Biochimica generale e dello sport

ENERGIA

• compie lavoro
• energia associata al movimento
• potenziale, dipende dalla posizione o condizione dell'oggetto

Forme di energia

• cinematica
• solare
• termica
• elettrica
• potenziale
• chimica
• gravitazionale
• nucleare

Le cellule hanno bisogno di energia per poter mantenere la propria organizzazione per svilupparsi, accrescersi e riprodursi; più in dettaglio le cellule usano energia per:

• compiere lavoro meccanico
• compiere lavoro di trasporto
• compiere lavoro di sintesi

Gli organismi autotrofi sono in grado di produrre energia, gli eterotrofi la ricevono dall'esterno: la vita è basata su trasformazioni e scambi di energia tra sistemi biologici e ambiente. Tali trasformazioni biochimiche regolano le leggi della termodinamica.

Il parametro variazione di energia libera di Gibbs (ΔG) viene spesso utilizzato in sostituzione di quello dell’entropia per descrivere in termini termodinamici le reazioni chimiche. L’energia libera indica l’energia utile per compiere lavoro durante una trasformazione.

In una reazione chimica la variazione di energia libera rappresenta la differenza tra l’energia libera dei prodotti e quella dei reagenti (ΔG = G prodotti - G reagenti) e rappresenta la quantità di lavoro che può essere generato a temperatura e pressione costanti dalla reazione stessa.

Se la reazione chimica procede liberando energia libera la ΔG è negativa (ΔG < 0) e la reazione viene definita reazione esoergonica. Quando ΔG è positivo (ΔG > 0), la reazione procede guadagnando energia e viene definita reazione endoergonica. Se ΔG è vicino allo zero il sistema è vicino all’equilibrio (a temperatura e pressione costanti; come avviene nei sistemi viventi). La relazione che unisce la variazione di energia libera alla variazione di entropia (ΔS) è la seguente: ΔG = ΔH - TΔS, dove ΔH indica l’entalpia e T la temperatura.

L’entalpia (H) rappresenta il contenuto termico di un sistema e, in una reazione chimica, corrisponde al tipo e il numero di legami chimici presenti nei reagenti e nei prodotti. Se il contenuto termico dei prodotti è inferiore a quello dei reagenti la ΔH ha valore negativo (reazione esotermica). ΔH ha valore positivo nel caso la reazione assorba calore dall’ambiente (reazione endotermica).

Le reazioni spontanee sono caratterizzate da un incremento dell’entropia (seconda legge della termodinamica, ΔS > 0) e sono, generalmente, esotermiche, ovvero ΔH ha valore negativo. In base alla correlazione che unisce ΔG a ΔH e ΔS possiamo dedurre che le reazioni spontanee si associano ad una ΔG negativa. Al contrario, i processi non spontanei hanno ΔG > 0.

L'ATP viene poco utilizzato per idrolizzare molecole di ATP che si trovano involontariamente nell'acido nucleico del citoplasma della cellula.

1. Quando vengono usati da molti tipi di reazioni
2. l'energia liberata dalla rottura di un singolo legame è sufficiente per soddisfare diversi tipi di reazioni endoergoniche che hanno generalmente ΔG ₀ con valore assoluto inferiore a quello dell'idrolisi dell'ATP.

Nelle cellule esistono altre molecole che contengono gruppi fosfato e legami apparentemente simili a quelli presenti nell’ATP. Tuttavia l’ATP svolge un ruolo peculiare ed unico come fonte di energia libera per le reazioni endoergoniche. L’analisi delle ΔG⁰ di idrolisi dei diversi composti di questa natura ci aiuta a comprendere questa peculiarità funzionale della molecola. La tabella evidenzia come l’ATP, con una ΔG⁰ di idrolisi pari a -30.5 Kj/mol, sia una sorta di spartiacque tra composti che contengono gruppi fosfate impegnati in legami altamente energetici (fosfoenolpiruvato, carbamifosfato, 1,3-difosfogilcerato e creatina fosfato) ed altri, molto più numerosi, in cui lo stesso legame ha invece un’energia libera di idrolisi molto inferiore (Pirofosfato, Glucosio-1-fosfato, etc).

Questa posizione intermedia dell’ATP fa sì che possa fungere da donatore di gruppi fosfato ad alta energia per la maggior parte dei composti che si trovano più in basso nella tabella: ciò significa che l’energia libera dall’idrolisi dell’ATP è sufficientemente per consentire le reazioni di fosforilazione inverse di quelle presenti nella tabella( per esempio, glucosio + ATP→ glucosio-1-fosfato + ADP). Al tempo stesso, si deduce che, nelle cellule, esistono composti con energia potenziale superiore a quella del legame fosfo-anidridico dell’ATP. L’idrolisi di questi composti libera quindi energia sufficiente per rigenerare l’ATP a partire da ADP e fosfato. Infatti i composti nella tabella posizionati sopra all’ATP, sono utilizzati dalla cellula per generare ATP secondo un meccanismo genericamente definito fosforilazione a livello di substrato. Per esempio la creatina fosfato rappresenta un importante meccanismo per rigenerare rapidamente, al livello muscolare, l’ATP consumato velocemente durante la contrazione muscolare. Ed ancora, fosfoenolpiruvato e 1,3-difosfogilcerato sono i reagenti delle due tappe enzimatiche della glicolisi in cui viene direttamente prodotto ATP.

L’ATP è un donatore immediato di energia libera. Metaforicamente si può dire che l’ATP è la moneta energetica contante delle cellule. A differenza di cambiali o assegni, che sono impegni di pagamento, l’ATP è denaro contante. Spendere ATP consente di dar cui avvengono fenomeni biochimici diversi che richiedono energia. Il consumo di ATP cellulare in condizioni basali è significativo: una molecola di ATP è consumata circa 1 minuto dopo la sua sintesi ed in 24 ore ne vengono consumati circa 40 Kg. Durante uno sforzo intenso il consumo di ATP può salire a 0,5 kg/min.

Emazie e Indurimento

Il siero umano contiene normalmente alcuni enzimi e proteine che svolgono la loro azione fisiologica scolpono e segno:

• Il dosaggio di alcuni enzimi sierici ha assunto una grande importanza nello studio dell'infarto cardiaco controllando nel tempo la concentrazione sierica di enzimi quali la CKREATIN FOSFORILINASI e la latato deidrogenasi; si ottengono informazioni importanti per la diagnosi differenziata, la terapia e la prognosi dell'infarto cardiaco.
• Già poche ore dopo l'infarto miocardico si osserva un incremento significativo di (CPK) con valori massimi raggiunti generalmente entro 15-30 ore.
• Il monitoraggio dell'enzima CPK è un test valido e dotato di discreta specificità.
• L'attività dell'enzima LDH nel siero aumenta sensibilmente dopo circa 48-72 ore dall'episodio acuto.

COENZIMI E VITAMINE

Alcuni enzimi operano grazie alla presenza di coenzimi. Quindi i coenzimi sono legati all’attività degli enzimi.

2.E VITAMINE

Le vitamine sono nutrienti organici essenziali e provengono dal regno animale o vegetale. In assenza di vitamine nella dieta si possono manifestare situazioni patologiche diverse.

Le vitamine sono distinte in due gruppi:

• VITAMINE IDROSOLUBILI GRUPPO B - C
• VITAMINE LIPOSOLUBILI GRUPPO A - D - E - K

É importante ricordare che le vitamine del gruppo B includono:

• la tiamina (vitamina B₁),
• la riboflavina (B₂),
• la niacina (B₃),
• l'acido pantotenico (B₅),
• la piridossina (B₆),
• la biotina,
• la cobalamina (B₁₂)
• l'acido folico.

Appartengono a questo gruppo un insieme di molecole eterogenee essenzialmente idrosolubili.