Bioenergetica e Metabolismo - Nutrizione

Bioenergetica
e
Metabolismo
Anabolismo
Comprende quel complesso di reazioni
enzimatiche, definito anche BIOSINTESI che
permette all'organismo di utilizzare i principi
nutritivi introdotti con gli alimenti per la sintesi
delle molecole complesse.
1
Anabolismo
Produzione di:
riserve energetiche
enzimi
ormoni
formazione dei tessuti
mantenimento strutturale e funzionale
dell’
dell’organismo.
Anabolismo
Le reazioni anaboliche di biosintesi sono
prevalentemente endoergoniche richiedono, cioè
cioè,
un apporto di energia.
Possiamo dire che i processi anabolici
“spendono”
spendono” l’energia prodotta dai cicli catabolici
e immagazzinata sotto forma di molecole ATP.
2
Anabolismo
Esistono alcuni intermedi comuni ai due aspetti
del metabolismo e, come abbiamo già
già introdotto,
lo stesso ciclo di Krebs, la fornace catabolica
comune a tutte le vie aerobiche, ha la
caratteristica di poter dar vita a reazioni di
biosintesi, pertanto viene definito come una via
ANFIBOLICA
Anabolismo
L'anabolismo comprende i seguenti processi:
Sintesi dei carboidrati.
Sintesi dei lipidi.
Sintesi delle proteine.
Duplicazione
e
Replicazine
dell’acido
desossiribonucleico (DNA).
Sintesi dell'acido ribonucleico (RNA).
3
Sintesi dei Carboidrati
GLUCONEOGENESI
GLICOGENOSINTESI
Sintesi dei Carboidrati
GLUCONEOGENESI
Fegato
Glucosio
Glicolisi
Glucosio
Lipidi
Lipolisi
Glicerolo
Proteine
AT
P
AD
P
Gluconeogene
si
Piruvato
Proteolisi
Piruvato
Amminoacidi
Glucogenetici
Fermentazione
Lattato
Acidi
Grassi
b-ossidazione
Ciclo di
Krebs
4
Sintesi dei Carboidrati
GLICOGENOSINTESI
Attivazione del
Glucosio
Catene Lineari
Ramificazioni
Sintesi dei Carboidrati
GLICOGENOSINTESI
Accumulato nei muscoli scheletrici e nel fegato
in un rapporto di circa 4:1.
In un uomo adulto di 70 Kg ben nutrito
300 gr nei muscoli
100 gr nel fegato
5
Sintesi dei Carboidrati
GLICOGENOSINTESI
La quantità
quantità di glicogeno accumulata varia in
base alla dieta
Digiuno di 24 ore o dieta ipoglucidica le scorte
di glicogeno si riducono drasticamente.
Carico glicemico, fino al doppio di glicogeno,
ma per brevi periodi.
+ Sintesi del Glicogeno
+ Glicolisi
- Glicogenolisi
Glicemia
Insulina
+ Sintesi del Glicogeno
+ Glicolisi
- Glicogenolisi
- Gluconeogenesi
+ Glicogeno Lisi
- Glicolisi
- Glicogenosintesi
Glicemia
Glucagone
+ Glicogeno lisi
+ Gluconeogenesi
- Glicogenosintesi
- Glicolisi
6
La capacità dell’organismo umano di
accumulare carboidrati, è limitata.
Quindi, quando ci troviamo in presenza di
eccedenza di carboidrati e le riserve di
glicogeno sono sature, le molecole di glucosio
devono prendere un’
un’altra via per essere
immagazzinate.
A questo punto allora le molecole di acetilCoA
prodotte dalla glicolisi portano, attraverso la
lipogenesi, alla formazione di acidi grassi
convertiti poi in trigliceridi, che vengono
accumulati nel tessuto adiposo.
7
Sintesi dei Lipidi
Lipidi
Carboidrati
Proteine
Acidi Grassi
Glucidi
Aminoacidi
Piruvato
AcilCoA
Isoprene
Attivo
AcetilCoA
Acidi Grassi
MalonilCoA
Fosfolipidi
Trigliceridi
Membrane
Cellulari
Tessuto
Adiposo
Steroidi
Colesterolo
Ormoni
Steroidei
Sali
Biliari
Vitamina
D3
Sintesi degli Aminoacidi
L’organismo umano utilizza 20 aminoacidi.
Sintesi degli scheletri carboniosi degli aa-chetoacidi
corrispondenti
Poi
aggiunta
del
gruppo
aminico
mediante
transaminazione.
transaminazione.
L’uomo è in grado di compiere la biosintesi di solo 12
aminoacidi.
Gli altri 8 (9 nei bambini), che non possono essere
sintetizzati sono definiti “essenziali”
essenziali” e devono essere
assunti con la dieta.
8
Possono essere coinvolti nel metabolismo energetico
Sono precursori essenziali di numerosi neurotrasmettitori,
ormoni, mediatori infiammatori.
Alcuni aminoacidi, per esempio la glicina,
glicina, l’l’aspartato e il
glutamato
possono
fungere
direttamente
da
neurotrasmettitori, mentre altri devono essere convertiti in
neurotrasmettitori od ormoni tramite modificazione come
per esempio la tirosina che fa da precursore alle
catecolamine, e agli ormoni tiroidei, o il triptofano che fa da
precursore alla serotonina e alla melatonina.
Sintesi delle Proteine
9
Bioenergetica
Bilancio Energetico
La risultanza tra l’energia immessa
con i cibi e quella consumata per
mantenere in vita ed in movimento
il corpo viene definito
Energia in entrata
degradazione
chimica
dei
macronutrienti attraverso le vie
cataboliche.
Energia in uscita:
TDEE (Total Daily Energy
Expediture) dispendio energetico
totale giornaliero
Bioenergetica
Il dispendio energetico giornaliero totale può essere scomposto in tre
componenti
Metabolismo basale (BMR 60%-75%),
Termogenesi indotta dagli alimenti (DIT 7%-15%),
Attività fisica (AEE 15%-30)
10
Bioenergetica
Metabolismo Basale (BMR)
rappresenta l’energia che è necessaria all’organismo per mantenere
l’omeostasi dell’organismo (trasporto di membrana, cicli biochimici,
funzionalità vegetativa degli organi, turnover proteico ecc.)
Il BMR viene definito come il “consumo energetico di un
individuo per unità di tempo nelle seguenti condizioni”:
Digiuno da 10-12 ore
In posizione supina, sveglio ma rilassato,
Con temperatura corporea normale
A temperatura ambiente costante di 27°-29°C
In assenza di stimoli psicofisici esterni
Bioenergetica
L’80% della variabilità individuale del BMR dipende da:
 Peso corporeo
 Età
 Sesso
Per il restante 20% si rileva l’influenza delle seguenti caratteristiche:
 Temperatura corporea
 Composizione corporea
 Familiarità e fattori genetici
 Condizioni fisiopatologiche
 Quadro ormonale.
L’estrapolazione del BMR nelle 24 ore viene definito come Spesa
Energetica Basale (BEE ovvero Basal Energy Expenditure).
11
Bioenergetica
Misura del BMR
Calorimetria Diretta
Calorimetria Indiretta
Equazioni Predittive del BMR
BEE M = 66+(13,7xPeso)+(5xAltezza)-(6,8xEtà)
BEE F = 655+(9,6xPeso)+(1,85Altezza)-(4,7xEtà)
Bioenergetica
Equazioni predittive del BEE, espresso in Kcal/dì, a partire dal peso corporeo espresso in
Kg. Le equazioni perdono di significatività in individui obesi.
Pc = Peso Corporeo
Fonti: Commission of the European Communities, 1993. Modificato da SINU
www.sinu.it/larn/energia
Età
BMR
Maschi
Femmine
<3
59,5xPc-31
58,3xPc-31
3-9
22,7xPc+504
20,3xPc+485
10-17
17,7xPc+650
13,4xPc+693
18-29
15,3xPc+679
14,7xPc+496
30-59
11,6xPc+879
8,7xPc+829
60-74
11,9xPc+700
9,2xPc+688
75
8,4xPc+819
9,8xPc+624
12
Bioenergetica
Bioenergetica
Termogenesi Indotta dagli Alimenti (DIT)
detta anche azione dinamico-specifica dei nutrienti, viene definita
come l'incremento del dispendio energetico in risposta all'assunzione
del cibo.
L’apporto al dispendio energetico totale può essere valutato in una
proporzione di circa il 7-15%.
La DIT varia a seconda della distribuzione dei macronutrienti nel
pasto, il consumo energetico indotto è:
 basso per i Lipidi (2-5%)
 medio per i carboidrati (5-10%)
 elevato per le proteine (circa 30%).
13
Bioenergetica
Costo Energetico dell’
dell’Attività
Attività Fisica (AEE)
L’attività
attività fisica viene definita come
qualunque azione esercitata dal sistema muscolomuscolo-scheletrico
che si traduca in un consumo di energia superiore a quello in
condizioni di riposo
Il costo energetico dell’
dell’attività
attività fisica, così
così come l’
l’introduzione
calorica, è una variabile controllabile dal soggetto in contrasto
con le altre componenti del TDEE.
Bioenergetica
I consumi energetici dovuti all’
all’attività
attività fisica dipendono da:
 Tipo
 Frequenza
 Intensità
Intensità
 Quantità
Quantità
delle attività
attività condotte dall'individuo
Possono variare da poco più
più del 15% del dispendio energetico
totale per stili di vita estremamente sedentari a valori pari a 3-4
volte il BEE.
14
Bioenergetica
L’attività
attività fisica ha un’
un’azione stimolante sul metabolismo basale
influenzando positivamente alcuni dei fattori coinvolti nel dispendio
dispendio
energetico basale quali:
 Composizione corporea
 Condizione ponderale
 Metabolismo glucidico
 Metabolismo lipidico
Bioenergetica
15
Bioenergetica
Chilocaloria
la quantità di energia necessaria ad innalzare di 1 °C (da 14,5 a 15,5) la
temperatura di 1 Kg di acqua a livello del mare
Chilojoule
multiplo di un joule, unità di misura dell’energia nel Sistema
Internazionale.
1kcal=4,2 kJ ovvero 1kJ=0,24 kcal
Bioenergetica
È possibile stabilire la quantità di energia, che si ottiene bruciando i
diversi tipi di sostanze nutritive, e che viene espressa in chilocalorie
(kcal) o chilojoule (kJ).
Il contenuto energetico medio dei vari macronutrienti è:
 4,1 kcal/gr per i carboidrati
 5,3 kcal/gr per le proteine (4,1 per la loro incompleta ossidazione)
 9,3 kcal/gr per i grassi
 7,1 kcal/gr per l’etanolo
Sebbene anche le proteine possano essere catabolizzate per ottenere
energia, la maggior parte del metabolismo energetico avviene grazie
alla demolizione di carboidrati e lipidi.
16
Bioenergetica
Sebbene anche le proteine possano essere catabolizzate per ottenere
energia, la maggior parte del metabolismo energetico avviene grazie
alla demolizione di carboidrati e lipidi.
I carboidrati sono il tipo di alimento più abbondante al mondo, mentre
i grassi costituiscono la fonte di energia più concentrata e semplice da
immagazzinare.
In situazioni particolari, come in caso di prolungata attività fisica
intensa o di deplezione glucidica, l'organismo si trova costretto a
utilizzare, a fini energetici, le proteine ottenute dall'alimentazione o, in
casi di deperimento estremo, dai propri tessuti.
Bioenergetica
Deplezione glucidica
quello stato fisiologico estremo in cui un organismo ha esaurito le
proprie scorte di carboidrati, non solo a livello ematico (glucosio), ma
anche, e soprattutto, a livello epatico e muscolare (glicogeno di
riserva), pertanto non è più in grado di mobilizzare zuccheri.
In questo caso si innesca un processo (gluconeogenesi) che genera
zuccheri da molecole non glucidiche, tra cui gli aminoacidi, attivando
quindi il catabolismo proteico.
17
Bioenergetica
La quantità
quantità, la varietà
varietà e le proporzioni dei macronutrienti
nella dieta quotidiana influiscono profondamente sulla
qualità
qualità della vita, sulla capacità
capacità di eseguire lavoro (esercizio
fisico), e sulla salute nel suo complesso.
Un corretto piano nutrizionale deve quindi avere un giusto
equilibrio tra modalità
modalità di assunzione e quantità
quantità del cibo
ingerito, tenendo conto del dispendio energetico del
soggetto.
Il Flusso di Energia dei Nutrienti
L’assunzione del cibo include quattro fasi
durante le quali si attuano quattro atti fisiologici
correlati all’
all’ingestione del cibo, ricercare e
mangiare, digerire, assorbire ed infine
consumare le riserve.
Tali fasi sono associate ad altrettanti processi
del metabolismo energetico che possono essere
definite come fase cefalica, fase gastrica, fase del
substrato e fase del digiuno.
18
Il Flusso di Energia dei Nutrienti
Durante le quattro fasi il flusso di energia
derivante dal catabolismo dei vari nutrienti viene
controllato ed indirizzato dagli ormoni
insulina
glucagone.
Il Flusso di Energia dei Nutrienti
Fase del
Substrato
Fase
Fase
Cefalica
Gastrica
Insulina
Fase del
Digiuno
Glucagone
Pasto
19
Il Flusso di Energia dei Nutrienti
Pasto ad alto
carico glicemico
Pasto a basso
carico glicemico
20