Il metabolismo è l’insieme delle reazioni chimiche che avvengono all’interno dell’organismo, una trasformazione degli alimenti nell’energia necessaria alle cellule del corpo. In sintesi, il 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. In pratica, ogni cellula è una formidabile fabbrica che produce energia e che provvede ad assolvere a un complesso di funzioni fisiologiche essenziali, come la crescita, il mantenimento delle strutture organiche e la loro riparazione, la secrezione, la contrazione muscolare, la riproduzione, la difesa immunitaria...
Come Funziona il Metabolismo?
Per metabolismo cellulare si intende l’insieme delle reazioni biochimiche che avvengono all’interno delle cellule. L’insieme delle reazioni chimiche metaboliche avviene tramite due processi essenziali: catabolismo e anabolismo. 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.
Catabolismo: Rompere le Molecole per Ottenere Energia
Sono dette cataboliche quelle vie che permettono la degradazione di molecole complesse. ♦ 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. 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. Si considerano processi catabolici la glicolisi o il ciclo di Krebs.
Anabolismo: Costruire Nuove 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. ♦ 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.
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.
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Il Ruolo degli Enzimi
Le reazioni possono essere facilitate dagli enzimi, particolari proteine che funzionano da catalizzatori, rendendo possibile se non accelerando la reazione in cui sono coinvolti. Ogni reazione può essere accelerata da un enzima. 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. Spesso perché all’interno delle cellule avvengano le trasformazioni molecolari desiderate da un prodotto iniziale a uno finale, occorrono più fasi, ciascuna delle quali può essere catalizzata da un diverso enzima. In ciascuna di queste fasi, un substrato viene convertito in un prodotto, che a sua volta diventa il substrato per la reazione successiva.
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.
Da Dove Arriva l'Energia?
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. È, in buona sostanza, il lavoro svolto dalla macchina metabolica umana per garantire il mantenimento delle funzioni vitali in condizioni basali, a digiuno e a riposo.
Respirazione Cellulare e Mitocondri
La respirazione cellulare è un processo mediante il quale le cellule ricavano l’energia dai nutrienti. La massima produzione di energia nella cellula si ottiene attraverso processi che hanno luogo nei mitocondri, possibili in presenza di ossigeno. 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.
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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.
Il Controllo dell'Energia
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.
Come Mantenere un Metabolismo Sano
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.
Ecco alcuni consigli per mantenere un metabolismo sano:
- Evitare digiuni e diete drastiche: L'organismo, per difendersi, diminuisce il dispendio energetico ma aumenta la sua capacità di assorbire i nutrienti presenti negli alimenti.
- Mangiare poco... ma spesso!: Fare dei piccoli spuntini tra un pasto e l'altro (possibilmente, uno a metà mattina e uno a metà pomeriggio) preferendo verdure crude, frutta secca e grana.
- Bere molta acqua: Il consumo di adeguate quantità di acqua (almeno 2 litri al giorno) è in grado di apportare notevoli benefici.
- Consumare alghe ricche di iodio: Ricche di vitamine, sali minerali, oligoelementi ed enzimi, le alghe commestibili sono fonte di importanti sostanze nutrizionali.
- Fare sport e attività fisica: Fondamentali per il mantenimento e la crescita del tessuto muscolare, il principale responsabile del metabolismo basale.
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:
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- 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.
Metabolismo Basale e Metabolismo Energetico Totale
Per valutare il corretto funzionamento del metabolismo, occorre distinguere tra metabolismo basale e metabolismo energetico.
- Metabolismo energetico basale (MEB): è l’energia che l’organismo utilizza in condizioni di base, cioè quando l’individuo è sveglio, ma a riposo e non svolge alcuna attività muscolare. Il metabolismo energetico basale rappresenta circa il 70% del dispendio energetico per una persona sedentaria e indica la quantità di energia minima in grado di sostenere le funzioni vitali e mantenere lo stato di coscienza e di benessere e una temperatura normale del corpo, quando non si trova in ambienti molto freddi.
- Metabolismo energetico totale (MET): è costituito per il 60-70% dal metabolismo energetico basale e per il resto dall’energia consumata dalla muscolatura scheletrica durante tutti i tipi di esercizio fisico e da quella utilizzata per la termogenesi post-prandiale. Il metabolismo energetico totale è più elevato del metabolismo energetico basale; anche l’assunzione di un pasto, per esempio, richiede un consumo di energia per le funzioni digestive.