Brucia le calorie o ti conceranno per le FESTE

Anche quest’anno siamo riusciti alla fine a sconfiggere la sessione d’esami ed arrivare sani e salvi al Natale.

Vorrei quindi spendere un paio di parole a proposito di quella che, se non dovessero essere né la matematica né Putin la causa della mia morte, io giudico il più probabile (ed il più gradito) dei candidati: il pranzo di Natale (naturalmente seguito da una cena che avviene con un intervallo evidentemente insufficiente di tempo per poterne uscire indenni).

Siamo quindi anche questo Dicembre qui riuniti ad assecondare il volere di nonne scatenate ed inamovibili, pronte ad introdurre nei nostri esofagi prelibatezze di ogni genere con una veemenza sicuramente ingiustificabile a quell’età, un’energia potenziale che rimane sopita tutto l’anno per poi esplodere come una forza impulsiva che, come Fisica insegna, in un intervallo di tempo infinitesimo ha un’intensità che tende all’infinito!

Ma Billy, a questo proposito, ti sei mai chiesto perché mangiamo?

Energia.

Secondo il nostro braccio destro Wikipedia l’energia è definita come quella grandezza fisica che misura la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro, a prescindere dal fatto che tale lavoro sia effettivamente svolto.

No, Billy no!

Non farti venire in mente strane idee, nessuno ti pagherà per ingozzarti da animale quale latentemente sei e ora purtroppo non posso spiegarti anche cosa sia il lavoro, è per questo che devi cliccare questo illuminante link, altrimenti non finiamo più e il pranzo di Natale lo saltiamo, e ne ho davvero (fab)bisogno!

Tornando a noi, come possono le polpette trasformarsi in energia?

Devi sapere che l'Energia non è un concetto così semplice da trattare e di certo non può essere sufficientemente esaustiva la definizione che io te ne ho dato, non abbastanza da farti capire di cosa veramente si stia parlando.
Innanzitutto esistono più tipi di energia e quella di cui ci occuperemo noi è l'energia chimica, cioè quella che dipende dalla formazione o dalla rottura di legami chimici tra molecole.

L'etimologia della parola cibo deriva dal latino e significa "ciò che tiene alla radice", ed è così; senza l'atto del mangiare la macchina umana non si manterrebbe in piedi, non potrebbe compiere la più elementare tra le azioni motorie ed intellettuali.

Devi sapere che gli alimenti sono composti da macronutrienti ognuno con uno specifico compito biochimico; questi sono macromolecole classificate in:

• glucidi o carboidrati,
• lipidi o grassi ,
• i protidi o proteine.

Ogni principio nutritivo ha il suo potere calorifico, cioè la quantità massima di energia che si può ricavare convertendo completamente una massa unitaria di un vettore energetico (ovvero di un qualcosa che trasporta energia, in questo caso il cibo) in condizioni standard e possiamo quindi dire che ogni specifico alimento porta con sé un "pacchetto di energia" più o meno ingombrante da liberare o immagazzinare una volta ingerito (e digerito).

Per il nostro fabbisogno energetico fondamentali sono le vivande ricche di glucidi, lipidi e protidi.

... e prototipi?

Pro-ti-di Billy, ho detto PROTIDI!

Bene. Anche le proteine possono fornire energia, ma la loro funzione principale è "plastica", cioè sono utilizzati preponderatamente (segnatela Billy, è una parola da usare per fare colpo) per la costruzione di nuove cellule attraverso gli amminoacidi.

Ok, l'energia entra dalla bocca, ma come è presente all'interno del nostro corpo? Sotto forma di microwurstel?

No villico, tentativo di risposta esecrabile (questa invece è una bestemmia, non la ripetere mai) ma domanda intelligente.

L'energia viene racchiusa e conservata nei legami chimici di una molecola di cui ti ho già parlato ovvero l' ATP, che è il principale trasportatore di energia nei sistemi viventi, oppure immagazzinata nei legami chimici di materiali accumulati, sotto forma di grasso o glicogeno ad esempio.

Il processo di formazione dell'ATP è davvero articolato, difficile.
Quindi Billy mi scuso con te in anticipo se non riuscirò ad essere completamente chiara e di facile comprensione nella mia spiegazione ma sono costretta ad utilizzare termini specifici che ti chiedo di chiarirti per mezzo della nostra amica Wiki se non dovessi essere io a rischiararti il concetto.

Tuttavia accontentati e gioisci dell'occasione: quanto di ricapiterà di sentire scuse da parte mia?

Dunque, affinché le cellule possano utilizzare le molecole di cui abbiamo discusso (proteine, lipidi e zuccheri), che abbiamo infatti definito "macro", devono essere demoliti in molecole più piccole.
Questo avviene tramite demolizione enzimatica, o catabolismo, e si svolge principalmente in tre fasi.

Nella prima le grandi molecole complesse vengono degradate fino alle subunità: le proteine in aminoacidi, gli zuccheri complessi in monosaccaridi (zuccheri semplici), i lipidi in acidi grassi e glicerolo. Questi processi sono identificabili come quella che comunemente chiamiamo digestione, ed avvengono principalmente fuori delle cellule per opera di enzimi secreti dagli organi competenti, come ad esempio lo stomaco.

Nella seconda fase le piccole molecole così ottenute penetrano nella cellula, la vera fabbrica dell'energia, e vengono ulteriormente degradate nel citoplasma, cioè l'interno della cellula comprensivo di tutti i suoi organuli, che puoi pensare come una sorta di catena di montaggio.

La terza fase avviene all'interno di uno specifico di questi, i mitocondri ed è detta respirazione cellulare, perché le piccole molecole prodotte nella seconda sono completamente degradate ad anidride carbonica ed acqua per opera dell'ossigeno.
Quello che avviene è un processo esotermico di ossidoriduzione, una sorta di combustione controllata in cui viene prodotta la maggior quantità di molecole di ATP.

Le proteine e i grassi, dopo essere stati demoliti con la digestione, passano direttamente alla fase di respirazione.

Gli zuccheri devono prima essere nuovamente scissi in un processo che prende il nome di glicolisi, nel corso della quale una molecola di glucosio, che contiene 6 atomi di carbonio, si trasforma in due molecole a 3 atomi di carbonio detta acido piruvico. Questa trasformazione avviene attraverso nove reazioni enzimatiche che possono essere sintetizzate più semplicemente in due fasi.

Nella prima invece di produrre ATP ne viene consumato al fine di fornire l'energia necessaria alla reazione. Una molecola di glucosio reagisce con due molecole di ATP per formare una molecola a 6 atomi di carbonio con 2 gruppi fosforici. Questa si divide a metà, e ne risultano due composti con 3 atomi di carbonio e un gruppo fosforico.

Nella seconda fase, a ciascuno di questi si aggiunge un secondo gruppo fosforico, che però deriva non dall'ATP, ma da un composto inorganico del fosforo: si è arrivati quindi alla formazione di una molecola a 3 atomi di carbonio con due fosfati aggiunti: si è formato NADH. Questa è una biomolecola che ci serve assolutamente in tutto questo complicato processo perché il suo ruolo biologico consiste nel trasferire gli elettroni, quindi nel permettere le ossidoriduzioni, ed è principalmente di questo che stiamo parlando.

Nelle successive reazioni ogni composto a 3 atomi di carbonio (metà del glucosio iniziale) forma due nuove molecole di ATP, addizionando i suoi due gruppi fosforici a due molecole di ADP, (adeninaDIfosfato) che altro non è che una molecola di ATP (adeninaTRifosfato) con un gruppo fosfato in meno.

Adesso che siamo finalmente riusciti ad arrivare all'ATP in che modo possiamo sfruttarla?

Ma ovvio Billy, così!

ATP^4- + H₂O → ADP^3- + P + H⁺ (con una variazione di energia libera di -30,5 kj/mole)

Ok, forse ovvio non è la parola più esatta. Diciamo che stiamo parlando di idrolisi, una reazione esoergonica, ovvero spontanea, che per mezzo dell'aggiunta di acqua scinde i legami della nostra tanto faticata molecola liberando energia.

Questa viene normalmente misurata nel Sistema Internazionale in joule definito come l'energia spesa da una forza di 1 newton per muovere un oggetto di 1 metro in direzione della forza; tuttavia dubito che tu abbia mai sentito riferirsi ad una cotoletta in termini di joule, infatti l'unità di misura che si usa per riferirsi al cibo è normalmente la caloria, o meglio la kilocaloria, 1000 volte più grande.

Ma cosa sono le calorie?

Queste quantificano l'energia necessaria per innalzare da 14,5 a 15,5 °C la temperatura di 1 g di acqua distillata posta a livello del mare (pressione di 1 atm); sono quindi una sorta di misura termodinamica dell'energia, che è stata adottata perché (traducendo direttamente dall'AngloSlangSassonBritish :

Il metodo originale per determinare il numero di kcals in un certo cibo era misurare in maniera diretta l’energia che produceva. Il cibo veniva messo in un contenitore sigillato e immerso in acqua. Si aspettava che il cibo fosse completamente bruciato e l’aumento di temperatura dell’acqua era misurato

si è così calcolato che 1 g di carboidrati sviluppa ca. 3,8 kcal, 1 g di proteine ca. 3,1 kcal e 1 g di lipidi ca. 9,3 kcal.

Bene [pausa suspense] a questo punto sarebbe interessante conoscere il nostro fabbisogno calorico quotidiano, per esempio calcolandolo come ci mostra questo tool virtuale.

Ma [pausa con ancora più suspense] vogliamo fare un bilancio energetico su un esempio generico di pranzo di Natale (e nemmeno troppo tipo perché sappiamo bene tutti che possiamo fare di peggio, e usualmente lo facciamo).

Calorie.it sostiene che:

• una porzione di brodo con pasta all'uovo: 279 kcal
• una porzione di lasagna: 688 kcal
• una porzione di arrosto: 335 kcal
• una porzione di patate al forno: 301 kcal
• 8 olive all'ascolana ( qualcosa di fritto ci sta sempre bene!): 336 kcal
• un'insalata mista (per sgrassare): 105 kcal
• una fetta di panettone: 365 kcal
• un quadratino (30g) di torrone: 138 kcal
• due bicchieri di vino (che ci stanno proprio bene con la lasagna e sul terzo chiudo un occhio Billy): 132 kcal
• un bicchiere di spumante (bisogna d'altronde festeggiare il santo Natale no?): 90 kcal
• un caffè con un cucchiaino di zucchero (per digerire): 18 kcal
• un bicchierino di amaro (per ammazzare come di consuetudine il caffè): 97 kcal

La vogliamo proprio fare la somma? E facciamola!

2884 kcal!

Giusto per dare un'idea, hai appena ingerito un quantitativo di energia che potrebbe caricare un iPhone 5 per metà oppure percorrere circa 14 km con una macchina elettrica (stimati a partire da questi dati qui).

Consapevole di ciò Billy, non sprecare le tue forze sonnecchiando davanti al camino, sii un vero uomo e corri a lavare i piatti, come insegna il buon Capa.

Dalla redazione di FisiciSenzaPalestra buone feste e buon appetito a tutti!