Riassunto esame Fisiologia Generale, prof. Veicsteinas, libro consigliato Fondamenti di Anatomia e Fisiologia, Martini - cap. 25

25.1. VEDUTA D'INSIEME DEL METABOLISMO

Metabolismo = reazioni chimiche che avvengono nell'organismo per mantenere l'omeostasi e

svolgere le funzioni essenziali.

Catabolismo = scissione dei substrati organici. Attraverso questo processo viene liberata energia che

può essere usata per la sintesi di ATP. Le prime fasi si svolgono nel citoplasma dove gli enzimi

scindono le molecole organiche di grandi dimensioni riducendole a frammenti più piccoli.

Durante queste fasi vengono prodotte poche molecole di ATP che tuttavia vengono assorbite ed

elaborate dai mitocondri. Circa il 40% dell'energia che si libera viene utilizzata per trasformare le

molecole di ADP in ATP; il restante 60% viene diffusa sotto forma di calore.

Anabolismo = sintesi di nuove molecole organiche oppure per svolgere altre funzioni a seconda del

tipo di cellula. L'ATP prodotto dai mitocondri costituisce l'energia necessaria per questo passaggio.

L'insieme dei nutrienti (pool nutritivo) costituisce la sorgente per i processi catabolici ed anabolici. I

vengono “nutriti” dalle cellule a partire

mitocondri hanno un ruolo fondamentale; questi

dall'insieme di nutrienti, e in cambio, la cellula ottiene l'ATP di cui necessita. I mitocondri non

accettano tutti i nutrienti perciò le reazioni chimiche che avvengono nel citoplasma hanno il

compito di scindere i componenti organici per renderli disponibili al mitocondrio. Questi a loro

volta scindono i frammenti ricevuti generando anidride carbonica, acqua e ATP. L'attività

mitocondriale avviene tramite: il ciclo dei TCA e il sistema di trasporto degli elettroni.

25.2. METABOLISMO DEI CARBOIDRATI

Il catabolismo completa di un atomo di glucosio porta alla produzione di 36 molecole di ATP.

GLICOLISI

Processo che non ha bisogno di ossigeno (anaerobio). La glicolisi ha la funzione di scindere il

glucosio in acido piruvico. Ogni molecola di acido piruvico perde uno ione idrogeno e diventa

piruvato. La glicolisi ha bisogno di:

– 1 molecola di glucosio

– enzimi specifici

– ATP

– fosfato inorganico

– NAD (coenzima che rimuove gli atomi di idrogeno durante la reazione enzimatica)

Tramite la glicolisi si ha un guadagno netto di 2 molecole di ATP da una molecola di glucosio che

viene convertita in due molecole di acido piruvico. Le fibre muscolari si affidano alla glicolisi per la

produzione di energia nei momenti di contrazione intensa.

PRODUZIONE DI ATP MITOCONDRIALE

Dall'acido piruvico si può ancora estrarre ATP. La capacità di catturare questa energia dipende dalla

presenza di ossigeno. Se l'O2 è adeguato i mitocondri captano l'acido piruvico e lo scindono tramite

una serie di reazioni che coinvolgono NAD e il coenzima A (CoA). Tutto porta alla formazione di

acido citrico.

Il ciclo dei TCA

Ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo dell'acido citrico (ciclo di Krebs). La funzione è quella di

rimuovere atomi di idrogeno dalle molecole organiche e di trasferirle a coenzimi.

Fosforilazione ossidativa ed STE

La fosforilazione ossidativa è la formazione di ATP all'interno del mitocondrio; richiedono la

presenza di coenzimi e il consumo di O2. Produce il 90% dell'ATP utilizzato dalle cellule. Le

reazioni chiave hanno luogo nel sistema di trasporto degli elettroni (STE).

Le cellule ottengono l'O2 per diffusione; se l'apporto di O2 cessa, cessa anche la produzione di ATP

dato che si ferma lo STE. Dal momento che i neuroni hanno bisogno di molta energia, l'encefalo è il

primo organo a risentire di questa mancanza.

RIEPILOGO

Glicolisi: la cellula guadagna due molecole di ATP per ogni molecola di glucosio che viene scissa

anaerobicamente in due molecole di acido piruvico e vengono prodotte due molecole di NADH.

Sistema trasporto elettroni: il ciclo dei TCA scinde due molecole di acido piruvico trasferendo gli

atomi di idrogeno al NADH e FADH. Tali coenzimi forniscono elettroni allo STE. Il passaggio dal

TCA allo STE porta il guadagno a 28 molecole di ATP.

I carboidrati sono i nutrienti che hanno bisogno del minor elaborazione per l'ingresso nel ciclo.

Mangiare carboidrati prima di un esercizio fisico non migliora le prestazioni, anzi abbassa il livello

di resistenza allo sforzo in quanto diminuisce la mobilizzazione delle riserve energetiche presenti.

GLUCONEOGENESI

La cellula può formare molecole di glucosio anche a partire da altri carboidrati, dall'acido lattico,

dal glicerolo e da alcuni aminoacidi tramite il meccanismo della gluconeogenesi. In tutti i casi non

viene utilizzata la acetil-CoA perchè non è una reazione reversibile.

Nel fegato e nel muscolo, le molecole di glucosio vengono immagazzinate in glicogeno. La

formazione di questo dal glucosio è detta glicogenesi. Se il glucosio scarseggia nei fluidi

interstiziali, il glicogeno viene scisso attraverso la glicogenolisi che è un processo rapido che porta

il glucosio a disposizione della cellula.

25.3. METABOLISMO DEI LIPIDI

Durante il catabolismo lipidico (lipolisi), i lipidi vengono scissi in frammenti che possono essere sia

convertiti ad acido piruvico sia inviati nel ciclo di Krebs. Un trigliceride viene idrolizzato in una

molecola di glicerolo che entra nel ciclo dei TCA dopo essere stato convertito in acido piruvico e 3

molecole di acidi grassi i quali vengono scissi tramite la beta-ossidazione.

La beta-ossidazione è un processo con benefici sostanzialmente energetici; la cellula riesce a

ricavare 144 molecole di ATP attraverso la scissione di un acido grasso.

I lipidi non sono una riserva di energia immediata infatti le fibre muscolari utilizzano un

metabolismo basato sui carboidrati.

SINTESI DEI LIPIDI

La sintesi dei lipidi è detta lipogenesi ed inizia dall'acetil-CoA. L'organismo non è in grado di

sintetizzare tutti gli acidi grassi che invece può scindere (vengono chiamati acidi grassi essenziali

quelli che devono essere assunti con la dieta).

TRASPORTO E DISTRIBUZIONE DEI LIPIDI

Come il glucosio anche i lipidi si trovano in tutto l'organismo. Gli acidi grassi liberi costituiscono

solo una piccola percentuale dei lipidi circolanti. Molti lipidi non sono solubili in acqua perciò

esistono meccanismi di trasporto che permettono di veicolarli nelle varie regioni dell'organismo

sotto forma di lipoproteine.

Acidi grassi liberi

Gli acidi grassi liberi (FFA-free fatty acids) sono lipidi che possono attraversare la membrana

liberamente e vengono trasportati nel sangue legandosi all'albumina.

Sorgenti di acidi grassi liberi possono essere:

– acidi grassi che non vengono utilizzati per la sintesi di trigliceridi;

– acidi grassi che si liberano dalle riserve lipidiche, come quelle del fegato e del tessuto

adiposo, quando vengono idrolizzati i trigliceridi.

Gli acidi grassi liberi possono essere utilizzati da tutti i tessuti per produrre energia in caso di

carenza di glucosio.

Lipoproteine

Complessi formati da proteine e lipidi.

– lipoproteine a bassa intensità (LDL, low density lipoprotein): trasportano il colesterolo ai

tessuti periferici. Dal momento che il colesterolo può depositarsi a livello delle arterie formando

delle placche, questo colesterolo che si lega all'LDL viene chiamato colesterolo cattivo.

– Lipoproteine ad alta intensità (HDL, high density lipoprotein): trasporta il colesterolo in

eccesso dai tessuti periferici al fegato per il suo immagazzinamento e escrezione attraverso la bile.

Questo colesterolo che lega all'HDL non provoca danni al torrente circolatorio e perciò viene

chiamato colesterolo buono.

– Chilomicroni: composti per 95% da trigliceridi; prodotte nell'intestino; trasportano al

torrente circolatorio tutti i lipidi assorbiti nel tubo digerente, mentre tutte le altre lipoproteine,

servono per traslocare i lipidi da un tessuto ad un altro.

25.4. METABOLISMO DELLE PROTEINE

Le proteine sono costituite dalla combinazione di 20 diversi aminoacidi. In condizioni normali le

proteine vengono riciclate continuamente; nel citoplasma i legami peptidici vengono scissi e gli

aminoacidi liberi vengono utilizzati nella sintesi di nuove proteine.

Se non sono disponibili altre sorgenti di energia, i mitocondri hanno la possibilità di demolire gli

aminoacidi nel ciclo dei TCA per generare ATP.

CATABOLISMO DEGLI AMINOACIDI

Il primo passaggio del catabolismo è la rimozione del gruppo aminico attraverso l'intervento da un

coenzima derivato dalla vitamina B6. Il gruppo aminico viene rimosso tramite transaminazione o

deaminazione.

Transaminazione

Molti tessuti sono in grado di svolgere questo processo che consente alla cellula di non dover

sintetizzare molti degli aminoacidi necessari alla sintesi proteica.

Deaminazione

Avviene nel fegato e viene effettuato per preparare un aminoacido ad entrare nel ciclo dei TCA;

essa consente la rimozione del gruppo aminico e di un atomo di H+ generando una molecola di

ammoniaca (tossico per le cellule). Il fegato permette l'eliminazione dell'ammoniaca trasformandola

in urea.

Quando le riserve di glucosio e lipidi scarseggiano le cellule epatiche scindono le proteine ed

assorbono gli aminoacidi dal torrente circolatorio i quali vengono deaminati per ottenere ATP.

Proteine e produzione di ATP

Le proteine non costituiscono una riserva energetica primaria per:

– difficile scinderle rispetto ai carboidrati e lipidi;

– uno dei prodotti di questa reazione è l'ammoniaca che è tossica per le cellule;

– le proteine costituiscono l'elemento strutturale e funzionale più importante per le cellule

quindi un eccessivo catabolismo provoca una variazione dell'omeostasi sia delle cellule che degli

organi.

25.6. INTERAZIONI METABOLICHE

FASE DI ASSORBIMENTO

La fase di assorbimento è il periodo immediatamente seguente all'ingestione di cibo (dura 4 ore). La

mucosa intestinale è impegnata ad assorbire i nutrienti. Il glucosio e gli aminoacidi entrano in

circolo e il fegato li assorbe. Parte dei carboidrati, proteine e lipidi vengono scissi immediatamente

per soddisfare le richieste di energia delle funzioni cellulari. Tutto il resto viene immagazzinato per

scopi ulteriori. L'insulina è il principale ormone di questa fase.

Il fegato

Regola i livelli di glucosio e di aminoacidi del sangue. Sebbene il glucosio viene assorbito e

riversato nel torrente circolatorio, la glicemia non sale perchè gli epatociti, attraverso stimolazione

insulinica, lo assorbono; in parte viene utilizzato immediatamente per le funzioni cellulari e il

restante viene immagazzinato sotto forma di glicogeno (glicogenesi). Questo processo continua

finchè le riserve di glicogeno arrivano al 5% del peso del fegato, oltre il quale, se rimane ancora

glucosio nel torrente circolatorio, questo viene trasformato in trigliceridi.

Gli aminoacidi vengono utilizzati per sostenere