Quando le riserve di carbo sono esaurite, la gluconeogenesi (o glucogenesi) ha inizio, tale processo utilizza amminoacidi e acidi grassi.
Il cervello può utilizzare solo il glucosio liberato dalle riserve di glicogeno nel fegato. Nell'arco di 24 ore, è chiaro che si può verificare un deficict di glucosio, che viene sopperito producendo del glucosio nuovo (gluconeogenesi) dalle proteine e molto meno corpi chetonici (in abbondanza p.e. nella Atkins a 30g di carbo al dì. Dai grassi, invece, si produce solo poco glucosio (i depositi di grasso e i grassi assunti con la dieta sono fatti per il 95% di acidi grassi con numero pari di atomi di carbonio, che non possono essere precursori di glucosio, ma con essi si producono corpi chetonici - che il cervello accetta solo in carenza di glucosio, come rimedio estremo - e energia, da cui attinge, fra l'altro, la reazione di gluconeogenesi).
In alternativa alla utilizzazione a scopo energetico, gli aminoacidi ramificati vengono adibiti nel muscolo alla sintesi proteica, soprattutto la leucina promuove la sintesi di nuove proteine muscolari ed inibisce la proteolisi nel muscolo scheletrico e nel miocardio. L'isoleucina e la valina insieme (ma non singolarmente) hanno anch'esse un effetto positivo sul bilancio azotato del muscolo.
Quindi i muscoli captano gli aminoacidi ramificati che nella nuova cellula vanno incontro ai seguenti destini metabolici: Vengono ossidati a scopo energetico, nel corso delle reazioni di transaminazione, necessarie per la loro utilizzazione, si forma acido glutamico che può incorporare NH4+ dando origine a glutamina, essere rilasciati come aminoacidi liberi o come alfa-chetoacidi utilizzabili a scopo energetico dalla cellula nervosa, possono servire da substrato per la sintesi di nuove proteine, stimolando e regolando nel contempo il processo biosintetico.
La glutamina si forma a partire dall'acido glutamico con consumo di energia sotto forma di una molecola di ATP. A livello renale viene trasformata in glutammato per mezzo di una reazione idrolitica, catalizzata dalla glutaminasi, con formazione di ammoniaca. Quest'ultima viene escreta come ione animonio consentendo l'eliminazione di H+.
Questa reazione rappresenta la risposta fisiologica del rene ad uno stato di acidosi metabolica quale quello che si può instaurare a seguito di uno sforzo fisico intenso. L'acido glutamico che si origina viene avviato al fegato dove partecipa alla glucogenesi. Alternativamente l'azoto amidico della glucogenesi viene utilizzato in reazioni biosintetiche di rilevante interesse quali la sintesi delle basi puriniche e degli amino-zuccheri. Una carenza di glucosio ematico accompagnata da un esaurimento delle scorte di glicogeno, quale si verifica dopo una intensa attività fisica, innesca il processo della glucogenesi epatica. L'alanina e la serina rappresentano le fonti principali di atomi di carbonio per la gluconeogenesi, cui partecipa attivamente anche la glicina quale importante precursore metabolico per la sintesi della serina.
Nell'ambito dei processi biochimici che riguardano il metabolismo proteico nel corso dell'esercizio fisico un ruolo di preciso piano spetta a valina, leucina, isoleucina, glutamina, alanina, glicina, in quanto essi possono: fungere direttamente da fonti energetiche , ottimizzare la gluconeogenesi, svolgere un'azione detossificante nei confronti dello ione amrnonio e dello ione idrogeno , svolgere un'azione di risparmio del glucosio muscolare, evitare un eccessivo catabolismo proteico ed attivare la proteinosintesi muscolare.
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