In che modo il glucosio entra nella cellula?

La biologia cellulare è un campo scientifico affascinante. Ma le molecole che lavorano all'interno di queste cellule lo rendono ancora più interessante. 

Una di queste molecole nelle nostre cellule è il glucosio. È la principale fonte di energia del nostro corpo e alimenta le cellule come la benzina che alimenta un'auto. Tuttavia, i nostri corpi non producono glucosio da soli. Proviene principalmente dal cibo che mangiamo, e poi il sangue lo porta alle cellule del nostro corpo. [1]

L'ingresso del glucosio nelle cellule è un altro processo affascinante. Sapere questo può aiutarci a comprendere meglio come le cellule lo convertono in energia. Ma se potessimo renderlo un po' più divertente da imparare? Esploriamo come il glucosio entra nelle cellule e vediamo se possiamo aggiungere un po' di brio alla biologia cellulare!

Perché il glucosio è importante?

Il glucosio è uno zucchero semplice (monosaccaride) composto da sei atomi di carbonio, dodici di idrogeno e sei di ossigeno (C6H12O6). Memorizza l'energia chimica del cibo in una forma stabile. Questa energia viene rilasciata nel nostro sistema una volta che le cellule abbattono il glucosio.

Il glucosio è essenziale per la vita cellulare di quasi tutti gli organismi. La maggior parte delle cellule del nostro corpo utilizza questo zucchero semplice come fonte primaria di combustibile, insieme a grassi e proteine. Ne estraggono energia attraverso la respirazione cellulare, che converte gli zuccheri in ATP (adenosina trifosfato). [1-3]

Nel nostro corpo, un organo che ha più bisogno di glucosio è il cervello. È, infatti, l'unica fonte di energia del nostro cervello per svolgere varie attività. I neuroni ei loro messaggeri chimici (neurotrasmettitori) ne hanno bisogno per elaborare i segnali. 

Il nostro cervello non può funzionare correttamente senza glucosio. Una sua mancanza impedisce ai neuroni di produrre neurotrasmettitori. Alla fine, i neuroni lottano per inviare segnali alle cellule bersaglio. [4]

Come principale fonte di carburante del corpo, il glucosio aiuta a metabolizzare i cibi che mangiamo. Aiuta in quasi tutte le fasi del metabolismo cellulare, dalla creazione di energia alla produzione di ormoni ed enzimi. Una volta che il glucosio si scompone, le cellule producono la molecola che trasporta energia ATP. Questa molecola è un deposito di energia e alimenta quasi ogni processo metabolico in una cellula. [2, 3]

Nota: il metabolismo è il processo chimico che permette alle nostre cellule di convertire il cibo in energia. 

Come il glucosio entra nelle cellule

Mentre mangiamo, il cibo passa nel nostro stomaco attraverso l'esofago. Lo stomaco quindi inizia a scomporlo in pezzi più piccoli con l'aiuto di acidi ed enzimi. 

Durante questo processo, il nostro corpo trasforma le particelle di cibo in glucosio. Quindi viaggia verso l'intestino. Da lì, entra nel nostro flusso sanguigno. Successivamente, l'insulina assume il controllo e sposta il glucosio dal sangue alle nostre cellule. Quando il glucosio viaggia attraverso il sangue, spesso lo chiamiamo zucchero nel sangue. [5, 6]

Tuttavia, l'ingresso del glucosio nelle cellule non è così facile come sembra. Il doppio strato lipidico delle cellule gli impedisce di entrare a causa della sua natura polare. Quindi, utilizza specifiche proteine di trasporto chiamate trasportatori di glucosio per entrare nelle cellule. 

Figura 1. Metabolismo del glucosio in una cellula normale
Fonte: Martel e colleghi [16], CC-BY-4.0.

Le proteine trasportatrici di solito trasportano varie molecole a seconda del tipo di cellula coinvolta. Hanno recettori specializzati progettati per identificare molecole specifiche come il glucosio. Queste proteine poi aiutano il glucosio ad arrivare alle nostre cellule per essere utilizzato o immagazzinato come energia. In generale, la maggior parte delle cellule può esprimere diversi tipi di trasportatori del glucosio. [7, 8]

L'assorbimento del glucosio all'interno delle nostre cellule di solito coinvolge due tipi di proteine di trasporto:

• Trasportatori sodio-dipendenti. Questo tipo di trasportatore sposta il sodio attraverso la membrana cellulare tramite trasporto attivo. Il sodio quindi si diffonde verso il basso per trasportare una molecola di glucosio all'interno della cellula. Questo processo, tuttavia, necessita di energia cellulare per trasportare il glucosio attraverso la membrana plasmatica. [7]
• Trasportatori indipendenti dal sodio. Questo tipo di trasportatore non si basa sul sodio per trasportare il glucosio dentro e fuori le cellule. Permette al glucosio di entrare in una cellula attraverso un processo chiamato diffusione facilitata. Durante questo processo, proteine specifiche fungono da gateway per le molecole per attraversare la barriera lipidica. Questo processo non richiede energia dalla cellula e sposta il glucosio al suo interno con poco sforzo. È come se no ISCRIZIONE in o USCITA dalla cella è successo. [9]

In breve, trasportando il glucosio, queste proteine di trasporto forniscono alle nostre cellule il carburante di cui hanno bisogno. Si assicurano inoltre che solo le giuste quantità di glucosio entrino nella cellula. In caso contrario, gli afflussi di glucosio avrebbero ostacolato i processi metabolici nelle nostre cellule. Alla fine, ciò potrebbe causare effetti collaterali indebiti come infiammazione o gonfiore. [7-9]

In poche parole, le proteine di trasporto regolano il glucosio per mantenere la stabilità interna del nostro corpo.

Cosa fa il glucosio nel nostro corpo?

Quando il glucosio entra nel nostro sistema, viaggia in tutto il corpo attraverso il flusso sanguigno. Finché rimane nel sangue, usa il sistema circolatorio come una conduttura del carburante. Il glucosio esce da questa conduttura quando la glicemia aumenta o se le nostre cellule hanno bisogno di ricaricare le loro scorte di carburante.

I nostri corpi lavorano in modo da mantenere un livello costante di glucosio nel sangue. Il pancreas svolge un ruolo chiave nel modo in cui i nostri corpi gestiscono gli zuccheri nel sangue. Le sue cellule beta controllano il livello di glucosio nel nostro sangue ogni pochi secondi. Queste cellule rilasciano insulina quando rilevano un aumento dei livelli di zucchero. [8]

Il glucosio nel nostro sangue non può entrare nelle cellule da solo. Ha bisogno di aiuto per uscire dal flusso sanguigno. L'insulina fa questo lavoro agendo come una chiave. Dice alle cellule di sbloccarsi in modo che il glucosio possa entrare al loro interno. Il glucosio si sposta quindi dal sangue e si attacca a una proteina trasportatrice sulla superficie cellulare. Una volta che attraversa le barriere lipidiche, le cellule lo usano o lo immagazzinano come meglio credono. [8, 10]

Cosa succederà se ho il diabete?

Il diabete si verifica quando il nostro corpo non riesce a produrre abbastanza insulina. Una mancanza di insulina significa più glucosio nel sangue del solito. Questo livello elevato di zucchero nel sangue nel tempo porta a una condizione chiamata iperglicemia. Questa condizione può cambiare il modo in cui i nostri corpi elaborano e immagazzinano il glucosio nelle nostre cellule.

Nelle persone iperglicemiche, il glucosio entra nelle cellule più lentamente del solito a causa dei bassi livelli di insulina. Quindi rimane bloccato nel flusso sanguigno invece di entrare nelle cellule. Se il glucosio rimane lì per molto tempo, può danneggiare i vasi sanguigni che trasportano l'ossigeno ai nostri organi. [11, 12]

Inoltre, un accesso limitato al glucosio può privare le cellule del carburante di cui hanno bisogno per funzionare bene. Le cellule iniziano quindi a utilizzare il grasso corporeo come combustibile. Nel tempo, questa combustione dei grassi può portare a una complicanza per la salute potenzialmente letale chiamata chetoacidosi diabetica (alti livelli di acido nel sangue). [13, 14]

I pazienti diabetici dovrebbero assumere farmaci e apportare modifiche allo stile di vita per tenere sotto controllo la glicemia. Le modifiche allo stile di vita che possono apportare includono quanto segue:

• Mangiare una dieta equilibrata
• Scegliere cibi a basso indice glicemico (GI)
• Mangiare pasti regolarmente
• Bere molta acqua
• Evita il fumo e l'alcool
• Perdere peso
• Partecipare a un programma di esercizi

Domande frequenti (FAQ)

Dove viene immagazzinato il glucosio in eccesso?

Dopo che le cellule hanno ricostituito il loro fabbisogno energetico, immagazzinano il glucosio rimanente in piccoli fasci convertendolo in glicogeno. Il glicogeno è immagazzinato nel fegato e nei muscoli. I nostri corpi possono immagazzinare abbastanza glicogeno per alimentarci per circa un giorno.

Tuttavia, se il glucosio rimane anche dopo averlo immagazzinato come glicogeno, il nostro corpo lo converte in grasso. Questa conversione avviene spesso nel fegato e nei tessuti adiposi. E se la nostra assunzione di carboidrati supera regolarmente i limiti di stoccaggio del glicogeno, i grassi iniziano ad accumularsi. Questo accumulo di grasso aumenta il rischio di varie condizioni, tra cui diabete, fegato grasso e malattie cardiache. [8, 10]

Come vengono utilizzate le molecole di glucosio all'interno delle cellule?

Quando il glucosio si lega alla superficie cellulare, le proteine di trasporto lo aiutano a penetrare all'interno. La cellula quindi utilizza o immagazzina il glucosio come meglio crede. Se la cellula ha bisogno di ricostituire la sua scorta di carburante, scompone il glucosio per creare ATP (vedi Figura 1). 

Una molecola di ATP è come una valuta energetica cellulare. Le cellule lo usano per alimentare quasi tutte le attività, comprese le reazioni metaboliche, i processi cognitivi e l'espressione genica. [15]

Consigli per controllare la velocità di digestione del glucosio

Un modo efficace per tenere sotto controllo i livelli di zucchero nel sangue è regolare la velocità con cui digeriamo il glucosio. In questo modo, possiamo mantenere un livello di zucchero nel sangue costante, evitando picchi improvvisi. Di seguito sono riportate alcune tecniche che si possono applicare per regolare la velocità di digestione:

• Prova a mangiare cibi con un basso indice glicemico e un alto contenuto di fibre. Queste scelte alimentari rallenteranno il tasso di digestione poiché questi alimenti contengono carboidrati meno digeribili.
• Mangia lentamente. Quando mangiamo lentamente, ci aiuta a monitorare meglio quanto stiamo consumando. Questa abitudine alimentare può garantire che non mangiamo troppo.
• Scegli pasti complessi. Considera i carboidrati complessi rispetto agli zuccheri semplici per i pasti per rallentare il processo digestivo. I nostri corpi assorbono rapidamente zuccheri semplici come il riso bianco o il pane bianco. Questa rapida velocità di digestione può causare un improvviso aumento dei livelli di zucchero nel sangue.

Pensieri finali

Il glucosio è la fonte energetica primaria per quasi tutte le cellule del nostro corpo. Ma quando il livello di glucosio nel sangue rimane alto per lungo tempo, possono verificarsi vari problemi di salute.

Quindi, chi ha il diabete dovrebbe capire come il glucosio entra e viene utilizzato all'interno delle nostre cellule. Con questa conoscenza, possono regolare meglio i livelli di zucchero nel sangue ed evitare picchi di glucosio indebiti.

Riferimenti

1. Chen LQ, Cheung LS, Feng L, Tanner W, Frommer WB. Trasporto di zuccheri. Annu Rev Biochem. 2 giugno 2015;84(1):865-94. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-060614-033904. 

2. Richter EA, Hargreaves M. Esercizio, GLUT4 e assorbimento del glucosio nel muscolo scheletrico. Revisioni fisiologiche. 1 luglio 2013; 93(3):993-1017. DOI: https://doi.org/10.1152/physrev.00038.2012. 

3. Gurung P, Zubair M, Jialal I. Glucosio plasmatico. StatPerle. 23 novembre 2022. ID scaffale: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/nbk541081/.

4. Hwang JJ, Jiang L, Sanchez Rangel E, Fan X, Ding Y, Lam W, Leventhal J, Dai F, Rothman DL, Mason GF, Sherwin RS. Variabilità glicemica e livelli di glucosio nel cervello nel diabete di tipo 1. Diabete. 2019 gennaio 1;68(1):163-71. DOI: https://doi.org/10.2337/db18-0722. 

5. Mulukutla BC, Yongky A, Le T, Mashek DG, Hu WS. Regolazione del metabolismo del glucosio: una prospettiva dal bioprocesso cellulare. Tendenze in biotecnologia. 2016 ago 1;34(8):638-51. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2016.04.012. 

6. Chandel N.S. Metabolismo dei carboidrati. Prospettive di Cold Spring Harbor in Biologia. 2021 Gen 1;13(1):a040568. DOI: https://doi.org/10.1101/cshperspect.a040568. 

7. Navale AM, Paranjape AN. Trasportatori del glucosio: ruolo fisiologico e patologico. Revisioni biofisiche. 2016 marzo;8(1):5-9. DOI: https://doi.org/10.1007%2Fs12551-015-0186-2. 

8. Hantzidiamantis PJ, Lappin SL. Fisiologia, glucosio. In: StatPearls [Internet]. L'isola del tesoro (FL): StatPearls Publishing; ID libreria gennaio 2022: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK545201/. 

9. Szablewski L. Capitolo introduttivo: trasportatori di glucosio. InBlood Glucose Levels 2019 Feb 18. IntechOpen. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.82263. 

10. Nakrani MN, Wineland RH, Anjum F. Fisiologia, metabolismo del glucosio. In: StatPearls [Internet]. L'isola del tesoro (FL): StatPearls Publishing; ID libreria gennaio 2022:: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK560599/. 

11. Richter B, Hemmingsen B, Metzendorf MI, Takwoingi Y. Sviluppo del diabete mellito di tipo 2 nelle persone con iperglicemia intermedia. Database Cochrane di revisioni sistematiche. 2018(10):CD012661. DOI: https://doi.org/10.1002%2F14651858.CD012661.pub2. 

12. Tabák AG, Herder C, Rathmann W, Brunner EJ, Kivimäki M. Prediabetes: uno stato ad alto rischio per lo sviluppo del diabete. La Lancetta. 16 giugno 2012; 379 (9833): 2279-90. DOI: https://doi.org/10.1016/s0140-6736(12)60283-9. 

13. Berbudi A, Rahmadika N, Tjahjadi AI, Ruslami R. Diabete di tipo 2 e il suo impatto sul sistema immunitario. Recensioni attuali del diabete. 2020 maggio;16(5):442. DOI: https://doi.org/10.2174/1573399815666191024085838.

14. Khan RM, Chua ZJ, Tan JC, Yang Y, Liao Z, Zhao Y. Dal pre-diabete al diabete: diagnosi, trattamenti e ricerca traslazionale. Medicine. 29 agosto 2019;55(9):546. DOI: https://doi.org/10.3390/medicina55090546.  

15. Bonora M, Patergnani S, Rimessi A, De Marchi E, Suski JM, Bononi A, Giorgi C, Marchi S, Missiroli S, Poletti F, Wieckowski MR. ATP synthesis and storage. Purinergic signalling. 2012 Sep;8(3):343-57. DOI: https://doi.org/10.1007/s11302-012-9305-8. 

16. Keating E, Martel F. Effetti antimetabolici dei polifenoli nelle cellule del cancro al seno: attenzione all'assorbimento e al metabolismo del glucosio. Frontiere della nutrizione. 16 aprile 2018; 5:25. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2018.00025.