Scopri Cos'è il Metabolismo: Definizione Facile e Concetti Chiave da Non Perdere!

Si sente spesso parlare di metabolismo, in merito a salute, peso e alimentazione. Ma cosa significa esattamente? Il metabolismo è un processo attraverso il quale il nostro corpo converte in energia ciò che mangiamo e beviamo. Energia di cui abbiamo bisogno non solo per muoverci, ma anche per garantire il dispendio energetico necessario a tutte le funzioni metaboliche vitali come la respirazione, la circolazione del sangue o la riparazione delle cellule.

Definizione Biologica di Metabolismo

In biologia, il metabolismo è definito come il complesso delle trasformazioni chimiche, degli effetti energetici concomitanti e dei fenomeni fisici che avvengono nelle cellule, nei tessuti e negli umori di un organismo vivente, animale o vegetale e che assicurano la conservazione e il rinnovamento della materia vivente.

Metabolismo Materiale ed Energetico

Metabolismo materiale: Il complesso delle trasformazioni chimiche che riguardano le sostanze nutritive e gli stessi costituenti della materia vivente (donde la distinzione di m. protidico, lipidico, glicidico, idrominerale, purinico, ecc.).
Metabolismo energetico: L’insieme degli effetti e delle trasformazioni energetiche che accompagnano i processi chimici del metabolismo materiale.
Metabolismo basale: Il dispendio energetico dell’organismo in condizioni normali di riposo: rappresenta il fabbisogno calorico necessario al mantenimento delle funzioni vitali.

I Processi Fondamentali del Metabolismo

Ogni giorno, le nostre cellule vanno incontro a numerosissime reazioni da cui ottengono energia (ATP) e molecole indispensabili per la loro vita e per quella dell’organismo. Le sostanze che assumiamo con il cibo e l’ossigeno dell’aria che respiriamo vengono trasformati dalle cellule del nostro organismo in energia e nuovo materiale di ricambio, indispensabili per svolgere le attività del corpo e per mantenerlo in buone condizioni di salute.

Il nostro corpo ha continuamente bisogno di energia: anche quando stiamo fermi o dormiamo, consumiamo energia, per esempio per mantenere costanti il battito del cuore e la frequenza del respiro. Tutta l’energia necessaria al nostro organismo viene prodotta attraverso milioni di reazioni chimiche, in cui il cibo e l’ossigeno dell’aria vengono combinati tra loro e trasformati.

Le principali sostanze nutritive introdotte con la dieta possono essere raggruppate in tre principali classi di composti che presentano uno scheletro carbonioso, dal quale si ottiene ATP: proteine, polisaccaridi e lipidi. Anche il rinnovo delle cellule dell'organismo o il trasporto di molecole richiedono energia (come ATP), specie quando ciò avviene contro gradiente di concentrazione; il calcio viene ad esempio raccolto nel sarcolemma di una cellula in cui si trova in concentrazione dieci mila volte superiore che nel resto della molecola; perché sia possibile tale raccolta, bisogna fornire energia. Nel sarcolemma vi sono degli enzimi che legano l'ATP: le proteine, ridisponendosi, si flettono e si legano con il calcio (Ca2+).

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Catabolismo e Anabolismo

Si può rappresentare l’insieme delle reazioni metaboliche con un disegno che ricorda quello di un albero. Scendendo dalle foglie alle radici, seguiremo il cammino delle reazioni cataboliche, mentre risalendo dalle radici alle foglie faremo il percorso delle reazioni anaboliche. Le vie anaboliche sono, al contrario, processi chimici ‘in salita’, dove le grandi molecole vengono costruite con assorbimento di energia. Lo scopo delle vie cataboliche è di liberare energia e materiale di base per costruire tutte le molecole che servono alle cellule del nostro organismo, seguendo percorsi chimici ‘in discesa’ rispetto alla struttura dell’albero che consentono di andare facilmente da un punto all’altro senza fatica.

♦ il catabolismo, ovvero il processo attraverso il quale le grandi strutture molecolari vengono convertite in sostanze più elementari liberando energia; così, i lipidi vengono scissi in acidi grassi e glicerolo, i carboidrati in semplici molecole di glucosio e le proteine in aminoacidi.
♦ l’anabolismo rappresenta il tragitto inverso: le più piccole molecole vengono convertite in complessi macromolecolari (momento che richiede e impiega energia). È la fase sintetica del metabolismo, quella che consente la costruzione di nuove strutture organiche e lo svolgimento di mille altre funzioni cellulari, sfruttando l’energia derivante da una sorta di “barretta energetica” - l’ATP (adenosina trifosfato) prodotto dai mitocondri - che la cellula “spezza” per le proprie esigenze anaboliche.

Il Percorso del Cibo nel Metabolismo

La trasformazione del cibo che mangiamo inizia con la digestione, in cui le grandi molecole polimeriche, cioè formate da tante unità (o precursori), tenute insieme da legami chimici in un’unica struttura, vengono smontate. Le piccole molecole prodotte dalla digestione possono ora entrare nella cellula, attraverso meccanismi diversi (membrane biologiche), ed essere metabolizzate, cioè convertite in molecole ancora più semplici e in energia.

Gli enzimi presenti nel citoplasma e nei vari organelli della cellula smontano le molecole di zuccheri, lipidi e proteine fino a ottenere un piccolo composto formato da due atomi di carbonio. Questo composto, chiamato gruppo acetilico, si lega a una molecola trasportatrice (coenzima A), anche in questo caso con l’aiuto di un enzima, per formare un complesso chiamato acetilcoenzima A. Gli zuccheri semplici che contengono sei o cinque atomi di carbonio, chiamati rispettivamente esosi e pentosi, vengono trasformati in acido piruvico, una piccola molecola composta di soli tre atomi di carbonio, attraverso un processo, denominato glicolisi (che significa «distruzione degli zuccheri»), a cui partecipano molti enzimi diversi.

L’acido piruvico entra nei mitocondri, gli organelli presenti nel citoplasma della cellula specializzati nella produzione di energia, dove viene degradato fino a formare l’acetilcoenzima A. Al contrario di zuccheri e grassi, formati solo da atomi idrogeno (H), ossigeno (O) e carbonio (C), le proteine contengono un quarto elemento, l’azoto (N). I gruppi acetilici dell’acetilcoenzima A, e altri prodotti ottenuti dalla degradazione di zuccheri, amminoacidi e grassi, vengono incanalati nella via catabolica finale comune chiamata ciclo degli acidi tricarbossilici, che possiamo immaginare corrispondere al tronco dell’albero del metabolismo.

Questa energia è ‘incamerata’ in alcune molecole particolari, di cui la più importante è chiamata adenosintrifosfato o ATP (il fosforo si indica con la lettera P). L’ATP ‘accumula’ l’energia grazie alla particolare natura dei legami chimici tra gli atomi di fosforo presenti nella molecola. Le reazioni anaboliche, invece, seguono cammini diversi per arrivare alla trasformazione delle molecole semplici in molecole più grandi e complesse (macromolecole), grazie proprio all’energia accumulata sotto forma di ATP. Le piccole molecole a due o tre atomi di carbonio sono inizialmente convertite in ‘unità di costruzione’ (amminoacidi, zuccheri semplici, acidi grassi, glicerolo), che vengono poi unite tra loro a formare le macromolecole. Per esempio, la costruzione delle proteine inizia con la formazione di molecole intermedie, successivamente trasformate in amminoacidi.

Regolazione del Metabolismo

Le reazioni chimiche che compongono le vie cataboliche e anaboliche sono molti milioni. Come fa la cellula a controllare che tutto avvenga nel modo giusto? Le reazioni metaboliche sono collegate tra loro: il prodotto di una prima reazione è il substrato, cioè il materiale di partenza, della seconda reazione e così via per tutte le reazioni che seguono quella via metabolica. Inoltre, le vie metaboliche possono essere controllate regolando l’attività degli enzimi.

In alcuni casi, quando ha raggiunto una certa concentrazione il prodotto di una reazione può inibire, vale a dire bloccare, l’attività dell’enzima responsabile della reazione precedente: in questo modo una determinata sostanza regola la propria sintesi (con un meccanismo omeostatico) evitando che si raggiungano concentrazioni troppo elevate, dannose o comunque non necessarie alla cellula. In terzo luogo, il prodotto finale di una reazione può attivare o inibire un enzima di altre vie metaboliche, consentendo una regolazione coordinata di più catene di reazioni. Infine le reazioni non avvengono tutte nella stessa zona della cellula, ma in spazi diversi e ben delimitati, come l’interno di organelli specializzati (per esempio, mitocondri e ribosomi).

Metabolismo Veloce vs. Lento

Il metabolismo può essere “veloce” (alto) e trasformare più velocemente il cibo che mangiamo in energia, o “lento” (basso), impiegando più tempo per riuscire a farlo. Il metabolismo di un soggetto è dato dalla somma del metabolismo basale, dalla termogenesi dieta-indotta (l’energia che si sviluppa nei processi digestivi), e dall’attività fisica.

Un equilibrio tra le reazioni anaboliche (di distruzione) e le reazioni cataboliche (di costruzione) dell’organismo ci permette di modulare l’assunzione degli alimenti, al fine di mantenere un adeguato bilancio tra l’assunzione di cibo e la spesa energetica. Essere in condizioni di sovrappeso ed avere una massa magra poco rappresentata determinano una riduzione del metabolismo, inoltre, se in aggiunta, manteniamo una attività fisica scarsa o assente andremo a peggiorare la condizione.

Il 20% circa del metabolismo basale è rappresentato dalla muscolatura scheletrica, di conseguenza un aumento della muscolatura è il metodo fisiologico che abbiamo per aumentare il metabolismo basale. Inoltre, possiamo aiutare la massa magra a preservarsi nel tempo o ad aumentare, se serve, non soltanto con adeguato movimento ed attività fisica, ma anche assumendo la giusta quantità di proteine ripartita nei pasti della giornata. Saltare la prima colazione, infatti, porta ad una riduzione della produzione insulinica nelle prime ore della giornata, con conseguente ed inevitabile incremento di peso nel tempo.

Come Misurare il Metabolismo

Non sempre è possibile misurare il metabolismo, e in questi casi si possono utilizzare delle formule specifiche, o determinati modelli matematici per predire o meglio calcolare il metabolismo basale, e ricavare dunque una stima approssimativa del fabbisogno calorico.

la calorimetria diretta verifica la spesa energetica valutando la dispersione di calore di un individuo collocato per almeno 24 ore all’interno di una camera calorimetrica, una stanza super accessoriata ad hoc per la registrazione dei parametri vitali.
la calorimetria indiretta misura il dispendio energetico a riposo sulla base della misurazione dei volumi di ossigeno inspirato e di anidride carbonica espirata. Il paziente, sdraiato su un lettino, a digiuno da 6-8 ore, indossa una mascherina connessa a un apparecchio, il metabolimetro, attraverso cui respira per circa 20-30 minuti. Grazie all’analisi dello spostamento dei flussi gassosi, inspirati ed espirati, diventa così possibile determinare l’entità del metabolismo basale, espresso come quantità di energia (o lavoro) per unità di tempo, ossia: kcal(chilocalorie)/minuto, kcal/die (giorno).

Equazioni per Stimare il Metabolismo Basale

♦ Citiamo poi l’equazione di Harris e Benedict: risalente al 1919, poi revisionata e affinata nel 1984, tiene conto del sesso, del peso, dell’altezza e dell’età del soggetto.
Nel 1981 la FAO (l'Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura) e l'Organizzazione Mondiale della Sanità hanno stabilito, attraverso il lavoro di una commissione internazionale di esperti, il fabbisogno energetico umano, identificando nell'età e nelle differenze di genere gli elementi basilari per calcolare il fabbisogno individuale energetico.

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