Lezione 11
LE BIOMOLECOLE
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La nutrizione è l’insieme dei processi biochimici attraverso i quali l’organismo utilizza i principi nutritivi per soddisfare tre fondamentali funzioni : - costruttiva o plastica; - energetica; - bioregolatrice o protettiva. Una corretta nutrizione deve assicurare, in modo equilibrato, tutti i nutrienti di cui le cellule hanno bisogno per la vita dell’organismo. Dal punto di vista chimico, i principi nutritivi assunti con la nutrizione, si riscontrano in percentuali variabili nella composizione media del corpo umano.
I carboidrati
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La famiglia dei carboidrati può essere suddivisa in zuccheri semplici, ovvero i mono e i disaccaridi, e in zuccheri complessi o polisaccaridi. Le fibre alimentari fanno parte della stessa famiglia, ma sono oggetto di un capitolo a parte perché coprono funzioni particolari nell’organismo. Principali carboidrati: Monosaccaridi : glucosio, galattosio, fruttosio Disaccaridi : saccarosio (zucchero), lattosio Polisaccaridi : cellulosa, amido, inulina, glicogeno I carboidrati si caratterizzano per l’indice glicemico, vale a dire la loro capacità di aumentare il tasso di glucosio nel sangue. Indice glicemico basso < 50 (da privilegiare nell’alimentazione) : fruttosio, lattosio, ciliegia, mela, pera, pesca, pompelmo, pane integrale, pasta, ceci, piselli, lenticchie, fagioli, latte, yogurt. Indice glicemico intermedio tra 50 e 74 : saccarosio, kiwi, banana, mango, ananas, succo d’arancia, pane di segale, riso, patate novelle, barbabietola, carota, patatine, pizza, pasticcini, brioche, gelato. Indice glicemico elevato > 75 (da limitare nell’alimentazione) : miele, glucosio, maltosio (birra), anguria, corn flakes e altri cereali pronti al consumo, pane bianco, riso a cottura rapida, rutabaga, patatine fritte, patate a fiocchi, cialde, fave.
Lezione 11 Il loro ruolo è quello di carburante. I carboidrati ingeriti sono trasformati in glucosio che fornisce energia. Il glucosio è l’unico carburante del cervello, ma anche del cristallino e della retina. Gli altri organi funzionano con il glucosio oppure con l’energia proveniente dai lipidi. I carboidrati sono stoccati in piccolissima quantità nell’organismo, sotto forma di glicogeno. Il glicogeno si trova nel fegato e nei muscoli, ma questa riserva energetica è ridotta rispetto alle riserve lipidiche: la sua energia è utilizzata durante il digiuno notturno (glicogeno del fegato) ma anche durante le prime fasi di un esercizio fisico (fegato + muscolo) in attesa che siano attivate le riserve sotto forma di lipidi, di solito dopo 20-45 minuti di sforzo, secondo lo stato di allenamento e lo stock di glicogeno del soggetto.
Lo zucchero più semplice è il glucosio prodotto attraverso la fotosintesi clorofilliana:
Il glucosio è una delle principali fonti di energia per l’organismo umano, energia che viene liberata dalla reazione inversa della precedente:
Lezione 11 I carboidrati sono formati da C,H e O. Spesso il numero di atomi di H è doppio del numero di atomi di O [Cn(H2O)n]: ad esempio il glucosio è C6H12O6. Quando parliamo di carboidrati pensiamo al pane e alla pasta, ma essi hanno anche altre importanti funzioni
Lezione 11 Alcuni importanti pentosi ed esosi sono
La molecola di un monosaccaride può essere rappresentata in due modi: formula lineare o aperta e formula chiusa o ciclica
Lezione 11 I due pentosi, ribosio e desossiribosio sono i costituenti degli acidi nucleici ( il ribosio nell’ RNA e il desossiribosio nel DNA) e di molte altre biomolecole, Come si è detto il glucosio è il più importante dei monosaccaridi e viene sintetizzato dalle piante nel processo di fotosintesi . Esso riveste particolare importanza negli animali poiché è il composto nel quale vengono trasformati tutti i carboidrati introdotti nell’organismo nel processo di digestione ed è l’unico circolante nel sangue. Il fruttosio è molto abbondante in natura, in modo particolare nella frutta.
Disaccaridi I DISACCARIDI sono formati dall’unione di due molecole di monosaccaridi che si uniscono eliminando una molecola d’acqua (condensazione) reversibilmente. Ciò significa che il disaccaride può essere di nuovo scisso nelle due molecole di monosaccaride originarie. Ad esempio il maltosio (a – glucosio + a– glucosio) si scinde in acqua in due molecole di glucosio.
Lezione 11 SACCAROSIO – E’ formato dall’unione di una molecola di aglucosio con una di B-fruttosio. E’ lo zucchero propriamente detto e si trova principalmente nella canna da zucchero e nella barbabietola, dalle quali viene estratto. MALTOSIO - E’ formato dall’unione di due molecole di a glucosio. Esiste allo stato libero principalmente nell’orzo germogliato (malto) ed è un importante prodotto intermedio nella formazione dei polisaccaridi di accumulo negli organismi viventi: rispettivamente glicogeno negli animali e amido nei vegetali. LATTOSIO – E’ formato dall’unione di una molecola di Bgalattosio con una di B-glucosio. E’ lo zucchero tipico del latte: nel latte di mucca sono presenti 45 g/L, nel latte di donna 75 g/L.
Polisaccaridi Sono polimeri ad alta massa molecolare dei monosaccaridi naturali (da 100 ad oltre 3 000 unità, ad esempio la cellulosa). I polisaccaridi più abbondanti in natura sono l’amido, la cellulosa, il glicogeno. Essi hanno in comune il fatto di essere formati da tante molecole di a-glucosio ma differiscono tra loro per il modo con cui queste molecole sono legate tra di loro.
Lezione 11 AMIDO – E’ il più importante materiale di riserva per i vegetali ed è un alimento fondamentale per l’uomo e gli animali. Si trova nella pasta, nel riso, nei cereali. Esso è inoltre una riserva di carboidrati tipica delle piante. E’ formato da molecole di a-glucosio ( da 1000 a 3 000) . In realtà è formato da due molecole di polisaccaridi leggermente diversi: l’amilosio con catena lineare, solubile in acqua e l’amilopectina con catena ramificata, insolubile in acqua. Nelle cellule della patata l’amido si accumula in organuli chiamati amiloplasti. CELLULOSA – E’ formata da un numero più elevato di molecole di a-glucosio. Le catene sono raggruppate in minuscole fibre all’altra della parete cellulare in modo perpendicolare. E’ il carboidrato più importante in natura: alberi, erba, cotone sono fatti in larga misura di cellulosa. Essa ha una funzione molto importante: quando alla cellulosa della parete cellulare si somma la lignina, un composto che conferisce rigidità alla parete, il risultato è un complesso di cellule che riesce a sostenere alberi anche giganteschi. Il modo particolare con cui le molecole di glucosio sono legate fra di loro fa sì che essa sia insolubile in acqua e che il nostro apparato digerente non riesca a digerire la cellulosa cioè a demolire questo polisaccaride e quindi non rappresenta una fonte di energia per l’uomo. Essa tuttavia è molto importante perché forma una massa inerte che stimola le contrazioni dei visceri intestinali, favorendo la peristalsi ovvero la spinta degli alimenti lungo l’apparato digerente.
Lezione 11 GLICOGENO – E’ formato da molecole di -glucosio. E’ la forma in cui il glucosio è immagazzinato negli animali. Quando mangiamo amido ed altri zuccheri, questi vengono demoliti nel nostro apparato digerente in tante molecole di glucosio: il glucosio che non è utilizzato viene inviato alle cellule muscolari e nel fegato come glicogeno. Il “rifornimento” di carboidrati che nuotatori, maratoneti, ciclisti fanno prima di una gara è in realtà un “rifornimento” di glicogeno. CHITINA – E’ un polisaccaride molto importante che costituisce il rivestimento esterno (esoscheletro) degli insetti e dei crostacei. E’ formata da lunghe catene di uno zucchero chiamato N – acetilglucosammina. Anch’essa, come la cellulosa, si dispone in lunghe catene disposte perpendicolarmente l’una rispetto all’altra. La chitina svolge una importante funzione simile a quella della cellulosa: cioè conferisce forma e sostegno all’organismo. I polisaccaridi vengono scissi nelle loro unità costituenti in seguito ad una reazione inversa alla condensazione, detta IDROLISI, che avviene per intervento dell’acqua.
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Utilizzo dei carboidrati Nell’organismo umano una serie di trasformazioni chimiche fa sì che tutti i carboidrati, eccetto quelli che costituiscono la fibra, siano suddivisi nelle loro molecole costitutive (glucosio e fruttosio) ed utilizzati a scopo energetico. Il glucosio entra così nel circolo sanguigno e raggiunge tutti gli organi rendendosi necessario come combustibile per favorire tutte le attività: dai muscoli, al cervello, ai polmoni, al cuore. Il quantitativo di glucosio presente nel sangue è generalmente sufficiente solo per 10-15 minuti di attività: dunque è necessario disporre di una piccola riserva. Ecco dunque che il glucosio in eccesso viene depositato nel fegato, sottoforma di un carboidrato complesso, il glicogeno. Quando il tasso di glucosio si abbassa, parte del glicogeno è continuamente prelevata e demolita per poter disporre delle molecole costitutive di glucosio. Quindi sotto forma di glicogeno, rappresentano nei muscoli e nel fegato, la riserva energetica di rapida utilizzazione. Altre funzioni: - Protettiva: sono importanti per il fegato in quanto agiscono sul risparmio proteico e svolgono un’ attività antichetogena nei confronti dei lipidi. La riserva glucidica rende il fegato più resistente all’attacco di batteri, virus, tossine. - Plastica: sono i costituenti degli acidi nucleici, delle glicoproteine e dei glicolipidi.
Lezione 11 Negli alimenti troviamo glucidi con diversa struttura chimica, e schematicamente possiamo distinguerli in glucidi semplici e glucidi complessi. I glucidi semplici, sono presenti nello zucchero da cucina, nel latte, nel miele, nella frutta, negli ortaggi, nelle marmellate e nei dolciumi in genere. Essi vengono rapidamente assorbiti dall'organismo e la loro energia si rende disponibile in pochi minuti. I glucidi complessi (amido) si trovano soprattutto in riso, pasta, pane, patate, legumi. Essi vengono assorbiti più lentamente e pertanto la loro energia si rende disponibile in modo graduale.
Le Fibre alimentari Le fibre alimentari sono composti glucidici non digeriti dall’organismo: sono composte essenzialmente da prodotti di origine vegetale come la cellulosa, le pectine, le carragenine, le gomme, gli amidi resistenti. Si classificano tra le fibre anche composti come gli oligosidi (FOS), prodotti microbici (xantano) e composti di guscio di crostacei (chitina). Ad eccezione della lignina, sono polisaccaridi, complessi, di grandi dimensioni. Sono particolarmente idrofili.
Lezione 11 Si distinguono le fibre solubili (pectine, glucani, gomme, fibre d’alghe, ecc.) e insolubili (cellulosa, lignina, amidi resistenti, ecc.) che possiedono proprietà fisiologiche diverse. Le fibre si trovano essenzialmente nei cereali, negli ortaggi e nella frutta. Le fibre solubili, assorbendo l’acqua intestinale, formano un gel che riveste la parete dell’intestino, rallentando l’assorbimento di alcuni nutrienti come il glucosio, gli acidi biliari (prodotti di degrado del colesterolo nel fegato) e il colesterolo. Pertanto, il tasso di glucosio nel sangue diminuisce e si constata un effetto ipocolesterolemizzante; questi meccanismi spiegano probabilmente l’effetto di prevenzione contro le malattie cardiovascolari osservato nell’ambito di alcuni studi clinici. Le fibre solubili si trovano in alcuni frutti (mela, pera, uva, pesca, albicocca, ecc.), in alcuni ortaggi (indivia, cipolla, broccoli, cavolo, carota, rapa, ecc.), nelle leguminose e nell’avena. Le fibre insolubili, assorbendo l’acqua intestinale, aumentano il volume delle feci, facilitandone il transito, e una diluizione degli acidi biliari. Le fibre insolubili sono presenti in maggioranza nella crusca di frumento, nei cereali e nel riso integrale, negli ortaggi (asparagi, barbabietola, carota, piselli, spinaci), nella frutta non sbucciata (mela, pera).
