Gen 28, 3 anni ago

La moneta energetica

Ho parlato con un mio carissimo amico che ha avuto una discussione su Internet dopo aver postato del materiale simile a questo qua. Un tizio gli ha detto: “ma come mai c’era gente più grossa quando non si sapevano queste cose?”. La domanda è interessante perchè ha un fondo di verità anche se proferita dal classico grosso che ha i muscoli così grossi che impediscono al sangue di arrivare al cervello.

La triste verità è che per allenare, per ottenere risultati, non occorre conoscere la Biochimica o la Fisiologia, altrimenti non si spiegherebbe perché ci sono allenatori eccelsi che non hanno alcuna preparazione scientifica. Ma, di più, non occorre sapere nemmeno di Biochimica o Fisiologia per bombarsi di steroidi, altrimenti non si spiegherebbe il dilagare endemico delle bombe e dei loro risultati, che ci sono, perché il numero di endocrinologhi non è che sia cresciuto…

Nel vostro, anzi nostro lavoro di Personal Trainers (con la s o senza s? è entrata nella lingua italiana la parola trainer? Boh…) non occorre conoscere la glicolisi e il ciclo di Krebs se non per darci un tono. È una triste realtà. Anzi, devo dire che chi non sa un cazzo vive meglio perché tipicamente pensa di sapere e non si pone problemi, si butta, quando altri che sanno, sapendo i limiti delle loro conoscenze, si bloccano.

Ma allora, perché leggere, e scrivere, di queste cose? Dal mio punto di vista, perché conoscere è… bello, intrigante, appassionante. Per me capire quello che mi piace è un gioco troppo forte, troppo emozionante. Se per voi è così, leggete e, anzi, approfondite oltre questa roba. Se qualcuno mi scriverà “dai tuoi articoli su questa roba mi è nata la passione di capire meglio” ecco… io sarò ripagato.

Altrimenti, amici come prima. Detesto quelli che danno sfoggio di sapienza e preferisco invece quelli che dicono “non mi interessa”.

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Nel precedente articolo ho portato questa reazione chimica ad esempio di reazione che richiede energia per sintetizzare da due reagenti A e B un prodotto C che è più complesso di quelli iniziali. C avrà così più energia potenziale chimica di A e B, così è richiesta energia, cioè è richiesto che qualcuno faccia qualcosa, per ottenere ficcarcela dentro (non lo andate a dire all’esame di Chimica che vi bruciano con un becco Bunsen)

Bene. Come facciamo?

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Ecco un modo: dato che ho bisogno di B e di energia per creare C con la reazione anabolica, B e questa energia sono forniti da un’altra reazione catabolica, partendo da D. Ovviamente la reazione catabolica deve fornire quanto meno l’energia necessaria alla reazione anabolica, altrimenti il giochino non può funzionare.

Ok, adesso estendiamo un pochino il gioco. Abbiamo questa situazione:

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Oltre a produrre C, che mi serve B, ho bisogno, per produrre H, e mi serve G. Posso fare così:

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Non so se si capisce… se vi siete intrecciati sappiate che ho sbagliato i quadratini almeno 3 volte prima di copiaincollare l’immagine. Per produrre G che fa produrre H utilizzo I in una nuova reazione catabolica. Et voilà.

Si capisce, però, che il sistema non è proprio efficiente, se per ogni reazione anabolica devo averne una catabolica… Gli esseri viventi utilizzano un modo più intelligente: esiste una sostanza che viene utilizzata in quasi tutte le reazioni biochimiche, generica, in modo da contenere al minimo i casi di accoppiamento di reazioni come quelle qua sopra descritte.

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Signore e signori ecco a voi l’ATP, Adenosintrifosfato. Il pentagono in basso è uno zucchero, il ribosio, il pentagono con appiccicato l’esagono è l’adenina, e poi c’è quella coda formata dalle tre P, fosforo, con le O, ossigeno, intorno. Ci sarebbe da chiedersi perché la Natura ha scelto questo composto, perché è fatto così e tante altre cosette che ci fanno andare indietro nel tempo di miliardi di anni, quando non c’era la vita sulla Terra, ma esisteva quello che si chiama brodo primordiale cioè un terrificante mix di sostanze elementari di varia natura.

Degli esperimenti hanno mostrato che in questo insieme di roba se sottoposto a scariche elettriche, tipo i fulmini, alla fine si formano sostanze come l’ATP. Possiamo dire che l’ATP è fatto così perché l’abbondanza di certe sostanze e certe condizioni climatiche ha fatto si che si formasse questo affare, in questa forma, e non in un altro modo. È fatto così, e in generale tutte le bio-sostanze elementari sono fatte così, perché non possono che essere fatte così. L’argomento è affascinante e vi invito ad approfondire.

Ma ciò che a noi interessa non è tanto la testa dell’ATP, diciamo, quanto la coda. A sinistra una rappresentazione sintetica: i cerchi con la P, anzi, con la Pi indicano fosforo circondato da 4 atomi di ossigeno, che si chiama fosfato inorganico. La coda dell’ATP è formata da 3 gruppi fosfato uniti fra loro da 2 legami, come si dice, altamente energetici.

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Ecco come funziona: un legame si spezza e si forma da ATP un altro composto, l’ADP cioè adenosindifosfato, viene rilasciato un Pi, cioè un fosfato inorganico e un certo quantitativo di energia come calore. L’ATP può cedere due gruppi fosfato, trasformandosi in AMP, adenosinmonofosfato, ma non lo tratto perché non ci interessa fondamentalmente.

Ora, in una trattazione stile Liceo si considera l’energia dell’ATP con i piccoli fulmini, cioè con il calore che viene rilasciato. In realtà questa è una visione parziale del problema. L’energia, come detto, è la capacità di fare qualcosa. E ciò che fa qualcosa è quasi sempre il fosfato inorganico che viene ceduto ad altre sostanze.

Esemplifico con un esempio prima di andare avanti, perché è un punto importante.

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Ecco il glucosio, una molecola determinante per la nostra sopravvivenza, essendo uno dei substrati energetici fondamentali e che impareremo ad apprezzare nel seguito. È uno zucchero formato da sei atomi di carbonio, C, con tutti quegli atomi di ossigeno e di idrogeno piazzati come in figura, e che determinano le sue proprietà.

Il glucosio è una molecola troppo grande per passare dall’esterno all’interno della cellula, cioè non riesce ad attraversare bene la membrana cellulare che divide l’ambiente esterno da quello interno di una cellula vivente, e questo è vero per tutte le cellule (ok, dovremmo definire cosa sia “cellula” bla bla bla, ma come sempre se facciamo così non ne usciamo vivi, e tutti sanno, a grandi linee, cosa è una cellula e come è fatta dai…).

Per entrare all’interno delle cellule il glucosio si avvale di particolari trasportatori che si trovano sulla superficie cellulare, detti trasportatori facilitati GLUT4 dove la sigla indica glucose transporter di tipo 4. Spero che se siete dei fissati di integrazione e parlate di resistenza all’insulina sappiate cosa siano i trasportatori facilitati, dove si trovano e perché, altrimenti ragazzi siete esperti di integratori come io sono esperto di politica perché leggo Oggi e Gente.

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Nel disegno una rappresentazione assolutamente semplificata e con le dimensioni sbagliate della cellula e di due trasportatori, ma che mantiene il senso del loro funzionamento. Il trasportatore ha affinità con il glucosio e quando questo penetra all’interno si ha un cambiamento proprio di forma che lo porta dall’altro lato.

Così se il glucosio è al di fuori della cellula, entra dentro. Il problema dei trasportatori facilitati è che facilitano il trasporto, appunto, ma fanno solo quello. Se il glucosio è all’interno lo fanno cioè uscire. In pratica se inizialmente c’è tanto glucosio all’esterno è più quello che entra che quello che esce, ma alla fine si crea un equilibrio e non ne entra, al netto, più! Il trasportatore, perciò, fa il suo lavoro ma non il lavoro che vogliamo noi: pompare quanto più glucosio possibile dentro la cellula (se poi non ne vogliamo più interverrà un altro meccanismo)

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Ecco la soluzione: il glucosio quando entra nella cellula viene subito fosforilato, cioè viene aggiunto un gruppo fosfato che deriva dalla scissione di ATP in ADP.

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Ecco adesso la situazione: il glucosio entra, viene fosforilato, e non esce perché quando viene fosforilato non ha più affinità con il trasportatore. Perciò l’ATP fornisce l’energia per la fosforilazione, sotto forma non di calore, ma di fosfato inorganico. E fornisce l’energia perché qualcuno quel fosfato inorganico l’ha ficcato dentro l’ATP, cioè la presenza di fosfato inorganico è un potenziale “fare qualcosa”, una energia potenziale chimica e la rottura del legame permette il realizzarsi di questo “fare qualcosa”

Le reazioni di fosforilazione come questa sono comunissime all’interno degli esseri viventi, e sono possibili proprio perché esiste un composto che può donare il gruppo fosfato.

In pratica l’ATP, come molecola ubiquitaria, usata ovunque, può essere vista come la fonte di energia degli esseri viventi ed è chiamato anche moneta energetica. Considerate la scissione dell’ATP in ADP come un pagamento, una transazione d’affari. Pagate per ottenere qualcosa, qui si paga si scinde ATP, per ottenere un effetto biochimico, un composto, un cambiamento di stato, un cambiamento di forma di un’altra molecola.

Ma come finiscono i soldi, finisce anche l’ATP se lo facciamo trasformare tutto in ADP… perciò deve esistere un meccanismo di nuova formazione di ATP. Ma… come?

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Ma è semplicissimo! Dall’ADP e da un gruppo fosfato si ottiene nuovamente ATP fornendo energia! Infatti questa è la resintesi dell’ATP. Di semplicissimo c’è solo il concetto che si riutilizzano i pezzi che abbiamo, cioè invece di riformare tutto, si riunisce quello che si è suddiviso o, se volete, si aumenta la complessità di una sostanza (ADP che diventa ATP) in quella che è una reazione anabolica. O, se volete ancora, si immagazzina energia chimica dentro una sostanza, l’ATP.

In tutti i casi, l’ATP mantiene la sua caratteristica di moneta energetica, perché la sua resintesi equivale a mettere delle banconote nel portafogli, pronte per essere spese e fare qualcosa.

In altre parole…

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Il corpo umano consuma e produce ATP continuamente tanto che una molecola di ATP ha una vita brevissima e si è stimato che una persona normale di 75 kg di peso e sedentaria produce ogni giorno ben 45 kg di ATP, e dato che non diventa una balena in pochi giorni, i 45 kg vengono tutti utilizzati nelle “normali” reazioni biochimiche che lo tengono in vita.

Quando perciò parliamo di metabolismi energetici, di produzione di energia, di fatto stiamo parlando di produzione di ATP. Per la contrazione muscolare è necessario ATP, perciò il metabolismo anaerobico alattacido, anaerobico lattacido ed aerobico sono catene di reazioni biochimiche il cui scopo è produrre ATP a sufficienza per la contrazione muscolare nei tempi e nei modi che noi desideriamo.

Quando parliamo di metabolismo dei carboidrati, come vedremo, stiamo parlando dell’utilizzo del glucosio per produrre ATP: l’energia potenziale chimica contenuta nel glucosio, nella sua struttura, verrà utilizzata scindendo il glucosio in pezzi sempre più piccoli per permettere la resintesi dell’ATP che viene a sua volta trasformato in ADP nei processi cellulari che mantengono in vita le cellule.

Nel prossimo articolo dovrò fare una digressione importante sugli enzimi e conosceremo un paio di personaggi strani che si chiamano NAD e NADP.

Alla prossima.

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COMMENTI RECENTI

  1. 28/01/2015
    Articolo stupendo Paolo. Non posso dire che tu mi abbia illuminato, vista la complessità dei contenuti. Di certo mi hai messo nella direzione giusta per trovare l’interruttore e… accendere la luce per vederci chiaro 😀 Parlando un po’ più seriamente, ammetto che le letterine mi hanno un po’ annodato i pensieri. Ma il senso l’ho capito.
    Un’altra cosa che mi era oscura è questa energia ”creata” dall’ATP. Ho capito come funziona questo innesco (GRAZIE). Ora però, avrei due domande.
    Il fosfato che si stacca è fondamentale per far immagazzinare glucosio alla cellula; fin qui è chiaro. Il calore che si libera dopo il distacco e la trasformazione ATP->ADP è da considerarsi come una perdita? La seconda domanda, e ti prego di scusarmi per la brutalità della terminologia e dei concetti che userò: mi sapresti indicare fisicamente come e dove avvengono questi scambi? L’ATP, prima di innescare il giochetto dell’ADP, dov’è (ti vedo che ridi!)? Questa energia è utilizzabile per tutto (contrazione muscolare, termoregolazione, segnali elettrici del sistema nervoso ecc)? Mi sento come un neopatentato che va a chiedere ad Alonso di spiegargli la strategia per fare il record del circuito di Monza. Abbi pazienza e fa quello che puoi 😉
    • 29/01/2015
      Rido perchè sono le stesse domande che mi faccio io… eh eh eh
      Ora, il problema è che io ne so un po’ più di te, ma non così tanto. E le domande che poni, non hanno poi un chiara risposta. Aggiungo: come fa a distaccarsi il fosfato dall’ATP? Chi lo fa staccare? C’è anche questo… Ora, ti dico quello che io ho capito. Se poi qualcuno vuole intervenire, ben venga. Come scriverò nel prossimo articolo, sintetizzandolo, la reazione avviene perchè ci sono delle sostanze, gli enzimi, che la permettono. ATP e Glucosio, in questo caso, sono “catturati” da una molecola che li racchiude e li avvicina, permettendo il contatto e isolandoli dal resto dell’ambiente. In questo contatto viene a favorirsi il distacco del fosfato dall’ATP che va a legarsi al glucosio, l’energia che si libera sotto forma di calore, che è radiazione elettromagnetica, in parte è utilizzata per la reazione stessa, in parte è persa. Cioè l’energia del passaggio da ATP ad ADP non è una perdita, è parte della reazione, e solo una frazione non è utilizzata. L’ATP è ubiquitario all’interno della cellula, è… lì dentro, e serve a migliaia di reazioni. Quello che tu chiedi di fatto non si trova sui libri quando invece secondo me dovrebbe. In altre parole, è molto facile fare dei conti dove si determina la frazione di energia persa e di energia utilizzabile, ti giuro, così come è facile calcolare gli equilibri acido-base o quanto prodotto hai con certi reagenti, perchè ti crei un modello di contenitori, applichi delle formule (che hai studiato e di cui capisci il motivo, ma che si basano su un modello che nasconde i dettagli che tu dici), mentre le tue domande sono molto filosofiche e di base, e per questo difficili. Ma te ne aggiungo altre: come è venuto fuori che il glucosio va a fosforilarsi? Cioè mica è un progetto fatto a tavolino, è opera dell’evoluzione… e come mai questa scelta? Perchè l’ATP è fatto così? Perchè proprio il fosfato? Se tu cioè dai per scontato che l’ATP si scinda in ATP e vai avanti, è tutto più semplice, perchè leghi alla dissociazione una energia fissa, che ti permette di fare i conti e così via, energia che è stata misurata bla bla bla. Se ti poni queste domande, invece, ti accorgi che sono difficili. E spesso non sono trattate sui libri perchè il corso di biochimica deve spiegare tante cose e questa invece è chimica di base, di basissima… 🙂
  2. 29/01/2015
    Per capire come il fosfato si stacchi dal ATP bisognerebbe fare una simulazione di dinamica molecolare, ci sono dei programmi gratuiti che permettono di farlo, alcuni non hanno nemmeno un linguaggio di programmazione troppo complicato e forse si trovano pure con interfaccia grafica.
  3. 29/01/2015
    …e poi altre centinaia di domande. Si rimangono concetti a mio parere interessanti e difficili (forse anche per la difficoltà che ho nel collocare fisicamente i “protagonisti” di queste reazioni). Ma la domanda che mi assilla in definitiva è: quanta bresaola devo mangiare a colazione per la massa?
    A parte gli scherzi, ti ringrazio delle risposte Paolo. Davvero una serie di articoli che seguirò con estremo interesse.
    P.s.: i disegni con gli omini sono SPETTACOLARI! 😀

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