2 C - Nodi disciplinari

APPROFONDIMENTI DISCIPLINARI
IL CICLO ENERGETICO DELL’OSSIGENO E DELL’ALIMENTAZIONE
L’apparato respiratorio ha la funzione di immettere l’ossigeno dell’atmosfera in un
liquido interno al nostro corpo, il sangue. Quando si dice che l’uomo ha necessità di un
apporto di energia, si deve intendere che le sostanze, a partire dalle quali potrà aver
luogo una produzione di energia, debbono essere distribuite a tutto l’organismo. Non
si deve dimenticare che tutte le parti della macchina-uomo sono costituite da cellule,
ciascuna delle quali riceve una parte di comburente e una parte di combustibile. Chi ha
l’incarico di questa distribuzione è l’apparato circolatorio. Il rifornimento di ossigeno
(comburente) è continuo, infatti noi respiriamo incessantemente. L’alimentazione è
invece discontinua, in quanto l’organismo immagazzina il combustibile necessario alle
nostre cellule.
L’uomo ha bisogno di sostanze energetiche e le trova negli alimenti ricchi di zuccheri e
di grassi. Gli zuccheri all'interno delle cellule vengono demoliti nel processo di
respirazione. Combinandosi con l'ossigeno dell'aria, è come se gli zuccheri
bruciassero: infatti la respirazione viene anche (impropriamente) definita come una
combustione lenta in cui, in presenza di ossigeno, le sostanze organiche degli alimenti
vengono trasformate in anidride carbonica e acqua, liberando energia di tipo chimico e
termico.
La macchina umana, per il suo sostentamento, ha bisogno anche di alimenti ricchi di
proteine che nel processo di digestione vengono “smontate” in aminoacidi che
costituiscono la materia prima a partire dalla quale il nostro organismo può svilupparsi
o “aggiustarsi” (sostituzione delle cellule morte).
CALORE
Nel linguaggio comune “calore” indica la sensazione prodotta da un corpo o da un
ambiente a temperatura più elevata di quella corporea e anche la temperatura stessa.
Nella corsa l'aumento della temperatura è dovuta al movimento: di qui una riflessione
sulla natura del calore come manifestazione dell’energia di movimento, agitazione
disordinata delle “particelle” della materia.
Piccole esperienze invitano a riflettere sulla natura del calore:
 sulla piastra del fornello acceso gocce d'acqua saltellano, corrono, roteano, si
dividono per poi evaporare, un pezzetto di carta si incendia;
 la gomma da cancellare sfregata sul tavolo non solo si sbriciola, ma è
percettivamente evidente che si scalda e scalda il tavolo;
 il fil di ferro piegato ripetutamente si scalda finché si spezza.
ENERGIA
Nel linguaggio comune si parla dell'energia come di una sostanza e in relazione alla
corsa diciamo:“Per correre ho bisogno di maggior quantità di energia. I muscoli
utilizzano e consumano energia. Ho esaurito l'energia.”
E' importante accorgersi, come adulti (per spiegare gradualmente ai ragazzi), che
l'energia non si produce, che l'energia non è né una sostanza né una cosa, ma un modo
di essere e di accadere dei fatti, causa di ogni cambiamento.
Quando ci accorgiamo che c'è energia? In senso lato potremmo definire l'energia
come la capacità, la possibilità di far succedere e si possono trovare indizi pensando
ad energia, in modo indiretto, in tutte le situazioni in cui vediamo che c'è movimento,
trasformazione, calore.
Sono i trasferimenti di energia la causa di ogni cambiamento: l'energia si trasferisce
da un sistema ad un altro trasformandosi a sua volta.
L'energia non si produce, non si consuma, ma si trasforma e la sua quantità si
conserva.
Ad esempio:
trasferimento di energia
carboidrati - zuccheri (alimenti) ------> muscoli (gambe, braccia, ...)
trasformazione di energia
energia chimica (carboidrati -zuccheri)------> energia cinetica (movimento) + calore
<< Occorre chiarire la differenza tra atto respiratorio che è il passaggio dell’ossigeno dall’aria al
sangue (a livello polmonare) e dal sangue a tutte le cellule dell’organismo (a livello periferico) e
respirazione, cioè la liberazione dell’energia contenuta negli zuccheri che viene resa disponibile per
il suo “utilizzo” che avviene dentro ai mitocondri a livello cellulare.
In questo caso, non c’è la trasformazione diretta di una forma di energia in un‘altra come nel
processo fotosintetico. L’energia chimica – in quanto tale - contenuta in alcune molecole introdotte
con il cibo (carboidrati o zuccheri) è utilizzata per produrre le molecole speciali (ATP e NADH)
utilizzate in seguito per far avvenire reazioni che non avverrebbero spontaneamente.
Per utilizzare i carboidrati ci vuole l’ossigeno (esattamente come per bruciare un falò!).
Questa “ossidazione” (reazione con l’ossigeno) delle molecole introdotte con il cibo, ovviamente
non avviene nello stesso modo del falò. Il risultato finale della trasformazione è lo stesso: alla fine
rimangono anidride carbonica e acqua, ma il processo è suddiviso in moltissime tappe, con un
“percorso” in discesa le cui tappe sono sfruttate per la produzione delle molecole speciali (ATP e
NADH).
Passiamo ora dal livello delle molecole, a quello delle cellule, dei tessuti e infine al livello
superiore di organismo. In corrispondenza di uno sforzo muscolare (o anche uno sforzo
intellettuale, uno stress) l’ossigeno e le molecole ad alto valore energetico (zuccheri) devono
essere rapidamente trasportati a tutte le cellule dell’organismo dal sistema circolatorio.
Mentre il fabbisogno di ossigeno è esaudito velocemente con l’aumentata ventilazione
(assunzione di ossigeno) e con l’accelerazione del battito cardiaco (aumentata velocità del flusso
sanguigno), diverso sarebbe dover introdurre e digerire velocemente zuccheri “al bisogno”.
I carboidrati da utilizzare per le ossidazioni, negli animali superiori vengono messi da parte e
concentrati in organi di riserva così che al bisogno sono immediatamente disponibili. Il fegato è
l’organo i cui esse si accumulano nei mammiferi, questo funziona come una vera e propria
dispensa di zuccheri, sotto forma di una molecola molto lunga che si chiama glicogeno (il
“deposito”). >>
Dall'intervento della prof. Annastella Gambini, Università degli Studi di Milano – Bicocca - 1° CIRC. DIDATTICO DI BRA (2003)
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