Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Carboidrati, lipidi, proteine e...corri!
la chimica dell’ultratrailer
Sommario
Dr. Fabiano Nart
Gruppo Divulgazione Scientifica Dolomiti “E. Fermi”
www.gdsdolomiti.org
[email protected]
Belluno, 24/01/2015
1 / 33
Sommario
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
1
Ultra maratona
2
Metabolismo
Ultratrail
Catabolismo
Carburante
Motore
Dr. Fabiano
Nart
3
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido piruvico
Sommario
4
Tra i 20 e i 40km
Digestione ed attivazione dei lipidi
β-ossidazione
5
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al ciclo di Krebs
Ciclo di Krebs
Fosforilazione catena respiratoria
8 Bilancio energetico
9 . . . e adesso corri!
10 Bibliografia
6
7
2 / 33
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Parte I
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
Introduzione
3 / 33
Ultramaratona
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Ultramaratona: corsa su distanze maggiori di quella tipica
della maratona (42km e 195m).
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
100km
24h
ultratrail
Ultratrail: corsa in montagna
su distanze maggiori di 42km
e con elevati dislivelli.
4 / 33
Ultramaratona
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Ultramaratona: corsa su distanze maggiori di quella tipica
della maratona (42km e 195m).
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
100km
24h
ultratrail
Ultratrail: corsa in montagna
su distanze maggiori di 42km
e con elevati dislivelli.
4 / 33
Ultramaratona
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
L’uomo non è centometrista
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
L’uomo è ultramaratoneta
5 / 33
Ultratrail - due esempi in Dolomiti
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
distanza: 53km
Ultra
maratona
dislivello: 3800m+
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
distanza: 57km
dislivello: 3700m+
6 / 33
Metabolismo
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Metabolismo: insieme di tutte le reazioni enzimatiche che
avvengono nella cellula.
Dr. Fabiano
Nart
Due vie principali:
catabolismo ⇒ degradazione
molecole nutritizie complesse → molecole piccole + E
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
anabolismo ⇒ biosintesi
molecole piccole + E → componenti cellulari
E = ATP, adenosintrifosfato
7 / 33
Metabolismo
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Metabolismo: insieme di tutte le reazioni enzimatiche che
avvengono nella cellula.
Dr. Fabiano
Nart
Due vie principali:
catabolismo ⇒ degradazione
molecole nutritizie complesse → molecole piccole + E
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
anabolismo ⇒ biosintesi
molecole piccole + E → componenti cellulari
E = ATP, adenosintrifosfato
7 / 33
Catabolismo
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
mezzo
auto
corpo
carburante
benzina
AcetilCoA
propulsione
motore
ciclo Krebs
trasmissione
albero
ATP
moto
ruote
gambe
η
30%
50%
Esempio: Francesco Galanzino, deserto del Gobi, 250km.
25.000cal = 3l di gasolio
SUV ⇒ 25km
utilitaria ⇒ 60km
8 / 33
Catabolismo
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
mezzo
auto
corpo
carburante
benzina
AcetilCoA
propulsione
motore
ciclo Krebs
trasmissione
albero
ATP
moto
ruote
gambe
η
30%
50%
Esempio: Francesco Galanzino, deserto del Gobi, 250km.
25.000cal = 3l di gasolio
SUV ⇒ 25km
utilitaria ⇒ 60km
8 / 33
Catabolismo
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Ultratrail
Reazioni accoppiate
A + m B + n ∆G > 0
n+o p+q
∆G 0
Enzima: catalizzatore biologico, generalmente una proteina
molto grande.
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
Coenzima: cofattore dell’enzima, molecola semplice non
proteica.
9 / 33
Carburante
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Il greggio dell’ultratrailer:
carboidrati (benzina)
lipidi (gasolio)
proteine (benzina)
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Carburante raffinato ⇒ AcetilCoA
Motore
10 / 33
Carburante
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Il greggio dell’ultratrailer:
carboidrati (benzina)
lipidi (gasolio)
proteine (benzina)
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Carburante raffinato ⇒ AcetilCoA
Motore
10 / 33
Carburante
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
i carboidrati sono immagazzinati come glicogeno
(450g)
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
fino ai 20km prevalgono i carboidrati
tra i 20 e i 40km prevalgono i lipidi
dopo i 40km si iniziano ad usare le proteine ⇒ muscoli!
Attenzione!
Le tre fonti lavorano in parallelo
11 / 33
Carburante
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
i carboidrati sono immagazzinati come glicogeno
(450g)
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
fino ai 20km prevalgono i carboidrati
tra i 20 e i 40km prevalgono i lipidi
dopo i 40km si iniziano ad usare le proteine ⇒ muscoli!
Attenzione!
Le tre fonti lavorano in parallelo
11 / 33
Carburante
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
Carburante
Motore
12 / 33
Motore - schema generale
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
STADIO I ⇒ degradazione
Ultra
maratona
Ultratrail
Metabolismo
Catabolismo
STADIO II ⇒ conversione ad AcetilCoA
Carburante
Motore
STADIO III ⇒ ciclo di Krebs
13 / 33
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Parte II
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Vie cataboliche
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
14 / 33
I primi 20km
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
ci si sente forti
l’andatura è più sostenuta
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
è il momento peggiore
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
Carburante principale
Carboidrati
15 / 33
Glicogenolisi
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
16 / 33
Glicolisi
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
17 / 33
Glicolisi
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Due possibili strade:
poco allenato ⇒ anaerobica ⇒ glicolisi ⇒ acido lattico
allenato ⇒ aerobica ⇒ AcetilCoA ⇒ ciclo di Krebs
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
ox
potere riducente = NADH/H+ da G3P → 1,3BG
NAD+ torna nella glicolisi
potere riducente trasferito tra molecole, non all’O2
18 / 33
Glicolisi
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Due possibili strade:
poco allenato ⇒ anaerobica ⇒ glicolisi ⇒ acido lattico
allenato ⇒ aerobica ⇒ AcetilCoA ⇒ ciclo di Krebs
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
ox
potere riducente = NADH/H+ da G3P → 1,3BG
NAD+ torna nella glicolisi
potere riducente trasferito tra molecole, non all’O2
18 / 33
Glicolisi - ciclo di Cori
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Il biforcuto acido lattico, meglio evitarlo . . .
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
=⇒
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
ATTENZIONE!
il fegato ha una capacità limitata . . .
19 / 33
Ossidazione acido piruvico (ciclo di Krebs)
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
acido piruvico ; ciclo di Krebs
trasformazione ad AcetilCoA.
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
20 / 33
Tra i 20 e i 40km
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Glicogenolisi
l’andatura è
stabile
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
si sta bene
si è superato il
muro dei 30km
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
Carburante principale
Lipidi
21 / 33
Digestione ed attivazione dei lipidi
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
lipidi, 90% trigliceridi insolubili in H2 O
emulsionati dai sali biliari
Dr. Fabiano
Nart
idrolizzati (glicerina + acido grasso 1 )
acido grasso ⇒ AcilCoa
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
1
lipasi pancreatica
22 / 33
β-ossidazione
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
β-ossidazione = retro-Claisen a
Glicogenolisi
Glicolisi
(nC-2)/2 cicli di β-ossidazione
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
AcetilCoA ⇒ ciclo di Krebs
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
se n dispari ⇒ ProprionilCoA
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
a
β-chetotioestere → 2 tioesteri
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
23 / 33
Dopo i 40km
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
l’andatura si
abbassa
si perde la
concezione
temporale
in qualche
maniera si
arriva. . .
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
Si inizia a consumare proteine
Demolizione dei muscoli!
24 / 33
Proteolisi
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Come i lipidi, le proteine sono troppo grandi per entrare nel
ciclo di Krebs.
⇒ degradazione ad amminoacidi
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
25 / 33
Fasi preparative al ciclo di Krebs
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Transaminazione ⇒ perdita di NH3 , formazione di
α-chetoacido
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
Deaminazione ossidativa ⇒ rigenerazione di
α-chetoglutarato
Ciclo dell’urea ⇒ eliminazione di NH3 come urea
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
26 / 33
Fasi preparative al ciclo di Krebs
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Transaminazione ⇒ perdita di NH3 , formazione di
α-chetoacido
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
Deaminazione ossidativa ⇒ rigenerazione di
α-chetoglutarato
Ciclo dell’urea ⇒ eliminazione di NH3 come urea
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
26 / 33
Fasi preparative al ciclo di Krebs
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Transaminazione ⇒ perdita di NH3 , formazione di
α-chetoacido
Dr. Fabiano
Nart
I primi 20km
Glicogenolisi
Glicolisi
Ciclo di Cori
Ossidazione acido
piruvico
Tra i 20 e i
40km
Digestione ed
attivazione dei lipidi
Deaminazione ossidativa ⇒ rigenerazione di
α-chetoglutarato
Ciclo dell’urea ⇒ eliminazione di NH3 come urea
β-ossidazione
Dopo i 40km
Proteolisi
Fasi preparative al
ciclo di Krebs
26 / 33
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Parte III
Ciclo di Krebs
Fosforilazione
catena
respiratoria
Bilancio
energetico
Ciclo di Krebs e fosforilazione
catena respiratoria
27 / 33
Ciclo di Krebs
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ciclo di Krebs
Fosforilazione
catena
respiratoria
Bilancio
energetico
prodotto ultimo step è il
reagente del primo step
primo step regola il ciclo
intermedi sono
continuamente rigenerati
coenzimi FAD e NAD+
ridotti a FADH2 e NADH
Il ciclo funziona se . . .
. . . ci sono FAD e NAD+
28 / 33
Fosforilazione catena respiratoria
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ciclo di Krebs
Due reazioni accoppiate:
1
trasporto e − (catena respiratoria)
NADH/FADH2 + O2 → NAD + /FAD + H2 O + E
2
fosforilazione ossidativa
ADP + E + Pi → ATP
Fosforilazione
catena
respiratoria
Bilancio
energetico
29 / 33
Bilancio energetico
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ciclo di Krebs
Fosforilazione
catena
respiratoria
Bilancio
energetico
Carboidrati
glucosio → 2acido piruvico → 2acido lattico + 2H2 O + 2ATP
2 acido piruvico + 5O2 → 6CO2 + 34H2 O + 30ATP 2
Lipidi
acido palmitico[C16] + 23O2 → 16CO2 + 145H2 O + 129ATP
via
glucidi
glucidi
lipidi
ATP
2
36
129
∆Go(ox)
-47,0
-686,0
-2340
∆G0(ATP)
14,6
262,3
942
η(STP) (%)
31
38
40
kcal/g
4,2
4,2
9,4
∆Go in kcal/mol.
Due vie per le proteine: ciclo di Krebs o gluconeogenesi. Resa in ATP
circa quella dei carboidrati, potere calorico 5,6kcal/g.
2
ATP totale = 30 + 2glicolisi +4 extramitocondriale =36.
30 / 33
Bilancio energetico
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ciclo di Krebs
Fosforilazione
catena
respiratoria
Bilancio
energetico
Carboidrati
glucosio → 2acido piruvico → 2acido lattico + 2H2 O + 2ATP
2 acido piruvico + 5O2 → 6CO2 + 34H2 O + 30ATP 2
Lipidi
acido palmitico[C16] + 23O2 → 16CO2 + 145H2 O + 129ATP
via
glucidi
glucidi
lipidi
ATP
2
36
129
∆Go(ox)
-47,0
-686,0
-2340
∆G0(ATP)
14,6
262,3
942
η(STP) (%)
31
38
40
kcal/g
4,2
4,2
9,4
∆Go in kcal/mol.
Due vie per le proteine: ciclo di Krebs o gluconeogenesi. Resa in ATP
circa quella dei carboidrati, potere calorico 5,6kcal/g.
2
ATP totale = 30 + 2glicolisi +4 extramitocondriale =36.
30 / 33
Bilancio energetico
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Ciclo di Krebs
Fosforilazione
catena
respiratoria
Bilancio
energetico
Carboidrati
glucosio → 2acido piruvico → 2acido lattico + 2H2 O + 2ATP
2 acido piruvico + 5O2 → 6CO2 + 34H2 O + 30ATP 2
Lipidi
acido palmitico[C16] + 23O2 → 16CO2 + 145H2 O + 129ATP
via
glucidi
glucidi
lipidi
ATP
2
36
129
∆Go(ox)
-47,0
-686,0
-2340
∆G0(ATP)
14,6
262,3
942
η(STP) (%)
31
38
40
kcal/g
4,2
4,2
9,4
∆Go in kcal/mol.
Due vie per le proteine: ciclo di Krebs o gluconeogenesi. Resa in ATP
circa quella dei carboidrati, potere calorico 5,6kcal/g.
2
ATP totale = 30 + 2glicolisi +4 extramitocondriale =36.
30 / 33
. . .e adesso corri!
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Echimica ⇒ Emeccanica
Dr. Fabiano
Nart
. . . e adesso
corri!
31 / 33
Bibliografia
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Dr. Fabiano
Nart
Bibliografia
The Organic Chemistry of Biological Pathways.
J. McMurry, T. Begley. Roberts & Company Publishers,
2005.
Biochimica. L. Lehninger. Zanichelli, 1990.
Chimica delle Fermentazioni. C. Quaglierini, M. Vannini,
E. Paladino. Zanichelli, 1999.
La scienza in cucina. P. Barham. Bollati Boringhieri,
2007.
Il Trail Running. F. Massa. Edizioni Correre,2010.
Resisto dunque sono. P. Trabucchi. Corbaccio, 2012.
Appunti di Biochimica. F. Nart. 2003.
http://it.wikipedia.org
32 / 33
Carboidrati,
lipidi,
proteine
e...corri!
Non siamo dei pazzi, ci piace la dopamina
Dr. Fabiano
Nart
Bibliografia
Documento scritto in LATEX.
33 / 33
