Metabolismo anaerobico e dintorni
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Metabolismo anaerobico e dintorni

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Il metabolismo anaerobico indica l'insieme dei processi biochimici che permettono di produrre energia senza l' utilizzo dell' ossigeno.
Quindi permettono nell' uomo, di ottenere una molecola di ATP senza l' ausilio della fosforilazione ossidativa, si ha invece una fosforilazione a livello del substrato (cioè si genera una molecola di ATP attraverso un trasferimento diretto su una molecola di ADP di un gruppo fosfato).

Prima di passare a descrivere nei dettagli i meccanismi anaerobici è giusto fare una piccola premessa: il metabolismo umano è aerobico.
L' utilizzo dell'anaerobico è necessario nel caso in cui l ‘intensità del lavoro muscolare è tale che i mitocondri non hanno il tempo di ossidare i substrati, traendo da quest' ultimi energia (ATP). Ciò vuol dire che il meccanismo aerobico esiste sempre e quelli anaerobici vanno in aggiunta al normale metabolismo. L' intensità del lavoro svolto, segnala quando attivare quest' ultimi.
Prima di continuare è necessario descrivere brevemente la molecola dell' ATP e il coenzima NAD.

L' ATP o adenosina trifosfato, , è costituita da una molecola di adenina e una di ribosio (zucchero a 5 atomi di carbonio) a cui sono legati tre gruppi fosforici, mediante due legami ad alta energia. La rottura di uno di questi legami porta alla produzione di energia ed a una molecola di ADP o adenosina difostato a cui a questo punto sono legati solo due gruppi fostato.
L' ATP è tossico per la cellula e di conseguenza va prodotto solo quando serve e nella quantità in cui serve. Ecco perché le cellule non lo accumulano.

Il NAD o Nicotinamide Adenina Dinucleotide è un coenzima il cui ruolo biologico consiste nel trasferire gli elettroni, quindi nel permettere le ossido-riduzioni, esso svolge il suo importante ruolo tramite lo spostamento di atomi di idrogeno.

Dopo questa breve premessa passiamo a descrivere i meccanismi di produzione energetica senza l' utilizzo dell' ossigeno, che possono essere divisi in due grandi famiglie:

- Anaerobico alattacido
- Anaerobico lattacido

Del meccanismo anaerobico alattacido fanno parte la miochinasi e il meccanismo della creatinfostato.
Il meccanismo anaerobico lattacido, invece è uno solo e dipende dal fatto che si ha un aumento di acido lattico nel torrente ematico, al di sopra della soglia normalmente presente.
Questi appena esposti sono i soli tre meccanismi di produzione di ATP senza intervento dell' ossigeno, e prevedono in tutti e tre i casi l' attacco di un fostato inorganico ad una molecola di ADP per ottenerne una di ATP.

Il primo meccanismo, catalizzato dall' enzima miochinasi è il più semplice.
È un meccanismo a dimezzamento, basta unire due molecole di ADP, normalmente presenti nelle cellule per ottenerne una di ATP, come si evince questo metabolismo ha un limite temporale molto basso ed è strettamente legato alla quantità di ADP a livello cellulare, in ogni caso poiché per ogni due molecole di ADP ne ottengo solo una di ATP è destinato ad esaurirsi in breve tempo. La sua durata non va oltre i 2-3 secondi.

ADP + ADP= ATP + AMP

Il secondo meccanismo è catalizzato dall' enzima creatinchinasi.
Si basa su una riserva di fostati ad alta energia catturati dalla creatina che danno origine alla molecola della creatinfostato.
Il creatinfostato nel caso di necessità di energia immediata grazie all' enzima creatinchinasi cede il proprio fostato alla molecola di ADP (sempre presente nelle cellule) e si ottiene una molecola di ATP. La durata di questo meccanismo non supera i 6-7 secondi.

CrP + ADP= Creatina + ATP

Il meccanismo anaerobico lattacido, invece produce acido lattico.
La sua produzione è dovuta alla riduzione del piruvato in lattato al fine di liberare il coenzima NAD.
Da questo processo si ottengono due molecole di ATP e la sua durata in media non supera i 40 secondi.

Piruvato + (NADH+H) = Acido Lattico + NAD ossidato + 2 molecole di ATP (provenienti dalla glicolisi).

Vediamo nel dettaglio cosa significa.La nostra intensità di lavoro è tale da non permettere ai mitocondri di liberare la quantità di energia richiesta attraverso la fosforilazione ossidativa (cioè ossidando i substrati), metabolismo aerobico. Tale meccanismo, infatti ha una durata pressoché illimitata, ma non libera molta potenza (si ricorda che la potenza è la forza sviluppata nell' unità di tempo). Quindi si ha la necessità di produrre energia in maniera diversa. Vediamo come.

Il punto di partenza è una molecola di glucosio, normalmente presente nelle cellule.
Tale molecola di glucosio attraverso un processo biochimico detto glicolisi, si trasforma in piruvato.
Da una molecola di glucosio si ottengono due molecole di piruvato, quindi da una molecola a 6 atomi di carbonio se ne ottengono due a 3 atomi di carbonio, il piruvato appunto.
Senza entrare nei dettagli della reazione ebbene dire che dal glucosio alle due molecole di piruvato c'è un surplus di 2 atomi di idrogeno per ogni molecola di piruvato prodotta. Ecco che allora interviene un' altra molecola il coenzima NAD, che cattura i due ioni idrogeno in più, riducendosi, diventando NADH+H.

Attraverso questo processo ottengo al netto due molecole di ATP.
Questo processo si svolge nel citosol della cellula e senza alcun consumo di ossigeno. Se l' intensità del lavoro svolto lo permette ed ho a disposizione abbastanza ossigeno, il piruvato darà origine all' AcetilCoenzimaA che procede la sua corsa verso la matrice mitocondriale dove attraverso un' altra serie di reazioni darà origine al ciclo di Krebs e alla fosforilazione ossidativa (nella membrana mitocondriale interna) al fine di produrre ATP. Ma se, come nel nostro caso, l' intensità di lavoro muscolare è tale da non permettere il completamento di questo processo, allora avviene la seguente reazione:
Il piruvato viene ridotto in lattato attraverso l' aggiunta di due ioni idrogeno, che provengono dal coenzima NADH+H (ridotto), di conseguenza il NAD viene liberato dagli ioni H e il ciclo può ricominciare (vedi figura, da: Champe et al., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli).

Piruvato e Lattato, infatti differiscono tra loro per due atomi di H.
Questo meccanismo ovviamente può andare avanti solo fino a quando le quantità di acido lattico non superano una certa soglia.
L' acido lattico, non è il responsabile del dolore muscolare avvertito il giorno seguente ad allenamenti intensi (soprattutto da persone non allenate), tale dolore è causato da micro-lacerazioni del tessuto connettivo che danno origine a processi flogistici post-traumatici. Così come non è responsabile della fatica muscolare, anzi secondo studi recenti, svolgerebbe una funzione protettrice nei confronti delle fibrocellule muscolari permettendo al muscolo di esprimersi ad alte intensità per più tempo.
L'acido lattico non viene utilizzato dalle fibrocellule che lo producono (fibre bianche), bensì si diffonde nel torrente ematico che lo trasporta al cuore (lo utilizza direttamente), al fegato (ciclo di cori) e alle fibrocellule rosse nelle vicinanze (dove viene riconvertito in glucosio).

Quando l'intensità dell'esercizio aumenta notevolmente, a quel punto si accumula più acido lattico, di quello che viene eliminato (riconvertito) e come detto prima il meccanismo si blocca, di conseguenze bisogna fermarsi o ridurre l' intensità dell' attività.
Il livello di acido lattico nel sangue, quindi, aumenta con l'aumentare dell'intensità dell'esercizio. Se si mantiene alto questo livello di intensità si raggiunge un livello, definito come soglia del lattato che indica il punto in cui il livello di acido lattico nel sangue è maggiore di quello che l'organismo è in grado di metabolizzare.

Ricapitolando, il confine tra lavoro aerobico e anaerobico è segnato dal consumo di ossigeno ed è direttamente correlato con l' intensità dell' esercizio. Ciò significa che man mano che aumento la mia intensità di lavoro, di pari passo aumenta il consumo di ossigeno. Tale aumento di ossigeno a un certo punto si blocca, segnale che il sistema aerobico non riesce da solo ad erogare la potenza richiesta, ecco che allora in aggiunta si attiva il metabolismo anaerobico.