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metabolismo  dei  grassi  e  delle  proteine

 
INTRODUZIONE


Una volta analizzato il metabolismo dei carboidrati rimangono quello delle proteine e dei grassi (o lipidi); chiaramente esistono altri tipi di metabolismi (quello idrosalino, degli acidi nucleici, ecc.) ma a scopo energetico questi tre sono i più importanti. Cercheremo quindi di analizzare come da questi altri 2 substrati si può ottenere energia; chiaramente verranno trattate solamente le reazioni che portano alla produzione di energia e non quelle relative alla sintesi od altre funzioni.


PROTEINE ED AMMINOACIDI

Le proteine

Il nome deriva dal greco proteos, primo, perché sono le sostanze fondamentali della vita, poiché hanno un ruolo chiave in quasi tutti i processi vitali del nostro corpo: il trasporto dell’ossigeno nel sangue, i muscoli, la resistenza ed il supporto alla pelle ed alle ossa, la protezione contro sostanze estranee e potenzialmente pericolose, come i virus ed i batteri. Anche la visione dei colori o il gusto dei vari sapori dipendono dalle proteine. Le oltre 100.000 proteine diverse del nostro organismo sono tutte costruite nello stesso modo: lunghe catene ripiegate composte solo da una ventina di diverse unità base, gli amminoacidi. Questi sono allineati secondo una sequenza che è specifica di ogni proteina e determinata nel patrimonio genetico di ogni persona. Gli amminoacidi si distinguono in non essenziali, che l'organismo è in grado di produrre, e essenziali, che devono essere assunti attraverso le proteine alimentari. I processi digestivi rompono le proteine e rendono gli amminoacidi disponibili ed utilizzabili dall’organismo. Possiamo trovare le proteine sia in alimenti di origine animale, come la carne, il pesce, le uova e il latte, sia in quelli di origine vegetale, i semi, i cereali ed i legumi. La quantità di proteine che dobbiamo mangiare varia secondo la nostra corporatura e la nostra età ma non dall’attività che facciamo.


Le proteine sono molecole complesse formate da tanti amminoacidi uniti da legami forti; di questi ne esistono una ventina in natura, 8 dei quali non sono sintetizzati dal nostro organismo, per cui è necessario introdurli con la dieta. A differenza dei carboidrati e dei lipidi (grassi) non hanno solo atomi di C (carbonio), H (idrogeno) e O (ossigeno), ma anche N (azoto); questo impedisce a questi di entrare nelle catene metaboliche per produrre energia. C’è quindi la necessità di eliminare l’azoto (ogni amminoacido contiene una molecola di azoto): ad ogni amminoacido (AA) esiste un enzima specifico in grado di deaminarlo: cioè staccare la molecola di N sottoforma di ammoniaca (NH3). Una volta deaminato l’amminoacido (AA) si trasformerà in un intermedio del ciclo di krebs, in Acetil Coa o in piruvato; come detto prima di AA ne esistono 20 per cui alcuni si trasformeranno in piruvato (esempio Alanina) altri in Acetil-Coa (Leucina ed Isoleucina) tramite la sola deaminazione o altre reazioni. Quello che più importa comunque è il fatto che questi AA una volta deaminati si trasformeranno in molecole in grado di entrare nella via di degradazione dei carboidrati (vedi articolo “METABOLISMO DEI CARBOIDRATI”) e quindi ricaricare l’ATP! Inoltre alcuni possano essere trasformati in piruvato (punto di partenza della gluconeogenesi) e conseguentemente in glucosio (nel fegato); questo è un processo fondamentale per il mantenimento della glicemia in particolar modo quando viene esaurito il glicogeno epatico.

Destino dell’ammoniaca: l’ammoniaca (NH3) è una molecola dannosa per il nostro organismo, per cui deve essere necessariamente eliminata. Senza addentrarci eccessivamente nelle reazioni biochimiche coinvolte basta precisare che l’NH3 viene trasportata grazie alla glutammina nei mitocondri del fegato, rilasciata, captata dal ciclo dell’Urea (4 reazioni enzimatiche); l’urea conseguentemente formata (che contiene l’NH3) verrà rilasciata nel sangue ed eliminata dai reni. Una cosa molto importante da sottolineare che contrariamente a quello che avviene per i lipidi o i carboidrati, gli amminoacidi e quindi le proteine non possono essere accumulate in depositi nel nostro corpo, per cui la quota introdotta con la dieta se è eccessiva verrà deaminata: ciò comporterà produzione di urea che se eccessiva può dare affaticamento renale e accumulo di scheletri carboniosi (AA una volta deaminati) che possono essere trasformati in acidi grassi se non utilizzati a scopo energetico. Se invece la quota introdotta con la dieta è eccessivamente bassa, il nostro corpo attingerà gli AA dalle proteine muscolari.

Dieta e proteine: per chi affronta gli sport di endurance è consigliata una quota di proteine di 1.2-1.5 g/Kg di massa magra; per chi effettua sport di potenza la quota consigliata è più o meno la stessa. C’è anche chi afferma che chi è del gruppo sanguigno “0” abbia una necessità di proteine maggiore a parità peso rispetto a chi è del gruppo “A” La quota introdotta quindi non avrà solamente scopi energetici, ma anche ricostituente: infatti la massa asciutta dei nostri muscoli è formata soprattutto da proteine. Quelle introdotte con la dieta vengono digerite nel nostro apparato digerente fino a diventare AA, successivamente questi vengono assorbiti nel sangue, trasportati nei muscoli e negli altri organi ed utilizzati per costruire le proteine del nostro corpo, come se fossero mattoni. La sintesi proteica muscolare è particolarmente intensa nel recupero di sforzi particolarmente lunghi e intensi; basta pensare ad un maratoneta, alla fine della gara (o di un allenamento intenso) con i muscoli doloranti per le microlesioni muscolari dovute agli impatti con il suolo e ai danni dei radicali liberi; la sintesi proteica in questo caso servirà per riparare i muscoli danneggiati. E’ da ricordare che la deaminazione degli AA avviene soprattutto quando sono utilizzati a scopi energetici; questo accade principalmente quando le scorte di carboidrati stanno per finire e si rende necessario quindi l’utilizzo di substrati alternativi oltre ai grassi e ai carboidrati. Nel caso di sforzi prolungati oltre le 2 ore gli AA possono fornire fino al 9-12% dell’energia totale per svolgere la gara; da qui si capisce come siano gli atleti meno allenati che fanno maggiormente uso di questo metabolismo durante la gara, anche se comunque è di minore importanza rispetto a quello dei carboidrati e dei grassi.


IPERAZOTEMIA: l’aumento dell’azoto ematico sottoforma di ammoniaca è uno d principali cataboliti della fatica: infatti quando il metabolismo degli AA diventa importante (cioè quando il glicogeno scarseggia) la deaminazione porta ad aumentare la concentrazione di ammoniaca nel sangue per i meccanismi prima citati.
A livello periferico (muscoli) lo ione ammonio inibisce la funzionalità della piruvato deidrogenasi (tappa limitante la via aerobica) e aumenta quella della PFK (provocando accumulo di acido lattico). Inoltre la produzione di urea (correlata all’aumento dell’ammoniaca) diminuisce la disponibilità cardiocircolatoria di O2 (maggiore volume respiratorio a pari Vo2 richiesto).
A livello centrale invece contribuisce a diminuire la concentrazione di ATP in alcune zone dell’encefalo aumentando invece l’attività dei carrier di trasporto del triptofano attraverso la barriera ematoencefalica accentuando la sensazione di fatica.
Altre cause di aumento dell’ammonemia: la deaminazione comunque non è l’unico fenomeno che determina aumento dell’ammonemia. Esistono altri 2 meccanismi abbastanza significativi:

1) L’attività fisica comporta uno ridistribuzione del sangue nei tessuti, accentuando il flusso nei muscoli e nel cuore; di conseguenza gli organi deputati allo smaltimento dell’ammoniaca (fegato e reni) saranno meno perfusi e la loro azione di eliminazione limitata.

2) In condizioni di uno sforzo breve ed intenso la risintesi di ATP avverrà anche attraverso questa reazione grazie all’enzima miokinasi: ADP + ADP -> ATP + AMP. All’AMP poi verrà “staccato” lo ione ammonio che andrà nel sangue. Non a caso la produzione di AMP è maggiore nelle fibre veloci (bianche) cioè quelle in grado di effettuare sforzi più violenti.

N.B.: è stato visto che l’aumento dell’ammonemia avviene in parallelo alla produzione di lattato, quindi anche nel caso di sforzi intensi.


METABOLISMO LIPIDICO

I lipidi e i grassi

I lipidi sono un gruppo di sostanze molto diverse che hanno funzioni insostituibili: i grassi sono la principale riserva di energia nel nostro corpo, immagazzinati nel tessuto adiposo, il grasso appunto; i lipidi strutturali compongono la membrana delle cellule e che ne regolano il passaggio delle sostanze necessarie; gli steroidi trasportano nell’organismo informazioni e molte sostanze utili, e regolano la contrazione di alcuni muscoli e la coagulazione del sangue. Come tutte le sostanze organiche, i lipidi sono composti principalmente da catene di carbonio ed acqua: i grassi, o trigliceridi, sono composti da tre catene legate insieme; i lipidi strutturali sono costituiti da due catene e da un altro composto che dà al lipide le sue proprietà particolari; gli steroidi hanno una struttura di base più complessa, adattata alle diverse funzioni. Quasi tutti i lipidi utilizzati sono prodotti dall’organismo stesso, tranne alcuni, detti essenziali che il nostro corpo non è in grado di costruire e che devono essere quindi introdotti con la dieta. I più importanti fra questi sono l'acido linoleico e l’acido linolenico, che si trovano in abbondanza in molti oli e grassi vegetali, come l’olio di semi o di oliva.


Molte volte si tende giustamente a sottolineare come un maratoneta debba avere una buona capacità di ossidare i lipidi a scopo energetico per poter portare a termine la gara alla velocità voluta senza incorrere in crisi (muro del 30° Km). Andremo quindi a vedere come i lipidi possono essere utilizzati a scopo energetico nella cellula muscolare. Esiste in natura una certa varietà di grassi che esplicano le varie funzioni, ma quelli che interessano a noi, cioè che sono utilizzati a scopo energetico sono i trigliceridi. Essi si trovano in molte parti del nostro corpo ma quelli che noi possiamo utilizzare a scopo energetico li possiamo soprattutto trovare:
1) Nelle cellule muscolari, in particolar modo quelle intermedie.

2) Nel sangue, veicolati dall’albumina e nelle liporpoteine plasmatiche.

3) Nel tessuto adiposo liberati dall’aumento di dell’adrenalina nel sangue.

Essi sono composti da una molecola di glicerolo e da 3 di acidi grassi (AG). Nella cellula muscolare possono entrare liberamente quando ce n’è bisogno grazie alla loro struttura idrofobica; sono poi scomposti in una molecola di glicerolo e 3 di acidi grassi (AG). Il glicerolo finisce nella glicolisi, quindi dando origine a piruvato (vedi articolo “METABOLISMO DEI CARBOIDRATI”) mentre gli AG entrano nel mitocondrio grazie ad un trasportatore (carnitina) sottoforma di Acil-Coa. E’ da ricordare che gli AG possono in media avere catene carboniose tra i 6 e 34 atomi di carbonio (i più comuni da 12 a 24) . L’AG quindi una volta trasformato in Acil-Coa entra nel mitocondrio; praticamente all’AG viene legato il coenzima-a (Coa).
B-ossidazione: via metabolica presente appunto nel mitocondrio in grado di ottenere da un Acil-Coa tante molecole di Acetil-Coa quanto è il numero di carboni dell’acil-Coa diviso 2: per esempio un Acil-Coa di 20 atomi di carbonio si trasformerà in 10 molecole di Acetil-Coa che poi potrà andare nel ciclo di Krebs (vedi “METABOLISMO DEI CARBOIDRATI”) e ricaricare 10-12 molecole di ATP per ogni Acetil-Coa. Tenendo conto del fatto che ogni molecola di glucosio è in grado di dare 2 molecole di Acetil-Coa si può capire perché in media i grassi sono in grado di fornire più energia (9 Kcal per grammo) dei carboidrati (4 Kcal per grammo).
Però i carboidrati hanno una struttura molecolare già parzialmente ossidata (C6 H12 O6) rispetto agli acidi grassi (acido palmitico: C16 H32 O2) per cui necessitano di meno ossigeno per essere completamente ossidati: infatti se ipotizzassimo di utilizzare solamente acidi grassi per la risintesi di ATP lo faremmo con una velocità di 1 Mm/Kg/min mentre con i carboidrati sempre nella via aerobica la velocità massima è di 2.5 mM/Kg/min. Infatti il grado di ossidazione di una molecola (atomi di ossigeno presenti) determina la velocità (ma non la quantità) con la quale questa può dare energia.

Lipidi o carboidrati?
I meccanismi biochimici che risiedono alla regolazione di una miscela ideale di lipidi e carboidrati per produrre energia non sono ancora del tutto conosciuti; si pensa comunque che elevate concentrazioni di Acetil-Coa dovuto alla B ossidazione tenda ad inibire parzialmente l’enzima complesso della piruvato deidrogenasi (tappa fondamentale per la produzione di energia per via aerobica dai carboidrati). Quindi quando l’ossidazione degli acidi grassi è ad un certo livello, questa indirettamente inibisce parzialmente quella dei carboidrati; questo avviene solo parzialmente in quando la concentrazione di Acetil-Coa diventa eccessiva viene inibita indirettamente tramite la produzione di Malonil Coa la B ossidazione.
I grassi bruciano al fuoco dei carboidrati!
Questa affermazione che spesso si legge nei libri di fisiologia comporta un aspetto fondamentale per gli sport di durata. L’acetil-Coa che esce dalla B ossidazione (ma viene prodotto anche dal metabolismo dei carboidrati grazie al complesso della piruvato deidrogenasi) deve entrare nel ciclo di Krebs e lo fa solamente se nel mitocondrio c’è disponibilità di ossalacetato; la concentrazione di questa molecola è direttamente proporzionale a quella di piruvato che deriva dal metabolismo degli zuccheri (vedi articolo “METABOLISMO DEI CARBOIDRATI”). Per cui una carenza di glicogeno (sottosforzo, ad esempio nel finale della maratona) comporterà una carenza di piruvato, che a sua volta determinerà un deficit di ossalacetato e quindi una diminuzione dell’efficienza del ciclo di Krebs -> minore ricarica di ATP. Quindi per ottimizzare il consumo di lipidi sottosforzo è necessario non ritrovarsi in carenza di glicogeno muscolare.
Ma quali sono le condizioni fisiologiche che permettono il maggior utilizzo di lipidi a scopo energetico?
Prima di tutto bisogna premettere che la maggior parte dei lipidi utilizzati durante lo sforzo sono quelli intramuscolari che si trovano all’interno delle cellule muscolari (non tra le fibre), soprattutto delle intermedie. Il loro utilizzo si pensa sia dovuto alla stimolazione del meccanismo adrenergico (esempio quando si è sottosforzo) ed è inibito dall’insulina (ma non durante il gesto sportivo) e dall’acidità muscolare (abbassamento del ph). Da questo si può capire come ad andature prossime a quelle della soglia anaerobica in cui è presente acidosi il metabolismo lipidico sia inibito; ricordiamo che l’acidosi è in parte dovuta alla presenza di lattato ma anche dall’idrolisi dell’ATP in ADP + P che contemporaneamente libera anche H+, responsabile dell’acidosi. Allo stesso tempo andature molto “blande” stimolano poco questo metabolismo per la scarsa attivazione del meccanismo adrenergico; ricordiamo che l’attivazione del meccanismo adrenergico è direttamente proporzionale all’intensità dell’esercizio. Allora qual è l’andatura alla quale si utilizza la maggior quantità di acidi grassi? Test effettuati su maratoneti italiani di alto livello hanno fatto concludere che la velocità ideale è quella di poco inferiore a quella della soglia aerobica (non anaerobica), cioè un’andatura leggermente inferiore (ma per dei top runner) a quella della maratona .

Lipidi e dieta
Solitamente per uno sportivo viene raccomandata una quota energetica proveniente dai lipidi nella dieta del 30% (25% se maratoneta) . Oggi sono diffuse alcune diete che si basano su percentuali molto più alte di lipidi a scapito dei carboidrati; ciò si pensa ed in parte è anche stato dimostrato, che aumenti l’utilizzo degli acidi grassi a scopo energetico favorendo quindi il dimagrimento. Un elevato utilizzo dei lipidi a scopo energetico comporta però un’elevata funzionalità della B ossidazione, producendo una quantità superiore alla norma di Acetil-Coa che poi in quelle condizioni viene trasformato in corpi chetonici indice di un aumento di acidità organica che andrebbe a sovraccaricare i reni. Il danno più grave comunque deriva dall’uso di questa dieta a lungo termine; infatti sembra che diminuisca la percentuale dei recettori GLUT 4 sulle membrane cellulari, favorendo così la comparsa del diabete tipo 2. Chiaramente gli studi su questo argomento non permettono ancora di avere delle conoscenze precise ed approfondite, per cui sarebbe meglio in ogni caso seguire una dieta equilibrata.
 ( fonte LUCA MELLI  da atleticanet)

 

 

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