Bioenergetica e Metabolismo

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1 Bioenergetica e Metabolismo Anabolismo Comprende quel complesso di reazioni enzimatiche, definito anche BIOSINTESI che permette all'organismo di utilizzare i principi nutritivi introdotti con gli alimenti per la sintesi delle molecole complesse. 1

2 Anabolismo Produzione di: riserve energetiche enzimi ormoni formazione dei tessuti mantenimento strutturale e funzionale dell organismo. Anabolismo Le reazioni anaboliche di biosintesi sono prevalentemente endoergoniche richiedono, cioè, un apporto di energia. Possiamo dire che i processi anabolici spendono l energia prodotta dai cicli catabolici e immagazzinata sotto forma di molecole ATP. 2

3 Anabolismo Esistono alcuni intermedi comuni ai due aspetti del metabolismo e, come abbiamo già introdotto, lo stesso ciclo di Krebs,, la fornace catabolica comune a tutte le vie aerobiche, ha la caratteristica di poter dar vita a reazioni di biosintesi, pertanto viene definito come una via ANFIBOLICA Anabolismo L'anabolismo comprende i seguenti processi: Sintesi dei carboidrati. Sintesi dei lipidi. Sintesi delle proteine. Duplicazione e Replicazine dell acido desossiribonucleico (DNA). Sintesi dell'acido ribonucleico (RNA). 3

4 Sintesi dei Carboidrati GLUCONEOGENESI GLICOGENOSINTESI Sintesi dei Carboidrati GLUCONEOGENESI Fegato Glucosio Lipidi Lipolisi Glicerolo Glucosio AT P AD P Gluconeogene Piruvato si Proteine Proteolisi Amminoacidi Glucogenetici Glicolisi Piruvato Fermentazione Lattato Acidi Grassi b-ossidazione Ciclo di Krebs 4

5 Sintesi dei Carboidrati GLICOGENOSINTESI Attivazione del Glucosio Catene Lineari Ramificazioni Sintesi dei Carboidrati GLICOGENOSINTESI Accumulato nei muscoli scheletrici e nel fegato in un rapporto di circa 4:1. In un uomo adulto di 70 Kg ben nutrito 300 gr nei muscoli 100 gr nel fegato 5

6 Sintesi dei Carboidrati GLICOGENOSINTESI La quantità di glicogeno accumulata varia in base alla dieta Digiuno di 24 ore o dieta ipoglucidica le scorte di glicogeno si riducono drasticamente. Carico glicemico, fino al doppio di glicogeno, ma per brevi periodi. Glicemia Insulina + Sintesi del Glicogeno + Glicolisi - Glicogenolisi + Sintesi del Glicogeno + Glicolisi - Glicogenolisi - Gluconeogenesi Glicemia Glucagone + Glicogeno Lisi - Glicolisi - Glicogenosintesi + Glicogeno lisi + Gluconeogenesi - Glicogenosintesi - Glicolisi 6

7 La capacità dell organismo umano di accumulare carboidrati, è limitata. Quindi, quando ci troviamo in presenza di eccedenza di carboidrati e le riserve di glicogeno sono sature, le molecole di glucosio devono prendere un altra via per essere immagazzinate. A questo punto allora le molecole di acetilcoa prodotte dalla glicolisi portano, attraverso la lipogenesi, alla formazione di acidi grassi convertiti poi in trigliceridi, che vengono accumulati nel tessuto adiposo. 7

8 Sintesi dei Lipidi Lipidi Carboidrati Proteine Acidi Grassi Glucidi Aminoacidi AcilCoA Acidi Grassi Piruvato AcetilCoA Isoprene Attivo Fosfolipidi Trigliceridi MalonilCoA Steroidi Colesterolo Membrane Cellulari Tessuto Adiposo Ormoni Steroidei Sali Biliari Vitamina D 3 Sintesi degli Aminoacidi L organismo umano utilizza 20 aminoacidi. Sintesi degli scheletri carboniosi degli a-chetoacidi a corrispondenti Poi aggiunta del gruppo aminico mediante transaminazione. L uomo è in grado di compiere la biosintesi di solo 12 aminoacidi. Gli altri 8 (9 nei bambini), che non possono essere sintetizzati sono definiti essenziali e devono essere assunti con la dieta. 8

9 Possono essere coinvolti nel metabolismo energetico Sono precursori essenziali di numerosi neurotrasmettitori, ormoni, mediatori infiammatori. Alcuni aminoacidi, per esempio la glicina,, l aspartatol e il glutamato possono fungere direttamente da neurotrasmettitori, mentre altri devono essere convertiti in neurotrasmettitori od ormoni tramite modificazione come per esempio la tirosina che fa da precursore alle catecolamine, e agli ormoni tiroidei, o il triptofano che fa da precursore alla serotonina e alla melatonina. Sintesi delle Proteine 9

10 Bioenergetica Bilancio Energetico La risultanza tra l energia immessa con i cibi e quella consumata per mantenere in vita ed in movimento il corpo viene definito Energia in entrata degradazione chimica dei macronutrienti attraverso le vie cataboliche. Energia in uscita: TDEE (Total Daily Energy Expediture) dispendio energetico totale giornaliero Bioenergetica Il dispendio energetico giornaliero totale può essere scomposto in tre componenti Metabolismo basale (BMR 60%-75%), Termogenesi indotta dagli alimenti (DIT 7%-15%), Attività fisica (AEE 15%-30) 10

11 Bioenergetica Metabolismo Basale (BMR) rappresenta l energia che è necessaria all organismo per mantenere l omeostasi dell organismo (trasporto di membrana, cicli biochimici, funzionalità vegetativa degli organi, turnover proteico ecc.) Il BMR viene definito come il consumo energetico di un individuo per unità di tempo nelle seguenti condizioni : Digiuno da ore In posizione supina, sveglio ma rilassato, Con temperatura corporea normale A temperatura ambiente costante di C In assenza di stimoli psicofisici esterni Bioenergetica L 80% della variabilità individuale del BMR dipende da: Peso corporeo Età Sesso Per il restante 20% si rileva l influenza delle seguenti caratteristiche: Temperatura corporea Composizione corporea Familiarità e fattori genetici Condizioni fisiopatologiche Quadro ormonale. L estrapolazione del BMR nelle 24 ore viene definito come Spesa Energetica Basale (BEE ovvero Basal Energy Expenditure). 11

12 Bioenergetica Misura del BMR Calorimetria Diretta Calorimetria Indiretta Equazioni Predittive del BMR BEE M = 66+(13,7xPeso)+(5xAltezza)-(6,8xEtà) BEE F = 655+(9,6xPeso)+(1,85Altezza)-(4,7xEtà) Bioenergetica Equazioni predittive del BEE, espresso in Kcal/dì, a partire dal peso corporeo espresso in Kg. Le equazioni perdono di significatività in individui obesi. Pc = Peso Corporeo Fonti: Commission of the European Communities, Modificato da SINU Età Maschi BMR Femmine < ,5xPc-31 22,7xPc ,7xPc ,3xPc ,6xPc ,9xPc+700 8,4xPc ,3xPc-31 20,3xPc ,4xPc ,7xPc+496 8,7xPc+829 9,2xPc+688 9,8xPc

13 Bioenergetica Bioenergetica Termogenesi Indotta dagli Alimenti (DIT) detta anche azione dinamico-specifica dei nutrienti, viene definita come l'incremento del dispendio energetico in risposta all'assunzione del cibo. L apporto al dispendio energetico totale può essere valutato in una proporzione di circa il 7-15%. La DIT varia a seconda della distribuzione dei macronutrienti nel pasto, il consumo energetico indotto è: basso per i Lipidi (2-5%) medio per i carboidrati (5-10%) elevato per le proteine (circa 30%). 13

14 Bioenergetica Costo Energetico dell Attivit Attività Fisica (AEE) L attività fisica viene definita come qualunque azione esercitata dal sistema muscolo-scheletrico scheletrico che si traduca in un consumo di energia superiore a quello in condizioni di riposo Il costo energetico dell attivit attività fisica, così come l introduzione l calorica, è una variabile controllabile dal soggetto in contrasto con le altre componenti del TDEE. Bioenergetica I consumi energetici dovuti all attivit attività fisica dipendono da: Tipo Frequenza Intensità Quantità delle attività condotte dall'individuo Possono variare da poco più del 15% del dispendio energetico totale per stili di vita estremamente sedentari a valori pari a 3-4 volte il BEE. 14

15 Bioenergetica L attività fisica ha un azione stimolante sul metabolismo basale influenzando positivamente alcuni dei fattori coinvolti nel dispendio energetico basale quali: Composizione corporea Condizione ponderale Metabolismo glucidico Metabolismo lipidico Bioenergetica 15

16 Bioenergetica Chilocaloria la quantità di energia necessaria ad innalzare di 1 C (da 14,5 a 15,5) la temperatura di 1 Kg di acqua a livello del mare Chilojoule multiplo di un joule, unità di misura dell energia nel Sistema Internazionale. 1kcal=4,2 kj ovvero 1kJ=0,24 kcal Bioenergetica È possibile stabilire la quantità di energia, che si ottiene bruciando i diversi tipi di sostanze nutritive, e che viene espressa in chilocalorie (kcal) o chilojoule (kj). Il contenuto energetico medio dei vari macronutrienti è: 4,1 kcal/gr per i carboidrati 5,3 kcal/gr per le proteine (4,1 per la loro incompleta ossidazione) 9,3 kcal/gr per i grassi 7,1 kcal/gr per l etanolo Sebbene anche le proteine possano essere catabolizzate per ottenere energia, la maggior parte del metabolismo energetico avviene grazie alla demolizione di carboidrati e lipidi. 16

17 Bioenergetica Sebbene anche le proteine possano essere catabolizzate per ottenere energia, la maggior parte del metabolismo energetico avviene grazie alla demolizione di carboidrati e lipidi. I carboidrati sono il tipo di alimento più abbondante al mondo, mentre i grassi costituiscono la fonte di energia più concentrata e semplice da immagazzinare. In situazioni particolari, come in caso di prolungata attività fisica intensa o di deplezione glucidica, l'organismo si trova costretto a utilizzare, a fini energetici, le proteine ottenute dall'alimentazione o, in casi di deperimento estremo, dai propri tessuti. Bioenergetica Deplezione glucidica quello stato fisiologico estremo in cui un organismo ha esaurito le proprie scorte di carboidrati, non solo a livello ematico (glucosio), ma anche, e soprattutto, a livello epatico e muscolare (glicogeno di riserva), pertanto non è più in grado di mobilizzare zuccheri. In questo caso si innesca un processo (gluconeogenesi) che genera zuccheri da molecole non glucidiche, tra cui gli aminoacidi, attivando quindi il catabolismo proteico. 17

18 Bioenergetica La quantità,, la varietà e le proporzioni dei macronutrienti nella dieta quotidiana influiscono profondamente sulla qualità della vita, sulla capacità di eseguire lavoro (esercizio fisico), e sulla salute nel suo complesso. Un corretto piano nutrizionale deve quindi avere un giusto equilibrio tra modalità di assunzione e quantità del cibo ingerito, tenendo conto del dispendio energetico del soggetto. Il Flusso di Energia dei Nutrienti L assunzione del cibo include quattro fasi durante le quali si attuano quattro atti fisiologici correlati all ingestione del cibo, ricercare e mangiare, digerire, assorbire ed infine consumare le riserve. Tali fasi sono associate ad altrettanti processi del metabolismo energetico che possono essere definite come fase cefalica, fase gastrica, fase del substrato e fase del digiuno. 18

19 Il Flusso di Energia dei Nutrienti Durante le quattro fasi il flusso di energia derivante dal catabolismo dei vari nutrienti viene controllato ed indirizzato dagli ormoni insulina glucagone. Il Flusso di Energia dei Nutrienti Fase Fase Cefalica Gastrica Fase del Substrato Insulina Fase del Digiuno Glucagone Pasto 19

20 Il Flusso di Energia dei Nutrienti Pasto ad alto carico glicemico Pasto a basso carico glicemico 20

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