce la cosiddetta restipolazione cellulare. Durante il m. intermedio demolizioni degli anaboliti possono avvenire anche in assenza di ossigeno (scissioni anosidattive). In questo caso le demolizioni sono meno profonde e minore è la quantità di energia chimica messa in libertà. L’insieme delle scissioni anosidattive del m. intermedio costituisce ciò che comunemente si chiama fermentazione. Scissioni ossidattive ed anosidattive non si escludono reciprocamente. Spesso le prime sono precedute dalle seconde. Nel muscolo, p. es., la scissione del glicogene fino ai prodotti finali CO₂ e H₂O viene completata dalla partecipazione dell’ossigeno dopo che la demolizione del glicogene era già stata iniziata mediante una serie di demolizioni intermedie anossidative (glicosi).
Però non è a credere che il m. intermedio consista solo in processi di scissione; questi, almeno negli animali, sono solo prevalenti, ma accanto ad essi si verificano anche complessi processi di sintesi, i quali sono necessari per la costruzione dei protoplasmi durante l’accrescimento e per le riparazioni delle usure di questi durante l’esercizio delle loro funzioni. Processi di sintesi si rendono necessari anche per l’elaborazione dei prodotti delle secrezioni interne ed esterne. In questi processi di sintesi e di ricostruzione viene consumata energia chimica che, in quantità più o meno notevole, viene accumulata nei prodotti delle sintesi; e, poiché anche il m. soggiacce alla legge della conservazione dell’energia, l’energia necessaria allo svolgimento di processi di sintesi viene ricavata utilizzando parte di quella liberata durante i contemporanei processi metabolici di scissione.
Per lo studio del m. intermedio, oltre che la conoscenza delle sostanze chimiche iniziali e finali del m. stesso, occorre anche la conoscenza delle diverse sostanze chimiche intermedie, nelle quali un determinato principio alimentare si trasforma prima di essere eliminato. È questo il compito più arduo per il biochimico, perché i prodotti del m. intermedio si preparano e si elaborano nel microscopico, complesso e delicato laboratorio chimico cellulare, non solo, ma perché le successive trasformazioni di questi prodotti sono spesso rapidissime, essendo molti di essi rappresentati da sostanze instabili o comunque molto reattive. Tuttavia le nozioni sul m. intermedio si sono molto approfondite in quest’ultimo ventennio. Vi ha contribuito, più che il notevole perfezionamento delle tecniche di ricerca, lo sviluppo vertiginoso di una branca della biochimica, l’emzimologia, al quale sviluppa il progresso delle conoscenze del m. intermedio era subordinato. Infatti, una volta isolati numerosissimi emizimi ed una volta conosciuta la costituzione della parte attiva di molti di essi (coenzimi), si è potuto stabilire, in parecchi casi, anche il meccanismo d’azione degli emizimi ed il modo con cui sono coordinati nella loro azione. E poiché gli emizimi sono gli strumenti, di cui si servono le cellule nell’effettuazione del loro lavoro metabolico, il biochimico, perché gli sviluppi dell’emzimologia, è venuto in possesso di questi stessi strumenti ed ha potuto impiegarli in opportune condizioni sperimentali. Al grande moderno sviluppo delle attuali conoscenze sul m. intermedio ha anche contribuito l’impiego degli isotop
i. Sommini-strando ad un animale una sostanza, — che può essere un determinato principio alimentare od un supposto prodotto intermedio del suo m
nella quale, mediante opportune sintesi, si è introdotto un isotopo stabile (H, N¹⁴, C¹³) oppure un isotopo radioattivo (C¹⁴, P³², S³³, J¹⁸), questa sostanza così marcata, può essere seguita nelle sue trasformazioni metaboliche e nelle sue perce-gnazioni nell’organismo fino alla sua eliminazione. Il metodo degli isotopi ha il vantaggio di permettere di operare in animali in condizioni fisiologiche e non su soli organi isolati, o su frammenti o estratti di organo, come si era generalmente fatto in precedenza.Le rapide, fondamentali conquiste della biochimica nell’ambito del m. intermedio si sono fatte risentire immediatamente anche nella patologia, portando luce sulla eziologia di molte malattie del ricambio, che prima apparivano completamente oscure, nella fisiologia, chiarendo il chimismo che è a substrato di ogni funzione, e nella farmacologia, facilitando l’interpretazione del meccanismo d’azione di molti farmaci.