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Metabolismo glucidico

Introduzione

Il glucosio è uno zucchero a sei atomi di carbonio che può essere ingerito attraverso i cibi o iniettato direttamente nel corpo, ma nella maggior parte dei casi si presenta come un prodotto derivato di carboidrati complessi, di proteine o del metabolismo dei grassi. Il glucosio può essere utilizzato per la sintesi del glicogeno e di altre sostanze adatte a fornire una fonte energetica, o può essere degradato per alimentare i processi metabolici. Il processo del metabolismo glucidico si può dividere in quattro fasi distinte, che vedremo più avanti.

Cos’è e come funziona il metabolismo glucidico

Il metabolismo degli zuccheri è quel processo attraverso il quale l’energia contenuta negli alimenti che mangiamo viene resa disponibile come fonte energetica per il nostro organismo. Le cellule del corpo utilizzano il glucosio direttamente per la produzione di energia, e la maggior parte di esse utilizza anche gli acidi grassi; il glucosio e il fruttosio vengano metabolizzati in maniera diverse e per questo un loro consumo eccessivo può avere nel tempo implicazioni negative per la salute.

Quando si assumono cibi, si registra un innalzamento ed un seguente calo dei livelli di glucosio nel sangue, poiché questo passa dal tratto gastrointestinale al sangue, in cui viene assorbito e trasportato nelle cellule del corpo. La presenza di glucosio nel sangue stimola il pancreas alla produzione di insulina, che poi attiva l’assorbimento del glucosio da parte delle cellule, riportando i livelli di zuccheri nella norma. L’insulina blocca la combustione dei grassi a favore di quella del glucosio, che diventa così la fonte energetica principale per l’organismo. L’eccesso di glucosio viene immagazzinato come glicogeno nei muscoli, o come lipidi nel tessuto adiposo.

Anche il fruttosio viene assorbito dall’intestino, ma in questo caso interviene anche il fegato, che agisce da organo preelaboratore e converte il fruttosio in glucosio o lipidi. Il fegato può infatti rilasciare glucosio e grassi nel sangue oppure stoccarli come depositi lipidi o di glicogeno. Se vengono consumati troppi zuccheri, però, c’è il rischio di andare incontro nel tempo, a patologie di diversa gravità, dalla steatosi epatica (fegato grasso) al rischio di diabete e di malattie cardiovascolari.

Sono state identificate anche alcune interazioni tra fruttosio e glucosio, con quest’ultimo che attiva l’assorbimento di fruttosio da parte dell’intestino, e il primo che accelera l’assimilazione e lo stoccaggio di glucosio nel fegato.

Le quattro fasi del metabolismo glucidico

Dopo una panoramica sugli zuccheri e sulla loro attività metabolica, vediamo nel dettaglio le quattro fasi attraverso cui si svolge il metabolismo glucidico.

Glicolisi

La degradazione del glucosio inizia nel citoplasma delle cellule; è una reazione anaerobica di respirazione cellulare e quindi non richiede ossigeno. Una molecola di glucosio a sei atomi di carbonio viene metabolizzata in una serie di otto individuali reazioni, utilizzando due molecole di ATP, per formare due molecole di piruvato a tre atomi di carbonio, due molecole di acqua e quattro molecole di ATP (per un guadagno netto di due molecole di ATP, la fonte energetica primaria del metabolismo umano).

La reazione preparatoria

Questa reazione avviene nella parte interna dei mitocondri delle cellule; qui, le due molecole di piruvato derivanti dalla glicolisi vengono combinate con due molecole di Cenzima A (CoA) per produrre due molecole di Acetil-coenzima A e due di CO2. Anche questa reazione, come la glicolisi, è anaerobica e avviene in un’unica fase.

Il ciclo di Krebs

Conosciuto anche come ciclo dell’acido citrico, il ciclo di Krebs consiste in una serie di reazioni anaerobiche, come le precedenti, che si verificano nella matrice mitocondriale. Qui, le due molecole di Acetil-coenzima A ottenute attraverso la reazione preparatoria, si uniscono a diversi componenti di fosfato e nucleotidi per generare due molecole di ATP, quattro di CO2 e un numero indefinito di intermediari, che risultano essenziali per la respirazione aerobica che avviene nella fase successiva.

La catena di trasporto degli elettroni

Durante questo processo cellulare, che si verifica nelle membrane interne dei mitocondri e permette la operazione degli elettroni dai protoni, avviene la riduzione dell’ossigeno ad opera delle molecole di NAD (Nicotinamide-Adenine-Dinucleotide) e FAD (Flavin-Adenin-Dinucleotide), coenzimi trasportatori che si occupano del trasferimento degli elettroni nei mitocondri. In presenza di sei molecole di ossigeno, i protoni passano dai coenzimi NAD e FAD ad altri NAD e FAD lungo la catena , permettendo così l’estrazione di ATP a diversi livelli. Alla fine del processo, si guadagneranno 34 molecole di ATP.

Quale fase del metabolismo glucidico ha una maggiore energia?

A conti fatti, con due molecole di ATP ottenute dalla glicolisi, due ottenute dal ciclo di Krebs e 34 dalla catena di trasporto degli elettroni, si può facilmente dire che sia quest’ultima la fase che produce maggiore energia. Per questo motivo, gli esseri umani non possono privarsi di ossigeno per un tempo troppo lungo e non possono sostenere un esercizio anaerobico ad alta intensità per più di alcuni minuti. Molte delle funzioni fisiologiche dipendono da un funzionamento regolare della catena di trasporto degli elettroni.

Metabolismo glucidico, il carburante del cervello

Il cervello dei mammiferi utilizza il glucosio come sua fonte energetica principale. Nel cervello degli adulti, i neuroni presentano la richiesta più elevata di energia e necessitano di un continuo trasporto di glucosio dal sangue. Il cervello umano contribuisce per circa il 2% al peso corporeo, ma consuma circa il 20% dell’energia derivante dal glucosio.

Il metabolismo glucidico alimenta le funzioni fisiologiche cerebrali attraverso la produzione di ATP e di neurotrasmettitori. Inoltre, una rigida regolazione del metabolismo del glucosio risulta critica per la fisiologia del cervello, perché un suo funzionamento anomalo può causare diverse patologie a carico non solo del cervello, ma anche dell’intero organismo.

Ipoglicemia e iperglicemia, alterazioni del metabolismo glucidico

Il risultato del metabolismo glucidico è rappresentato dai valori della concentrazione di glucosio nel sangue (glicemia), solitamente compresi tra 65 e 110 mg/dl in condizioni normali. Quando questi valori scendono sotto i livelli di norma si parla di ipoglicemia, una condizione che affligge in primo luogo il cervello, ovvero l’organo che più di tutti attinge al glucosio come fonte primaria di energia. I meccanismi di protezione attivati dall’organismo causano sintomi come la tachicardia, la sudorazione, il torpore e difficoltà nella concentrazione. Spessa l’ipoglicemia è causata dai farmaci, ma non sono da escludere anche difetti enzimatici.

La condizione opposta, chiamata iperglicemia, si verifica invece quando i livelli di glicemia sono molto elevati. Una delle patologie più diffuse ad essa associata è il diabete, causato da un’azione insufficiente dell’insulina sui tessuti periferici.

I motivi di questa alterazione risiedono nella mancata produzione di insulina da parte del pancreas (diabete di tipo 1, più diffuso nei pazienti in età infantile o adolescenziale), nel deficit di secrezione di insulina o nel malfunzionamento del recettore cui si lega l’insulina, anche se adeguatamente prodotta, che non ne permette una corretta azione sui tessuti periferici (insulino-resistenza); questi ultimi due effetti completano il quadro di diabete di tipo 2, che si manifesta per lo più in soggetti in età adulta.

Mentre il diabete di tipo 1 presenta sintomi evidenti, il tipo 2 resta silente per molto tempo e viene quindi spesso sottovalutato e lasciato agire fino a che non crea gravi problemi di salute. L’attenta prevenzione, specie per chi presenta una storia famigliare di diabete, è la soluzione migliore per un trattamento tempestivo ed adeguato della malattia.

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