la chimica dell ultratrailer Sommario Gruppo Divulgazione Scientifica Dolomiti E. Fermi www.gdsdolomiti.org info.gdsdolomiti@gmail.com Belluno, 24/01/2015 1 / 33
Sommario Sommario 1 Ultra maratona Ultratrail 2 Metabolismo Catabolismo Carburante Motore 3 I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico 4 Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione 5 Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 6 Ciclo di Krebs 7 Fosforilazione catena respiratoria 8 Bilancio energetico 9... e adesso corri! 10 Bibliografia 2 / 33
Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore Parte I Introduzione 3 / 33
Ultramaratona Ultramaratona: corsa su distanze maggiori di quella tipica della maratona (42km e 195m). Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore 100km 24h ultratrail Ultratrail: corsa in montagna su distanze maggiori di 42km e con elevati dislivelli. 4 / 33
Ultramaratona Ultramaratona: corsa su distanze maggiori di quella tipica della maratona (42km e 195m). Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore 100km 24h ultratrail Ultratrail: corsa in montagna su distanze maggiori di 42km e con elevati dislivelli. 4 / 33
Ultramaratona Ultra maratona Ultratrail L uomo non è centometrista Metabolismo Catabolismo Carburante Motore L uomo è ultramaratoneta 5 / 33
Ultratrail - due esempi in Dolomiti Ultra maratona Ultratrail distanza: 53km dislivello: 3800m+ Metabolismo Catabolismo Carburante Motore distanza: 57km dislivello: 3700m+ 6 / 33
Metabolismo Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore Metabolismo: insieme di tutte le reazioni enzimatiche che avvengono nella cellula. Due vie principali: catabolismo degradazione molecole nutritizie complesse molecole piccole + E anabolismo biosintesi molecole piccole + E componenti cellulari E = ATP, adenosintrifosfato 7 / 33
Metabolismo Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore Metabolismo: insieme di tutte le reazioni enzimatiche che avvengono nella cellula. Due vie principali: catabolismo degradazione molecole nutritizie complesse molecole piccole + E anabolismo biosintesi molecole piccole + E componenti cellulari E = ATP, adenosintrifosfato 7 / 33
Catabolismo Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore mezzo carburante propulsione trasmissione moto η auto benzina motore albero ruote 30% corpo AcetilCoA ciclo Krebs ATP gambe 50% Esempio: Francesco Galanzino, deserto del Gobi, 250km. 25.000cal = 3l di gasolio SUV 25km utilitaria 60km 8 / 33
Catabolismo Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore mezzo carburante propulsione trasmissione moto η auto benzina motore albero ruote 30% corpo AcetilCoA ciclo Krebs ATP gambe 50% Esempio: Francesco Galanzino, deserto del Gobi, 250km. 25.000cal = 3l di gasolio SUV 25km utilitaria 60km 8 / 33
Catabolismo Ultra maratona Ultratrail Reazioni accoppiate A + m B + n G > 0 n + o p + q G 0 Enzima: catalizzatore biologico, generalmente una proteina molto grande. Metabolismo Catabolismo Carburante Motore Coenzima: cofattore dell enzima, molecola semplice non proteica. 9 / 33
Carburante Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore Il greggio dell ultratrailer: carboidrati (benzina) lipidi (gasolio) (benzina) Carburante raffinato AcetilCoA 10 / 33
Carburante Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore Il greggio dell ultratrailer: carboidrati (benzina) lipidi (gasolio) (benzina) Carburante raffinato AcetilCoA 10 / 33
Carburante i carboidrati sono immagazzinati come glicogeno (450g) Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore fino ai 20km prevalgono i carboidrati tra i 20 e i 40km prevalgono i lipidi dopo i 40km si iniziano ad usare le muscoli! Attenzione! Le tre fonti lavorano in parallelo 11 / 33
Carburante i carboidrati sono immagazzinati come glicogeno (450g) Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore fino ai 20km prevalgono i carboidrati tra i 20 e i 40km prevalgono i lipidi dopo i 40km si iniziano ad usare le muscoli! Attenzione! Le tre fonti lavorano in parallelo 11 / 33
Carburante Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore 12 / 33
Motore - schema generale STADIO I degradazione Ultra maratona Ultratrail Metabolismo Catabolismo Carburante Motore STADIO II conversione ad AcetilCoA STADIO III ciclo di Krebs 13 / 33
I primi 20km Glicogenolisi Parte II Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Vie cataboliche Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 14 / 33
I primi 20km I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico ci si sente forti l andatura è più sostenuta è il momento peggiore Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs Carburante principale Carboidrati 15 / 33
Glicogenolisi I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 16 / 33
Glicolisi I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 17 / 33
Glicolisi Due possibili strade: poco allenato anaerobica glicolisi acido lattico allenato aerobica AcetilCoA ciclo di Krebs I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs potere riducente = NADH/H + da G3P ox 1,3BG NAD + torna nella glicolisi potere riducente trasferito tra molecole, non all O 2 18 / 33
Glicolisi Due possibili strade: poco allenato anaerobica glicolisi acido lattico allenato aerobica AcetilCoA ciclo di Krebs I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs potere riducente = NADH/H + da G3P ox 1,3BG NAD + torna nella glicolisi potere riducente trasferito tra molecole, non all O 2 18 / 33
Glicolisi - ciclo di Cori Il biforcuto acido lattico, meglio evitarlo... I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori = Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs ATTENZIONE! il fegato ha una capacità limitata... 19 / 33
Ossidazione acido piruvico (ciclo di Krebs) I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km acido piruvico ciclo di Krebs trasformazione ad AcetilCoA. Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 20 / 33
Tra i 20 e i 40km I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi l andatura è stabile si sta bene si è superato il muro dei 30km β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs Carburante principale Lipidi 21 / 33
Digestione ed attivazione dei lipidi I primi 20km Glicogenolisi 90% trigliceridi insolubili in H 2 O emulsionati dai sali biliari idrolizzati (glicerina + acido grasso 1 ) acido grasso AcilCoa Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 1 lipasi pancreatica 22 / 33
β-ossidazione I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km β-ossidazione = retro-claisen a (nc-2)/2 cicli di β-ossidazione AcetilCoA ciclo di Krebs se n dispari ProprionilCoA a β-chetotioestere 2 tioesteri Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 23 / 33
Dopo i 40km I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione l andatura si abbassa si perde la concezione temporale in qualche maniera si arriva... Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs Si inizia a consumare Demolizione dei muscoli! 24 / 33
Proteolisi Come i le sono troppo grandi per entrare nel ciclo di Krebs. degradazione ad amminoacidi I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 25 / 33
Fasi preparative al ciclo di Krebs Transaminazione perdita di NH 3, formazione di α-chetoacido I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi Deaminazione ossidativa rigenerazione di α-chetoglutarato Ciclo dell urea eliminazione di NH 3 come urea β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 26 / 33
Fasi preparative al ciclo di Krebs Transaminazione perdita di NH 3, formazione di α-chetoacido I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi Deaminazione ossidativa rigenerazione di α-chetoglutarato Ciclo dell urea eliminazione di NH 3 come urea β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 26 / 33
Fasi preparative al ciclo di Krebs Transaminazione perdita di NH 3, formazione di α-chetoacido I primi 20km Glicogenolisi Glicolisi Ciclo di Cori Ossidazione acido piruvico Tra i 20 e i 40km Digestione ed attivazione dei lipidi Deaminazione ossidativa rigenerazione di α-chetoglutarato Ciclo dell urea eliminazione di NH 3 come urea β-ossidazione Dopo i 40km Proteolisi Fasi preparative al ciclo di Krebs 26 / 33
Ciclo di Krebs Fosforilazione catena respiratoria Bilancio energetico Parte III Ciclo di Krebs e fosforilazione catena respiratoria 27 / 33
Ciclo di Krebs Ciclo di Krebs Fosforilazione catena respiratoria Bilancio energetico prodotto ultimo step è il reagente del primo step primo step regola il ciclo intermedi sono continuamente rigenerati coenzimi FAD e NAD + ridotti a FADH 2 e NADH Il ciclo funziona se...... ci sono FAD e NAD + 28 / 33
Fosforilazione catena respiratoria Ciclo di Krebs Due reazioni accoppiate: 1 trasporto e (catena respiratoria) NADH/FADH 2 + O 2 NAD + /FAD + H 2 O + E 2 fosforilazione ossidativa ADP + E + P i ATP Fosforilazione catena respiratoria Bilancio energetico 29 / 33
Bilancio energetico Ciclo di Krebs Fosforilazione catena respiratoria Bilancio energetico Carboidrati glucosio 2acido piruvico 2acido lattico + 2H 2 O + 2ATP 2 acido piruvico + 5O 2 6CO 2 + 34H 2 O + 30ATP 2 Lipidi acido palmitico[c16] + 23O 2 16CO 2 + 145H 2 O + 129ATP via ATP G o(ox) G 0(ATP) η(stp) (%) kcal/g glucidi 2-47,0 14,6 31 4,2 glucidi 36-686,0 262,3 38 4,2 lipidi 129-2340 942 40 9,4 G o in kcal/mol. Due vie per le : ciclo di Krebs o gluconeogenesi. Resa in ATP circa quella dei carboidrati, potere calorico 5,6kcal/g. 2 ATP totale = 30 + 2glicolisi +4 extramitocondriale =36. 30 / 33
Bilancio energetico Ciclo di Krebs Fosforilazione catena respiratoria Bilancio energetico Carboidrati glucosio 2acido piruvico 2acido lattico + 2H 2 O + 2ATP 2 acido piruvico + 5O 2 6CO 2 + 34H 2 O + 30ATP 2 Lipidi acido palmitico[c16] + 23O 2 16CO 2 + 145H 2 O + 129ATP via ATP G o(ox) G 0(ATP) η(stp) (%) kcal/g glucidi 2-47,0 14,6 31 4,2 glucidi 36-686,0 262,3 38 4,2 lipidi 129-2340 942 40 9,4 G o in kcal/mol. Due vie per le : ciclo di Krebs o gluconeogenesi. Resa in ATP circa quella dei carboidrati, potere calorico 5,6kcal/g. 2 ATP totale = 30 + 2glicolisi +4 extramitocondriale =36. 30 / 33
Bilancio energetico Ciclo di Krebs Fosforilazione catena respiratoria Bilancio energetico Carboidrati glucosio 2acido piruvico 2acido lattico + 2H 2 O + 2ATP 2 acido piruvico + 5O 2 6CO 2 + 34H 2 O + 30ATP 2 Lipidi acido palmitico[c16] + 23O 2 16CO 2 + 145H 2 O + 129ATP via ATP G o(ox) G 0(ATP) η(stp) (%) kcal/g glucidi 2-47,0 14,6 31 4,2 glucidi 36-686,0 262,3 38 4,2 lipidi 129-2340 942 40 9,4 G o in kcal/mol. Due vie per le : ciclo di Krebs o gluconeogenesi. Resa in ATP circa quella dei carboidrati, potere calorico 5,6kcal/g. 2 ATP totale = 30 + 2glicolisi +4 extramitocondriale =36. 30 / 33
...e adesso corri! E chimica E meccanica... e adesso corri! 31 / 33
Bibliografia Bibliografia The Organic Chemistry of Biological Pathways. J. McMurry, T. Begley. Roberts & Company Publishers, 2005. Biochimica. L. Lehninger. Zanichelli, 1990. Chimica delle Fermentazioni. C. Quaglierini, M. Vannini, E. Paladino. Zanichelli, 1999. La scienza in cucina. P. Barham. Bollati Boringhieri, 2007. Il Trail Running. F. Massa. Edizioni Correre,2010. Resisto dunque sono. P. Trabucchi. Corbaccio, 2012. Appunti di Biochimica. F.. 2003. http://it.wikipedia.org 32 / 33
Non siamo dei pazzi, ci piace la dopamina Bibliografia Documento scritto in L A T E X. 33 / 33