Energia nel corpo umano

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1 ll corpo umano ha bisogno di una certa quantità di Energia che dipende da diversi fattori quali la corporatura, il tipo e la quantità di lavoro effettuato, eccetera. Si definisce bisogno energetico basale quello che serve per mantenere la massa corporea ed effettuare le attività cellulari di base quali riparare i tessuti, effettuare le reazioni chimiche indispensabili, effettuare le attività vitali minime necessarie (respirare, attività cardiaca di base, attività cerebrale di base) quando il corpo è a riposo completo sia fisico che psichico. Il fabbisogno energetico basale medio per un individuo di media corporatura è di 7531,2 kj. Se siamo impegnati in attività fisiche o sotto stress psichico, il fabbisogno aumenta. In base all'attività si possono avere fabbisogni che vanno da KJ fino a oltre kj. Ad esempio, un uomo di 30 anni, 80 kg di massa corporea e 180 cm di altezza che lavora in ufficio 8 ore, si occupa delle pulizie della casa, fa sport e dorme 8 ore al giorno ha un fabbisogno giornaliero medio di kj. Una ragazza di 16 anni, 50 Kg di massa corporea, 160 cm di altezza che dorme 8 ore, resta in piedi o seduta sul bus, è seduta a scuola dove usa moderatamente i muscoli delle braccia per scrivere, non fa le pulizie di casa, fa due ore di sport giornaliero, ha un fabbisogno medio di kj. Dove prendiamo questa energia? L energia viene presa dagli alimenti ed è contenuta nei legami chimici che l apparato digerente rompe quando scompone gli alimenti complessi in nutrienti semplici. Le nostre cellule, con la respirazione cellulare compiono una trasformazione dei nutrienti per ottenere energia chimica che viene racchiusa nei legami chimici della molecola di ATP. Nell immagine avete la molecola di ATP costituita dalla base azotata adenina, dallo zucchero ribosio e da tre gruppi fosfato i cui legami sono molto energetici, in particolare quello fra secondo e ter zo gruppo fosfato. Quando il glucosio (fonte principale di energia chimica per le cellule) Viene degradato, l energia liberata viene utilizzata per legare il fosfato inorganico all ADP. Si libera una molecola di acqua (reazione di condensazione). 1

2 Quando la cellula ha bisogno di energia, il gruppo fosfato viene staccato per idrolisi dall ATP utilizzando una molecola di acqua. L'energia così ottenuta viene trasformata in altre forme di energia. Prevalentemente in calore che si disperde verso l esterno. In effetti il rendimento medio del corpo umano è del 25%. In altre parole un quarto dell'energia serve per svolgere il lavoro mentre i tre quarti rimanenti vengono dispersi come calore. Il 25% di energia utilizzata per svolgere lavoro viene trasformata in energia meccanica, generalmente energia cinetica ossia energia di movimento. Una piccola parte viene anche trasformata in energia elettrica per il funzionamento del sistema nervoso. Le fonti di energia per il lavoro muscolare sono sostanzialmente 3 e sono tutte legate comunque alla respirazione cellulare. La prima fonte è la fosfocreatina, un composto chimico presente nei muscoli che viene idrolizzato in creatina e gruppo fosfato. L energia liberata viene usata per unire un fosfato all'adp e ottenere ATP. L ATP viene usata per il lavoro muscolare. Questa fonte permette un impiego rapido dei muscoli senza respirare per secondi. È la fonte principali per gli sforzi brevi e intensi quali l alterofilia o le corse brevi (100 metri piani ad esempio). È utile anche per lo sforzo iniziale di una corsa lunga. 2

3 Nell'immagine precedente le formule chimiche della fosfocreatina e della creatina. Nell immagine seguente la reazione, permessa dall enzima creatina kinasi, che porta alla formazione di ATP partendo dalla fosfocreatina. Se lo sforzo muscolare dura più a lungo dei secondi, interviene la seconda fonte che è il glucosio tramite la respirazione cellulare. Nella respirazione cellulare, il glucosio entra nelle cellule superando la membrana cellulare e, nel citoplasma, viene tagliato in due con l'utilizzo di 2 ATP. Si ottengono due molecole di piruvato e 4 ATP per ogni molecola di glucosio con un guadagno netto di 2ATP. Questa reazione si chiama glicolisi. Le 2 molecole di piruvato entrano nei mitocondri dove vengono avviate a una serie di reazioni chimiche chiamate ciclo di Krebs. ln questo ciclo vengono utilizzate 6 molecole di O 2 e vengono liberate 6 molecole di CO2 e 6 molecole di H2O. Vengono prodotte anche 36 ATP. Questi dati sono riferiti a 2 molecole di piruvato. Nell'immagine seguente avete le tappe della glicolisi La glicolisi avviene in nove tappe suddivise in due fasi: una fase preparatoria, in cui sono consuma te due molecole di ATP, e una fase di recupero energetica che produce 4 ATP e 2 NADH + 2H+ Il guadagno energetico effettivo è di 2 ATP e 2 NADH 3

4 Nell'immagine seguente avete il ciclo di Krebs Il ciclo di Krebs produce direttamente 1 ATP quando ritrasforma l GTP in 1 GDP, 3 NADH 2 e 1 FADH2. Questi ultimi finiscono nella catena di elettroni dove producono le ATP mancanti (chiamata anche fosforilazione ossidativa, avviene nei mitocondri). 4

5 Quando lo sforzo ritorna intenso, alla fine di una gara, la glicolisi aumenta mentre la respirazione cellulare non riesce a seguire. Di fatto con la glicolisi si ottengono 10 volte più molecole di ATP al secondo, per questo viene usata per lo sforzo finale. Si accumula del piruvato nel citoplasma. ll piruvato è tossico e il muscolo lo trasforma con la fermentazione lattica in lattato. Per questo motivo, al termine di uno sforzo prolungato abbiamo male ai muscoli e respiriamo affannosamente. Dobbiamo convertire il lattato (causa della pesantezza e del dolore muscolare) in ATP degradandolo con la respirazione cellulare (causa del respiro affannoso). Questa ATP prodotta al termine dello sforzo viene usata per riconvertire la creatina in fosfocreatina ricostituendo la situazione iniziale. 5