La nutrizione e il metabolismo 1. Le sostanze nutritive, o nutrienti 2. Definizione di metabolismo 3. Il metabolismo dei carboidrati 4. Il metabolismo dei lipidi 1
L apparato respiratorio 5. Il metabolismo delle proteine 6. Metabolismo e calore corporeo 2
1. Le sostanze nutritive, o nutrienti Le sostanze nutritive, o nutrienti, sono sostanze chimiche presenti negli alimenti che le cellule utilizzano per la propria crescita, conservazione e riparazione. I nutrienti essenziali sono molecole di sostanze specifiche che l organismo non riesce a produrre in quantità sufficienti per soddisfare le proprie esigenze e che quindi devono essere ricavate dal cibo. 3
1. Le sostanze nutritive, o nutrienti Alcune linee guida per un alimentazione sana: consumare cibi quanto più possibile vari; privilegiare il consumo di cibi poveri di grassi saturi e di colesterolo; consumare grandi quantità di vegetali, frutta e cereali distribuiti in più porzioni; limitare il consumo di zuccheri; svolgere almeno 30 minuti al giorno di attività fisica; mantenere stabile il proprio peso corporeo. 4
1. Le sostanze nutritive, o nutrienti La piramide alimentare è un approccio personalizzato per compiere delle scelte alimentari sane e svolgere una regolare attività fisica. 5
1. Le sostanze nutritive, o nutrienti I minerali sono elementi inorganici che costituiscono circa il 4% del peso corporeo totale e sono concentrati prevalentemente nello scheletro. Tra i principali vi sono calcio, fosforo, potassio, zolfo, sodio, cloro, fluoro, magnesio e ferro. Generalmente vengono introdotti con l alimentazione in quantità necessarie e sufficienti a soddisfare il fabbisogno dell organismo mentre eventuali eccessi vengono smaltiti tramite feci e urine. 6
1. Le sostanze nutritive, o nutrienti Le vitamine sono nutrienti organici, richiesti in piccole quantità per consentire il normale accrescimento dell organismo e un normale metabolismo. Non forniscono energia né sono utilizzabili come materiali da costruzione ma fungono da coenzimi. In genere, non vengono sintetizzate dall organismo e quindi devono essere assunte tramite l alimentazione oppure sintetizzate da alcuni batteri presenti nel tratto gastrointestinale (vit. K). 7
1. Le sostanze nutritive, o nutrienti Le vitaminesi distinguono in vitamine liposolubili: (A, D, E, K) assorbite nell intestino tenue insieme ai lipidi alimentari; vitamine idrosolubili (gruppo B, C) disciolte nei fluidi corporei. La provitamina A, la vitamina C e la vitamina E rivestono una funzione specifica come antiossidanti, cioè inattivano i radicali liberi dell ossigeno. 8
2. Definizione di metabolismo Il termine metabolismo si riferisce all insieme delle reazioni chimiche che avvengono nell organismo. Le reazioni biochimiche avvengono con formazione o rottura di legami nel corso di processi catalizzati dagli enzimi con l intervento talvolta di coenzimi. 9
2. Definizione di metabolismo L anabolismo è l insieme delle reazioni chimiche di sintesi che assemblano sostanze semplici in molecole più complesse, utilizzando più energia di quella che producono. Il catabolismo è l insieme delle reazioni chimiche di degradazione che demoliscono composti organici complessi in molecole più semplici, liberando più energia di quella che consumano. 10
2. Definizione di metabolismo L appaiamento di reazioni che rilasciano energia e che richiedono energia è raggiunto attraverso l ATP. 11
3. Il metabolismo dei carboidrati Durante la digestione i polisaccaridi e i disaccaridi sono scissi in monosaccaridi che vengono assorbiti nell intestino tenue. Poiché il glucosio è la fonte prescelta dell organismo per la sintesi dell ATP, il destino del glucosio assorbito con gli alimenti dipende dalle necessità cellulari. 12
3. Il metabolismo dei carboidrati Il catabolismo del glucosio, conosciuto anche come respirazione cellulare, avviene in quattro fasi 1. glicolisi; 2. formazione di acetilcoenzima A; 3. ciclo di Krebs; 4. catena di trasporto degli elettroni. Possono essere riassunte nella reazione: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 38ATP + 6CO 2 + 6H 2 O 13
3. Il metabolismo dei carboidrati 14
3. Il metabolismo dei carboidrati La maggior parte del glucosio introdotto nell organismo viene utilizzato per la sintesi di ATP. Quello in eccesso può essere impiegato per la sintesi di glicogeno; di nuove molecole di glucosio a partire da proteine e lipidi. 15
3. Il metabolismo dei carboidrati La gluconeogenesi è una serie di reazioni svolte all interno delle cellule epatiche in cui la componente di glicerolo dei trigliceridi, l acido lattico e certi amminoacidi vengono convertiti in glucosio. 16
3. Il metabolismo dei carboidrati 17
4. Il metabolismo dei lipidi I lipidi, come i carboidrati, possono essere utilizzati per produrre ATP a partire dai trigliceridi. I lipidi vengono utilizzati come molecole strutturali. Gli acidi grassi essenziali sono l acido linoleico e l acido linolenico. 18
4. Il metabolismo dei lipidi Il catabolismo dei lipidi, o lipolisi, è il processo che si svolge in muscoli, fegato e cellule adipose durante il quale i trigliceridi vengono scissi in glicerolo e acidi grassi. In questo processo il fegato può convertire alcune molecole di acetil-coa in corpi chetonici. 19
4. Il metabolismo dei lipidi 20
4. Il metabolismo dei lipidi Durante l anabolismo dei lipidi l ormone insulina stimola le cellule epatiche e adipose a sintetizzare trigliceridi a partire non solo dai grassi, ma anche da carboidrati e proteine. 21
4. Il metabolismo dei lipidi La maggior parte dei lipidi non è idrosolubile. Per poter essere trasportati nel sangue devono essere legati a proteine per essere idrosolubili. Le lipoproteine sono particelle sferiche dotate di un rivestimento esterno di proteine, fosfolipidi e colesterolo, che racchiude un nucleo interno di trigliceridi e altri lipidi. 22
4. Il metabolismo dei lipidi Esistono quattro tipi principali di lipoproteine 1. chilomicroni; 2. lipoproteine a bassissima densità (VLDL); 3. lipoproteine a bassa densità (LDL); 4. lipoproteine ad alta densità (HDL). 23
5. Il metabolismo delle proteine Nel corso della digestione le proteine vengono degradate in amminoacidi. Contrariamente ai carboidrati, gli amminoacidi non vengono immagazzinati, ma vengono ossidati per produrre ATP oppure utilizzati per la sintesi di nuove proteine. Gli amminoacidi in eccesso vengono convertiti in trigliceridi o in glucosio (gluconeogenesi). 24
5. Il metabolismo delle proteine Con il processo di deaminazione nelle cellule epatiche si verifica la rimozione dei gruppi amminici dagli amminoacidi con produzione di ammoniaca che viene accumulata e successivamente convertita in urea da smaltire tramite le urine. 25
5. Il metabolismo delle proteine La biosintesi della proteine si svolge nei ribosomi sotto la direzione di DNA e RNA. Dei 20 amminoacidi presenti nel corpo umano, 10 sono amminoacidi essenziali perché non prodotti dall organismo in quantità adeguata e quindi devono essere introdotti con l alimentazione. Gli altri 10 sono definiti amminoacidi non essenziali e sono sintetizzati dall organismo. 26
6. Metabolismo e calore umano Il calore è una forma di energia misurabile come temperatura ed espressa come unità chiamate calorie. Una caloria (cal) è definita come la quantità di calore richiesta per aumentare di 1 C la temperatura di 1 g di acqua. 27
6. Metabolismo e calore umano L organismo produce più o meno calorie a seconda della velocità con cui avvengono le reazioni metaboliche. Tale velocità è influenzata da vari fattori e quindi viene misurata nel cosiddetto stato basale, e cioè a riposo, in tranquillità e a digiuno. Il risultato ottenuto esprime il metabolismo basale. 28
6. Metabolismo e calore umano I fattori che influenzano la velocità metabolica sono 1. l attività fisica: se aumenta, la velocità metabolica aumenta; 2. gli ormoni tiroidei (il testosterone, l insulina, l ormone della crescita): se aumentano i loro livelli nel sangue, la velocità metabolica aumenta; 3. il sistema nervoso: durante l attività fisica o in condizioni di stress la velocità metabolica aumenta; 29
6. Metabolismo e calore umano 4. la temperatura corporea: se aumenta, la velocità metabolica aumenta; 5. l ingestione di cibo: se aumenta, la velocità metabolica aumenta; 6. l età, se aumenta, la velocità metabolica diminuisce; 7. altri fattori fra cui il sesso, il clima, il sonno, la malnutrizione. 30
6. Metabolismo e calore umano Poiché il calore corporeo viene prodotto continuamente, è necessario anche disperderlo per evitare che la temperatura corporea continui ad aumentare. Per ottenere tale scopo vengono messi in atto i principali meccanismi di dispersione 1. irraggiamento; 2. conduzione; 3. convenzione; 4. evaporazione. 31
6. Metabolismo e calore umano 1. irraggiamento: trasferimento di calore sotto forma di raggi infrarossi da un corpo più caldo a uno più freddo; 2. conduzione: scambio di calore diretto mediante contatto fisico; 3. convezione: rilascio di calore mediante conduzione dalla superficie corporea all aria circostante; 4. evaporazione: conversione di un liquido in vapore con produzione di sudore. 32
6. Metabolismo e calore umano Se la quantità di calore prodotto bilancia la quantità di calore disperso, la temperatura corporea si mantiene costante sui 37 C. Il bilancio tra produzione e perdita di calore è controllato dai neuroni ipotalamici. Quando è stimolato da una diminuzione della temperatura, il centro termoregolatore nell ipotalamo fa aumentare la temperatura corporea. 33
6. Metabolismo e calore umano In caso di eccessiva dispersione di calore intervengono dei meccanismi a feedback negativo che partono dai termocettori, coinvolgono l ipotalamo e l ipofisi. Vengono prodotti ormoni (prima il TRH, poi il TSH) che attivano diversi effettori con conseguente vasocostrizione; produzione di adrenalina e noradrenalina; incremento del metabolismo cellulare; aumento del tono muscolare. 34