Controllo del Metabolismo: Definizione e Processi

Si sente spesso parlare di metabolismo, in merito a salute, peso e alimentazione. Può essere alto o basso, lento o veloce, 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 (metabolismo basale) come la respirazione, la circolazione del sangue o la riparazione delle cellule.

Il metabolismo è un elemento dalla struttura complessa, ma si compone essenzialmente di due parti, che devono essere regolate per restare in equilibrio.

• Tasso metabolico basale (BMR, Basal Metabolic Rate): rappresenta la quantità di energia spesa quotidianamente per mantenere attive tutte le funzioni corporee di base (respirazione, battito cardiaco, regolazione dei livelli ormonali, crescita e riparazione delle cellule).
• Termogenesi: è il processo mediante cui l’organismo impiega energia per digerire gli alimenti e le bevande ingerite tramite l’alimentazione, assorbendo e trasportando i nutrienti.

Al metabolismo basale dobbiamo aggiungere il metabolismo energetico, determinato dal movimento e dall’attività fisica che compiamo ogni giorno, e dalla termogenesi indotta dagli alimenti.

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.

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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. È estremamente soggettivo e ci aiuterà ad incrementare le motivazioni e le aspettative e a raggiungerle e mantenerle nel tempo.

Processi Metabolici Cellulari

Il metabolismo ha luogo in tutte le cellule del corpo. Nel corpo umano, le sostanze chimiche vengono costantemente convertite in altre sostanze. Ci sono innumerevoli reazioni biochimiche di questo tipo nel nostro corpo, a cui ci riferiamo collettivamente con il nome metabolismo. I processi metabolici hanno luogo, tra l'altro - ma non solo - quando si mangia qualcosa e il corpo la digerisce.

I processi metabolici più noti sono quelli in cui il nostro corpo utilizza i tre macronutrienti: grassi, proteine e carboidrati.

• Metabolismo dei carboidrati: gli zuccheri semplici come il glucosio sono i più importanti fornitori di energia per le nostre cellule. Sono ottenuti dai carboidrati che ingeriamo.
• Metabolismo dei grassi: i grassi sono anche importanti per la produzione di energia. Quando vengono metabolizzati, forniscono una quantità di energia particolarmente grande - il doppio delle proteine e dei carboidrati. Inoltre, i grassi servono come riserve di energia nel corpo.
• Metabolismo delle proteine: le proteine, che sono scomposte in aminoacidi, forniscono meno energia dei carboidrati e dei grassi. Ma hanno molti altri compiti importanti. Tra l'altro, il corpo riassembla gli aminoacidi in proteine, che sono necessarie per costruire ormoni, enzimi e muscoli.

Inoltre, ci sono molti altri processi metabolici grandi e piccoli nel nostro corpo. Vitamine e minerali, per esempio, giocano un ruolo importante in molte parti del corpo.

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• Metabolismo osseo: le ossa umane hanno bisogno di essere costantemente rafforzate affinché rimangano dure e stabili. Per fare questo, i minerali calcio e fosforo sono incorporati nella massa ossea. Anche la vitamina D è coinvolta in questo metabolismo osseo - la vitamina aiuta a incanalare il calcio dall'intestino nel sangue in modo che possa poi essere costruito nelle ossa.
• Scomposizione delle sostanze nocive: quando le tossine e altre sostanze nocive entrano nel corpo, il nostro metabolismo cerca di convertirle in sostanze innocue e di eliminarle. Questo processo è anche chiamato disintossicazione. In alcuni casi, vengono anche disintossicate sostanze che vengono prodotte come prodotti di degradazione nel metabolismo.

Il metabolismo ha luogo ovunque nel corpo, in ogni singola cellula ma c'è un organo che assume un ruolo speciale nel metabolismo: il fegato. Il sangue trasporta i nutrienti dall'intestino al fegato, che li trasforma e ne estrae l'energia. L'organo immagazzina anche sostanze nutritive, soprattutto grassi, zucchero sotto forma di glicogeno, vitamine e i minerali ferro e rame. E con l'aiuto di aminoacidi, produce proteine con diverse funzioni.

Come fa il corpo a sapere quali sostanze scomporre e quali costruire? Per esempio, i due ormoni insulina e glucagone controllano il livello di zucchero nel sangue, che è cruciale per il metabolismo dello zucchero nel corpo. L'insulina fa assorbire alle cellule il glucosio dal sangue e quindi abbassa la glicemia.

Il metabolismo delle persone ha velocità diverse. Queste differenze sono in parte genetiche - e fanno sì che alcune persone ingrassino più velocemente di altre, anche se mangiano lo stesso tanto. Se l'energia viene utilizzata rapidamente nel corpo, si parla di metabolismo veloce.

Metabolismo cellulare: Reazioni Biochimiche

In sintesiIl metabolismo cellulare è la serie di reazioni biochimiche che avvengono nelle cellule; alcune di queste reazioni permettono di ottenere le molecole e l’energia di cui le cellule hanno bisogno. Ogni reazione può essere accelerata da un enzima. La massima produzione di energia nella cellula si ottiene attraverso processi che hanno luogo nei mitocondri, possibili in presenza di ossigeno.

Per metabolismo cellulare si intende l’insieme delle reazioni biochimiche che avvengono all’interno delle cellule. Le reazioni possono essere facilitate dagli enzimi, particolari proteine che funzionano da catalizzatori, rendendo possibile se non accelerando la reazione in cui sono coinvolti. Gli enzimi legano in maniera altamente specifica uno o più substrati, le molecole coinvolte nella reazione, facilitando così la loro trasformazione nei prodotti della reazione stessa, che sono poi rilasciati dall’enzima.

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Via metabolica, o in inglese pathway metabolico, è l’espressione utilizzata per indicare un insieme di queste reazioni in sequenza. Le cellule sono in grado di controllare le vie metaboliche a seconda dei propri bisogni e ci riescono anche grazie alla regolazione dell’attività degli enzimi stessi.

Sono dette cataboliche quelle vie che permettono la degradazione di molecole complesse. In queste reazioni, le molecole sono trasformate nei loro costituenti (per esempio, dalle proteine si ottengono gli amminoacidi), mentre l’energia viene rilasciata come calore oppure immagazzinata sotto forma di particolari molecole. La sintesi di nuove molecole, le macromolecole, avviene attraverso vie definite anaboliche, che possono partire proprio dai prodotti del catabolismo e che per procedere hanno bisogno di energia. Per far sì che le cellule controllino i propri livelli di metaboliti fondamentali e abbiano a disposizione una quantità sufficiente di energia, le vie cataboliche e anaboliche devono essere in equilibrio.

Fonti di Energia Cellulare

L’energia non si crea né si distrugge, ma si trasforma. Da dove arriva allora l’energia di cui hanno bisogno le cellule? Nel caso di alcuni tipi di batteri, delle alghe e delle piante la “fonte” è rappresentata dal sole. Nel noto processo di fotosintesi, le cellule catturano l’energia solare e la utilizzano per produrre molecole organiche. Altri organismi, come gli esseri umani, funzionano diversamente e ricavano le molecole organiche dall’alimentazione.

Attraverso la nutrizione gli esseri umani ottengono l’acqua e i nutrienti, quali carboidrati, grassi, proteine, sali e minerali, che vengono se necessario scomposti in prodotti più piccoli, quindi assorbiti nel circolo ematico e recapitati a tessuti e cellule che ne hanno bisogno. L’energia è contenuta nei legami chimici delle molecole dei nutrienti e, attraverso diversi processi, viene trasformata in una forma che le cellule possono utilizzare.

Rilasciata dalla rottura di tali legami, l’energia viene immagazzinata sotto forma di molecole ad alta energia, come l’ATP (adenosina trifosfato), il trasportatore di energia più abbondante nelle cellule. La respirazione cellulare è un processo mediante il quale le cellule ricavano l’energia dai nutrienti. La degradazione di carboidrati, grassi e proteine converge in una via centrale del metabolismo, il cosiddetto ciclo dell’acido citrico (detto anche ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo di Krebs dal nome del suo scopritore, Hans Krebs).

Il ciclo dell’acido citrico avviene all’interno dei mitocondri, le centrali energetiche della cellula. A questo ciclo, da cui si formano anidride carbonica e altre importanti molecole, segue la fosforilazione ossidativa, la fase di massima resa in termini di formazione di molecole di ATP, che vede il coinvolgimento della catena di trasporto degli elettroni ed è resa possibile da diverse proteine situate nella membrana interna dei mitocondri. Nell’insieme questo processo consuma ossigeno e produce anche acqua.

Nei diversi passaggi che portano dalla demolizione dei nutrienti al ciclo di Krebs, ha un ruolo importante una particolare molecola, chiamata acetilcoenzima A. La sua formazione a partire dal glucosio inizia nel citoplasma della cellula con la glicolisi, una via metabolica che non necessita di ossigeno e in cui da una molecola di glucosio si formano due molecole di piruvato, con un guadagno netto di due molecole di ATP, un numero decisamente inferiore rispetto alla fosforilazione ossidativa, e altre molecole.

Questo processo avviene in diverse fasi a livello cellulare e coinvolge una serie di reazioni chimiche, tra cui la glicolisi, il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa. La glicolisi avviene nel citoplasma e porta alla formazione di piruvato, una molecola che penetra nei mitocondri per continuare l’ossidazione nel sistema del ciclo di Krebs. Quest’ultimo processo genera delle molecole che a loro volta cedono elettroni alla catena di trasporto di quest’ultimi.

Il piruvato è poi trasportato nei mitocondri e convertito nell’acetilcoenzima A, che entra così nel ciclo di Krebs.

Regolazione ed Equilibrio Metabolico

La trasformazione dell’energia chimica in una forma utile alle cellule viene regolata tramite diverse modalità. Per esempio, le cellule possono rispondere a certi segnali o non possedere alcuni organuli (come i globuli rossi, che non hanno mitocondri). Centrale è la disponibilità di ossigeno. In condizioni di assenza o di bassi livelli di ossigeno, il piruvato prodotto dalla glicolisi potrà avere un diverso destino: invece di entrare nei mitocondri, resterà nel citoplasma dove, grazie al coinvolgimento di un particolare enzima, si produrrà il lattato (o acido lattico).

Si noti che, quando le cellule muscolari fanno affidamento sulla glicolisi per la produzione di energia a causa della bassa disponibilità di ossigeno, è proprio l’accumulo di questo prodotto che provoca la caratteristica sensazione di dolore.

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.

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. 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. Le vie anaboliche sono, al contrario, processi chimici ‘in salita’, dove le grandi molecole vengono costruite con assorbimento di energia.

Digestione e 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.

Controllo delle Vie Metaboliche

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).

Fattori che Influenzano il Metabolismo

Il funzionamento del metabolismo è regolato e influenzato da numerosi fattori: alcuni di questi non possono essere controllati, mentre altri possono essere tenuti sotto controllo e utilizzati per accelerarlo e favorirne il corretto funzionamento. In ogni caso, è fondamentale ricordare che il metabolismo varia da individuo a individuo e che sono molteplici i fattori che lo possono influenzare.

In generale, sono numerosi i fattori che possono influenzare il metabolismo e tra questi si annoverano il genere, l’età, l’alimentazione, la pratica di attività fisica, lo stile di vita e l’assunzione di determinate sostanze nutritive. Tutti questi elementi devono essere presi in considerazione quando si vuole intervenire per accelerare il proprio metabolismo.

I fattori e le condizioni che influenzano il metabolismo sono molteplici e si combinano tra di loro. Il tasso metabolico basale, inoltre, è influenzato dagli alimenti che vengono consumati. Generalmente, il BMR aumenta dopo i pasti, in quanto l’atto di mangiare e il successivo processo di digestione e metabolizzazione del cibo fanno sì che si consumi energia. L’aumento può variare dal 2 al 30% a seconda delle dimensioni del pasto e della tipologia di alimenti consumati.

Gli ormoni ricoprono un ruolo di rilievo nella regolazione del metabolismo. In particolare, la tiroide è una ghiandola fondamentale per la produzione di processi metabolici; di conseguenza, i soggetti che riscontrano disturbi ormonali e problematiche legate a questa ghiandola hanno ripercussioni anche sul metabolismo.

Ruolo dell'Alimentazione

L’alimentazione svolge un ruolo cruciale sull’influenza dei processi metabolici grazie ai nutrienti contenuti nei cibi che vengono consumati. Per mantenere il metabolismo attivo, quindi, oltre alla regolare pratica di esercizio fisico, è necessario seguire un buon regime alimentare. Oltre a considerare i singoli alimenti che possono contribuire a modificare il funzionamento del metabolismo, vanno prese in considerazione le sostanze nutritive (vitamine e sali minerali) in grado di potenziare e mantenere le regolari funzioni dell’organismo, compreso il metabolismo.

• Vitamine del gruppo B: contenute in alimenti come la carne magra, i cereali integrali o le uova, svolgono un ruolo essenziale nel regolare il metabolismo energetico dell’organismo.
• Ferro: contenuto in alimenti come carne, crostacei e noci, è un elemento cruciale per la crescita e lo sviluppo di un metabolismo sano.
• Magnesio: si tratta di un elemento fondamentale in quanto senza di esso, le reazioni chimiche responsabili della produzione di energia all’interno dell’organismo non potrebbero avvenire.

Se l’assunzione di questi nutrienti dovesse rivelarsi insufficiente tramite l’alimentazione, sarebbe fondamentale ricorrere all’integrazione.

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