Il miocardio, cioè la parte muscolare del cuore, svolge la sua funzione contraendosi ritmicamente e spingendo il sangue all’interno del nostro organismo e permettendo quindi la circolazione sanguigna. Per fare ciò, esso si compone di Continua a leggere
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Meccanismi di erezione del pene: controllo periferico della tumescenza peniena
L’erezione peniena è un fenomeno legato all’azione integrata essenzialmente di tre meccanismi di controllo:
- controllo centrale dell’erezione e relativi Continua a leggere
Glicolisi in biochimica: riassunto, schema, spiegazione semplice
Il glucosio (C6H12O6) è lo zucchero più diffuso nel nostro pianeta e gli esseri viventi sono in grado di metabolizzarlo attraverso la glicolisi (pronuncia corretta: “glicolìsi”), che rappresenta la prima via di Continua a leggere
Ciclo di Krebs e respirazione cellulare: spiegazione facile e schema
La respirazione aerobica è il processo che permette di sfruttare il contenuto energetico delle molecole utilizzate nel metabolismo. Per questa via metabolica è necessaria la presenza dell’ossigeno e per questo motivo l’apparizione degli organismi fotosintetici ossigenici è stato un passaggio fondamentale nell’evoluzione dei viventi. La respirazione permette infatti di ossidare il piruvato proveniente dai processi di glicolisi, sfruttando così al massimo il contenuto energetico iniziale del glucosio, zucchero esoso intorno al quale ruota il metabolismo centrale della maggior parte degli esseri viventi.
Negli eucarioti gli enzimi di che intervengono in queste reazioni si trovano nei mitocondri, dove avviene il ciclo di Krebs, o ciclo dei TCA (acidi tricarbossilici) e ciclo dell’acido citrico. Il ciclo è costituito da 8 passaggi. Ma prima di inserirsi in questa via, il piruvato deve essere trasportato attraverso la doppia membrana del mitocondrio, sin nella parte più interna, chiamata matrice mitocondriale. Il piruvato viene poi trasformato in acetilcoenzima A (AcetilCoA) dall’enzima piruvato deidrogenasi, liberando CO2 e NADH. Questo passaggio è necessario, poiché l’energia contenuta nel legame tioestere (che coinvolge uno zolfo) fra l’acetile e il coenzima A viene usata per il legame con l’ossalacetato, uno degli intermedi del ciclo di Krebs. In quanto ciclo, non si può dire che esso abbia un vero substrato di partenza e un vero prodotto di arrivo.
I vari passaggi di ossidazione, catalizzati dalle deidrogenasi, producono cofattori ridotti: 3 NADH e 1 FADH2 per ogni piruvato utilizzato, il doppio per ogni glucosio, dato che la glicolisi permette di ottenere 2 molecole di piruvato per ogni glucosio. Gli altri prodotti ottenuti sono 2 CO2 (che diffonde dalle membrane) e 1 GTP (guanosintrifosfato) dal quale indirettamente si ottiene 1 ATP.
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Il ciclo di Krebs è costituito da 8 reazioni catalizzate da enzimi, i cui intermedi sono spesso substrato di altre vie metaboliche: per questo motivo è necessario che la cellula li sostituisca mediante reazioni di “riempimento” chiamate reazioni anaplerotiche.
- L’acetilCoA sintetizzato dalla decarbossilazione ossidativa del piruvato reagisce con l’ossalacetato, ottenendo il citrato. La reazione è catalizzata dall’enzima citrato sintasi, che libera coenzimaA, nuovamente disponibile per la piruvato deidrogenasi.
- Il citrato viene trasformato nel suo isomero isocitrato dall’enzima aconitasi, con la formazione di un intermedio insaturo chiamato cis-aconitato.
- L’isocitrato viene ossidato ad α-chetoglutarato dall’enzima isocitrato deidrogenasi, che utilizza NAD+ come cofattore, il quale viene ridotto a NADH.
- L’α-chetoglutarato viene a sua volta ossidato a succinilCoA dall’enzima α-chetoglutarato deidrogenasi, un complesso che utilizza anche il coenzimaA e il NAD+ per completare la reazione.
- Il succinilCoA perde il coenzimaA, liberando l’energia necessaria per la fosforilazione a livello del substrato del GDP a GTP, in una reazione catalizzata dalla succinilCoA sintetasi, che libera succinato.
- Il succinato viene ossidato a fumarato dall’enzima succinato deidrogenasi, liberando FADH2 a partire da FAD.
- Il fumarato subisce l’aggiunta di una molecola d’acqua (idratazione) ottenendo L-malato, mediante l’enzima fumarato idratasi.
- L-malato viene ossidato a ossalacetato dall’enzima malato deidrogenasi, liberando NADH.
Visto che non risulta conveniente coinvolgere così tanti enzimi per guadagnare solo 1 ATP, la cellula sfrutta i cofattori ridotti accumulati nella glicolisi e nel ciclo di Krebs per produrre altro ATP. Sulla membrana interna sono presenti un gruppo di proteine integrali che svolgono il ruolo di deidrogenasi. Esse sono in grado di ossidare il NADH e il FADH2 e di utilizzare l’energia potenziale degli elettroni che da essi ottengono, i quali derivano in origine dall’ossidazione del glucosio e del piruvato. Queste proteine sono enzimi che vengono chiamati nel loro insieme catena di trasporto degli elettroni.
- Il complesso I, chiamato anche NADH:ubichinone deidrogenasi, catalizza il trasferimento degli elettroni dal NADH all’ubichinone (coenzima Q): il NADH si ossida a NAD+, mentre l’ubichinone risulta ridotto a ubichinolo. Il complesso di più di 40 proteine contiene un centro ferro-zolfo (Fe-S), in grado di facilitare il trasferimento degli elettroni.
- Il complesso II è in realtà uno degli enzimi del ciclo di Krebs, ovvero la succinato deidrogenasi, che catilizza la reazione n°6. Questo complesso ha un funzionamento simile al complesso I, in quanto il complesso II catalizza il passaggio di elettroni dal FADH2 all’ubichinone, ottenendo FAD ossidato e coenzima Q ridotto.
- Il complesso III viene chiamato anche ubichinone:citocromo c ossidoreduttasi, e catalizza il trasferimento di elettroni dall’ubichinolo al citocromo c, che risulta ridotto.
- Il complesso IV, chiamato citocromo ossidasi, trasferisce gli elettroni all’ossigeno (O2), riducendolo a H2O. Senza l’ossigeno, accettore finale degli elettroni, la cellula non sarebbe in grado di smaltire gli elettroni: per questo motivo la sua presenza (e quindi l’aerobiosi) è fondamentale.
I complessi I, III e IV sono in realtà delle pompe protoniche in grado di sfruttare l’energia delle reazioni redox che catalizzano per trasportare protoni (H+) dalla matrice allo spazio intermembrana, creando così un gradiente di concentrazione ad alta energia potenziale. I protoni infatti subiscono forte repulsione elettrostatica e cercano una “valvola di sfogo” per allontanarsi, cedendo la propria energia a qualcun altro.
L’enzima ATP sintasi, anch’esso nella membrana interna del mitocondrio, è in grado di usare questo gradiente per legare un gruppo fosfato all’ADP, sintetizzando l’ATP, la cui energia è proprio contenuta nel legame dell’ultimo gruppo fosfato, che qui si forma. Questo tipo di aggiunta di un gruppo fosfato viene chiamato fosforilazione ossidativa. La reazione completa, a partire dal glucosio e comprendendo quindi la glicolisi e la catena di trasporto degli elettroni, è la seguente:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36 (o 38) ATP
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Dott. Emilio Alessio Loiacono
Medico Chirurgo
Direttore dello Staff di Medicina OnLine
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Differenza tra aerobico e anaerobico: tipi di esercizio e vantaggi
In questo articolo si parla della differenza tra lavoro aerobico e anaerobico, con particolare riferimento all’attività sportiva. Se sei invece interessato alla differenza tra organismo aerobio (o aerobico) ed organismo anaerobio (o anaerobico), ti consiglio di passare subito a questo articolo: Differenza tra organismi aerobi ed anaerobi con esempi
In campo sportivo, qual è la differenza tra lavoro (o esercizio) aerobico e anaerobico? In sintesi la differenza principale è relativa all’utilizzo dell’ossigeno. Durante l’esercizio aerobico l’ossigeno tramite la respirazione è portato ai muscoli dandogli l’energia necessaria per sostenere lo sforzo, l’ossigeno diventa parte determinante del processo di risintesi dell’ATP (adenosina trifosfato). Nell’esercizio anaerobico, invece, la risintesi dell’ATP avviene in assenza di ossigeno.
Esercizio aerobico
Qualsiasi esercizio richiede energia; quando esercitiamo aerobicamente il nostro corpo (come ad esempio in allenamento a cirucito) esso utilizza glicogeno e grasso come combustibile. Questo livello di sforzo, da basso a moderato può essere sostenuto per lunghi periodi e infatti sotto sforzo il respiro si fa più pesante per permettere di espellere dal corpo velocemente l’anidride carbonica. Nell’esercizio aerobico l’acido lattico non è prodotto come nell’esercizio anaerobico.
Processi metabolici coinvolti:
- Glicolisi aerobica;
- β-ossidazione;
- Ciclo di Krebs;
- Fosforilazione ossidativa;
- Catena di trasporto degli elettroni.
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Benefici dell’esercizio aerobico
Tutti sanno dei benefici dell’esercizio aerobico: migliora la salute e la qualità della vita in generale, ma può anche prolungare la vita. L’esercizio aerobico brucia grassi, migliora l’umore, rafforza il cuore ed i polmoni e riduce il rischio di diabete.
Tipi di esercizio aerobico
I tipi comuni di esercizio aerobico includono l’esecuzione ad un ritmo confortevole (si dovrebbe essere in grado di parlare senza respirare troppo affannosamente) come la corsa leggera, la camminata veloce o la bicicletta, oppure l’esecuzione ad un ritmo più pesante quali il nuoto o la parte dell’allenamento della resistenza in uno sport da combattimento.
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Esercizio anaerobico
Nell’esercizio anaerobico invece l’ossigeno non gioca un ruolo fondamentale e quando ci esercitiamo “in modo anaerobico” il glicogeno viene utilizzato come combustibile. Una volta che tutto il glicogeno è esaurito (di solito in circa due ore) si può aspettare di abbattere il proverbiale muro. Gli atleti di resistenza evitano questo spauracchio con il carico di carboidrati prima della gara (che una volta convertito in zucchero dà più energia) e gli integratori durante l’esercizio fisico per sostenere lo sforzo. Durante l’esercizio fisico anaerobico vostro corpo accumula acido lattico, che provoca disagio e la fatica su livelli sostenuti. Per questo motivo l’esercizio anaerobico o esercizio fisico ad alta intensità avviene in tempi brevi. Può essere utile prendere in considerazione la differenza tra un velocista (anaerobica) e un maratoneta (aerobico). Lo sprint è uno sforzo a tutto campo, che è sostenuta per un periodo relativamente breve, mentre correre in una maratona è uno sforzo sostenuto in tempi più lunghi.
Processi metabolici coinvolti:
- Glicolisi anaerobica;
- Ciclo di Cori.
I benefici dell’esercizio anaerobico
L’esercizio anaerobico aiuta a costruire massa muscolare magra e inoltre le calorie vengono bruciate in modo più efficiente in fisici più muscolosi. L’esercizio anaerobico è particolarmente utile per il mantenimento del peso, in quanto aiuta a bruciare più calorie anche in un corpo a riposo.
Tipi di esercizio anaerobico
L’esercizio anaerobico include prestazioni ad alta/altissima intensità o a livelli massimi di sforzo, esempi classici sono la corsa cento metri piani e sollevamento pesi con grandi carichi.
Quale allenamento è da preferire?
Non esiste un esercizio migliore dell’altro, dipende molto dai vostri obiettivi: un aumento importante della massa muscolare si otterrà grazie ad un lavoro soprattutto anerobico, mentre un miglioramento della resistenza si otterrà orientandosi verso un allenamento aerobico. In realtà la cosa migliore, per la nostra salute, è alternare i due tipi di lavoro in modo preciso, con tempi decisi insieme al vostro medico ed al vostro allenatore.
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