SISTEMI ENERGETICI LE FONTI ENERGETICHE MUSCOLARI I movimenti sono resi possibili, dal punto di vista energetico, grazie alla trasformazione, da parte dei muscoli, dell energia chimica ( trasformazione dei cibi ) in energia meccanica ( movimento ). L ATP, presente in tutte le cellule dell organismo, costituisce l intermediario tra l energia fornita dagli alimenti e l energia necessaria alla contrazione muscolare. La struttura dell ATP si compone di 3 elementi principali: l adenina, il ribosio, e 3 molecole di fosfato inorganico. Il legame tra i suoi 2 ultimi radicali fosforici è un legame altamente energetico la cui rottura, od IDROLISI, libera energia pari a 7.2 cal per mole di ATP. L ATP privato di uno dei suoi 3 radicali fosforici diventa ADP (adenosindifosfato). Non è possibile stoccare (depositare) grandi quantità di ATP a livello muscolare quindi diventa necessaria una continua ricarica dell ATP. Esistono dei meccanismi di ripristino immediato dell ATP consumato. 1
MECCANISMI ENERGETICI Meccanismo ANAEROBICO ALATTACIDO Meccanismo ANAEROBICO LATTACIDO Meccanismo AEROBICO CAPACITA => è la quantità totale di energia POTENZA=> percentuale di energia nell unità di tempo MECCANISMO ANAEROBICO ALATTACIDO E il meccanismo energetico in sforzi di massima intensità e permette di risintetizzare ATP partendo dall ADP prodotto. E il sistema di ripristino energetico più semplice ed immediato e si basa sull utilizzo della fosfocreatina (PCr). La rottura del legame fosforico del PCr (reazione di Lohman) permette di ricostituire l ATP secondo la seguente reazione: PC C + Pi Pi + ADP = ATP Le riserve di ATP e PCr contribuiscono al rifornimento energetico durante i primi 3-15 sec. di esercizio. Un ulteriore fonte di ripristino è costituita dalla presenza di un enzima, miocinasi, il quale in presenza di una grande quantità di ADP può rigenerare ATP da due molecole di ADP Questo meccanismo è un sistema di ripristino energetico che può fornire MOLTA POTENZA ma una CAPACITA LIMITATA. 2
ANAEROBICO ALATTACIDO Fornisce energia senza utilizzare ossigeno e senza formare acido lattico; l energia per ricostruire l ATP viene fornita dalla fosfocreatina (CP) che è una molecola con un legame altamente energetico. Questo meccanismo fornisce ATP quando gli sforzi sono brevi, alta potenze e capacità limitata. CP + ADP = ATP + C MECCANISMO ANAEROBICO LATTACIDO E un meccanismo che possiede ancora una elevata potenza ma anche una capacità notevolmente superiore rispetto al meccanismo anaerobico alattacido. E il sistema che permette di resintetizzare l ATP a partire dalla degradazione del glicogeno ed è chiamato anche SISTEMA GLICOLITICO o GLICOLISI. Il GLUCOSIO rappresenta il 99% di zucchero circolante nell organismo, ed è stoccato sotto forma di glicogeno sia nel fegato che nei muscoli. Il meccanismo limitante della glicolisi è l acido lattico (lattato), infatti il lattato accumulato durante una esercitazione molto intensa provoca un acidificazione del muscolo, inibendo il rilascio degli ioni calcio molto importanti nell attività contrattile del muscolo. Il lattato prodotto a livello muscolare deve essere metabolizzato o al termine dello sforzo, oppure nei momenti di minore intensità di lavoro. L acido lattico si scompone in 2 ioni: ione lattato (La - ) e lo ione idrogeno (H + ). 3
ANAEROBICO LATTACIDO Non si utilizza ossigeno, ma la demolizione dello zucchero (GLICOLISI), per costruire ATP; arriva fino alla produzione di ACIDO LATTICO. Questo meccanismo ci permette di fornire ATP attraverso la demolizione anaerobica degli zuccheri per circa un minuto, ma l acido lattico avvelena prima i muscoli e poi il sangue provocando fatica e confusione neuro muscolare. ZUCCHERO = ENERGIA + ACIDO LATTICO ADP + Energia = ATP APPROFONDIMENTI DEL MECCANISMO AEROBICO Il nuovo sistema è il meccanismo aerobico o sistema ossidativo. E un processo in cui la cellula degrada i substrati, prevalentemente lipidi e carboidrati, in presenza appunto di ossigeno. Il meccanismo ossidativo ha un rendimento enorme e costituisce quindi la fonte primaria di energia durante gli sforzi di lunga durata. La produzione per via ossidativa dell ATP consiste in 3 processi: - glicolisi - il ciclo di Krebs - catena di trasporto degli elettroni GLICOLISI: questo processo resta identico sia in presenza che in assenza di ossigeno, la presenza di O2 determina solo che il suo prodotto ultimo acido piruvico si trasforma in Acetil-coenzima A. CICLO di KREBS: l acetil-coenzima A entra nel ciclo dell acido citrico (Krebs) dove una serie di reazioni chimiche ne permette l ossidazione completa. Alla fine del ciclo si avrà 2 moli di ATP e l idrato di carbonio sarà degradato in C (carbonio) e H (idrogeno); il C si combina con O2 per formare CO2 che attraverso il sangue raggiungerà i polmoni dai quali verrà espulsa. CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI: gli ioni H + formatisi dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs vengono a formare una serie di reazioni chiamate catena di trasporto degli elettroni con la quale l H + si lega a 2 enzimi il NAD ed il FAD i quali trasportano l H + verso questa catena dove si lega con l O 2 per formare H 2 O prevenendo in tal modo l acidificazione dell ambiente cellulare. Alla fine di questo processo il sistema fornisce 34 moli di ATP. Alla fine di queste 3 tappe il sistema ossidativo fornisce 39 moli di ATP. 4
OSSIDAZIONE DEI LIPIDI I grassi sono stoccati (depositati) sotto forma di trigliceridi nei muscoli. Per poter essere utilizzato a fine energetico un trigliceride deve essere scisso nei suoi composti fondamentali quali, una molecola di glicerolo e 3 molecole di acidi grassi liberi (AGL). LIPOLISI processo che degrada 1 trigliceride in 3 moli di AGL e 1 mole di glicerolo. Gli AGL sono trasportati in tutto il corpo attraverso il circolo sanguigno, penetrano nel muscolo. Utilizzato l AGL verrà convertito in acetil-coa. A questo punto il metabolismo dei grassi segue quello dei carboidrati; l acetil-coa entra nel ciclo di Krebs e gli ioni idrogeno liberati passano alla catena di trasporto degli elettroni, formando come prodotti finali ATP, H 2 O e CO 2, come nell ossidazione degli zuccheri. Una molecola di O 2, produce 5.6 moli di ATP ossidando grassi, contro le 6.3 prodotte durante l ossidazione degli idrati di carbonio. MECCANISMO AEROBICO Fornisce ATP attraverso la combustione di zuccheri e grassi per mezzo dell ossigeno. Questo meccanismo aiuta la resintesi di ATP attraverso la demolizione di zuccheri e grassi con l ausilio dell ossigeno, la potenza di quest ultimo processo è nettamente inferiore a quella dei due precedenti, ma la quantità di benzina che è in grado di fornire è nettamente superiore. Per tutti i meccanismi quando si parla di fornire ATP si deve intendere fornire l energia per ricostruire l adenosintrifosfato (ATP) partendo da adenosindifosfato (ADP) più il fosfato inorganico (P). (ADP + P). ZUCCHERO + GRASSI + O2 = ENERGIA + H2O + CO2 5
IL DEBITO DI OSSIGENO Per DEBITO di OSSIGENO si deve intendere la quantità di O2 che il nostro organismo richiede per ristabilire un suo equilibrio metabolico. Si hanno due forme di DEBITO di OSSIGENO, quello ALATTACIDO e quello LATTACIDO. Il DEBITO di OSSIGENO ALATTACIDO viene pagato molto rapidamente, in qualche minuto; in soggetti non allenati il 50% della riserva si ricostituisce in 30 ; in individui ben allenati questo tempo è ancora inferiore. Il DEBITO di OSSIGENO LATTACIDO viene pagato in un tempo molto più lungo di quello alattacido (circa un ora) questo è dovuto allo smaltimento di acido lattico, cioè all utilizzo del meccanismo glicolitico anaerobico. Si ha un eliminazione del 50% della quantità di acido lattico prodotta, in 15 per soggetti non allenati e di tempi quasi dimezzati per atleti allenati a questo tipo di sforzo. SISTEMI ENERGETICI E TEMPO DI PRESTAZIONE 6
CARATTERISTICHE DEI SISTEMI ENERGETICI 7