Università di Roma Tor Vergata- Scienze della Nutrizione Umana

Corso di Biochimica della Nutrizione -

A.A. 2013-2014

1- NUTRIENTI 2- CARBOIDRATI u  Struttura u  Funzioni u  Fonti alimentari u  Digestione e assorbimento u  Metabolismo del glucosio u  Metabolismo del fruttosio e del galattosio u  Intolleranze

NUTRIENTI sono sostanze chimiche contenute negli alimenti necessarie per la vita, e la crescita, mantenimento e riparo dei tessuti dell’organismo

CARBOIDRATI MACRONUTRIENTI richiesti in grande quantità PROTEINE LIPIDI

VITAMINE MICRONUTRIENTI richiesti in piccole quantità (mg o ug) MINERALI

ACQUA ALTRI COMPONENTI NON ESSENZIALI ma associati a diminuito rischio di malattia incluse malattie cardiovascolari.

Carotenoidi Fitosteroli Fibra alimentare Polifenoli Altri fitochimici

MACRONUTRIENTI: carboidrati, lipidi, amminoacidi o proteine formati per la maggior parte da sei elementi Carbonio C la capacità del carbonio di formare legami C-C covalenti, che originano catene estese e composti ciclici permette la formazione di miriadi di composti (non esistono catene di N o di O). Ogni legame costituisce una piccola riserva di energia, permettendo pertanto alle molecole organiche di servire da fonta di energia per il nostro organismo Idrogeno H Ossigeno O Azoto N Fosforo P Zolfo S  

C, H, O, N costituiscono il circa l’88% del nostro peso secco cioè acqua esclusa. Questi elementi sono presenti nel nostro corpo (uomo di 65 kg) in circa 11 kg di proteine, 10 kg di lipidi e 0,6 kg di carboidrati  

(da rapporto C:H:O = 1:2:1 Cn(H2O)n

o

Glucidi (poiché alcuni sono dolci)

o

Saccaridi

I carboidrati hanno diverse funzioni

Metabolica (glucosio, fruttosio, amido)

Strutturale cellulosa (piante) chitina (esoscheletro insetti e crostacei) glicosamminoglicani (tessuti connettivi)

Informazione e riconoscimento

glicoproteine di membrana (gruppi sanguigni) Anticoagulante (eparina) Eliminazione epatica di composti lipofili

(acido glucuronico)

         

Un  glucide,  da  un  punto  di  vista  chimico,  è  il    derivato  aldeidico  o  chetonico  di  un  alcol  polivalente  

   In  base  a  questa  definizione  la  molecola  deve  essere  formata  da  

almeno  tre  atomi  di  carbonio.    

gliceraldeide                        diossiacetone      

CLASSIFICAZIONE dei MONOSACCARIDI NUMERO di ATOMI di CARBONIO (in genere 3-7) 3 atomi di C – triosi

gliceraldeide e diossiacetone: intermedi metabolici 5 atomi di C: pentosi ribosio: nei nucletidi, nel DNA 6 atomi di C: esosi glucosio, fruttosio, galattosio - importanza alimentare ALDOSI e CHETOSI glucosio-fruttosio Desinenza –osio oppure –ulosio Es. ribosio e ribulosio  

CH2OH H H

H H

H

OH

OH OH HO

O1

2 3 4

5 6

C O

H C OH CH2OH

CH2OH

HO C H H C OH

1 2 3 4 5 6

HOCH2

H 1

6

5 H

OH 4

H

HO 3

2 CH2OH

O OH

Fruttosio (Fru) ANOMERI α – β legame emiacetalico del C

carbonilico anomerico

forme interconvertibili (forma aperta di transizione in

soluzione: 0,02%)

H C OH

H C OH CH2OH

C O H

HO C H H C OH

1 2 3 4 5 6

CH2OH H H

H

H

H

OH

O OH HO

O

23

4

5

6

C 1H

forma alfa

forma beta

H H H

H

H

OH OH OH HO

O 1

2 3 4

5 CH2OH 6

β-­‐  D(+)-­‐glucosio      

D(+)-­‐glucosio    (abbreviazione  Glc)    

ANOMERI e struttura ciclica

β-­‐  D(+)-­‐glucosio    

Il  gruppo  -­‐OH  del  C  in  posizione  1  deriva  dal  gruppo  aldeidico  ed  ha  pertanto  reaEvità  diversa  dagli  -­‐OH  alcolici  legaG  agli  altri  atomi  di  C  (gruppo  riducente).  È  coinvolto  nel  legame  emiacetalico  intramolecolare  (legame  fra    -­‐CHO  in  posizione  1  ed  -­‐OH  in  posizione  5).    Legame  alfa  o  beta.    E’  anche  coinvolto  nell’ulteriore  legame  acetalico  intermolecolare  fra  il  C1  del  primo  monosaccaride  ed  il  C  (in  genere  C4  oppure  C6)  del  monosaccaride  successivo.  

ANOMERI α – β forme interconvertibili nei monosaccaridi liberi ma NON nei loro derivati polimerici

EPIMERI differiscono per la configurazione dei gruppi –OH e –H

glucosio - mannosio C3 glucosio – galattosio (abbreviazione Gal) C4,

     

H C OH

H C OH CH2OH

C O H

HO C H H C OH

1 2 3 4 5 6

H C OH

H C OH CH2OH

C O H

HO C H HO - C - H

1 2 3 4 5 6

CLASSIFICAZIONE dei CARBOIDRATI

MONOSACCARIDE  o  unità  monomerica  può  polimerizzare  a  dare:      

DISACCARIDI  in  alimentazione  col  termine    ZUCCHERI  (SUGARS)  si  fa  comunemente  riferimento  a  disaccaridi  e  monosaccaridi  -­‐  Glc,  Fru,  Gal  e  alcoli  derivaG,  in  accordo  a  FAO  (Food  &  Agricolture  OrganizaGon)  e  WHO  (World  Health  OrganizaGon)  LaLosio  -­‐  zucchero  del  laSe  Saccarosio  -­‐  zucchero  di  canna    Maltosio  -­‐  scissione  dell’amido    Cellobiosio  -­‐  scissione  della  cellulosa    

OLIGOSACCARIDI  (3-­‐9  unità)    in  vegetali;  legaP  a  glicoproteine    a  differenza  di  proteine  ed  acidi  nucleici,  sempre  lineari,    i  polimeri  di  glucidi  possono  essere  lineari  o  ramificaG    

POLISACCARIDI  Amido  (amilopecGna  ramificata  +  amilosio  lineare)  alimentare  Glicogeno  (ramificato)  riserva  di  glucosio  nell’uomo  Cellulosa  (lineare)  struSurale  nelle  piante  Acido  ialuronico  (lineare)  struSurale  nell’uomo    

HOCH2 H

O 6

1

2 H

OH 3

H

HO 4

5 CH2OH

O CH2OH

H H

H

H

OH

OH

O 1

2 3

4 5 6

HO H

CH2OH H H

H

H H

OH

OH O

O 1

2 3

4 5 6 CH2OH

H H H

OH

OH

OH H

O 1

2 3

4 5 6

H

O

HO

CH2OH

H H H

H

H

OH OH OH

O 1

2 3

4

5 6 CH2OH

H H H

H

H

OH OH

OH HO

O 1

2 3

4

5 6

O H H

H

H

H

OH

OH HO

O 1

2 3

4

5 6

H H H

H

OH

OH OH

O 1

2 3

4

5

6

H

+ H2O +

CH2OH CH2OH

legame β(1g4)

legame α(1g4)  

Legame acetalico o legame glicosidico

SACCAROSIO Glc (α1à 2β) Fru

MALTOSIO

CELLOBIOSIO

Legame fra i due carboni anomerici

Il legame alfa-glicosidico comporta un ripiegamento nella struttura e si trova nei polisaccaridi di riserva ( amido, glicogeno).

Il legame beta-glicosidico porta ad una forma lineare e si trova nei polimeri con funzione strutturale quali cellulosa (piante), chitina (esoscheletro di insetti e crostacei), acido ialuronico (connettivo)

CELLULOSA polimero lineare del glucosio unito da legami beta 1->4

le unità di glucosio sono alternativamente ruotate di 180°

struttura lineare stabilizzata da legami H

POLISACCARIDI

Fibra più diffusa nel mondo vegetale e si trova nelle pareti cellulari con funzione di sostegno

cellulosa amilosio polimeri lineari

Amilopectina

polimero ramificato

AMIDO (starch) riserva di glucosio nei vegetali = amilosio + amilopectina AMILOSIO: polimero lineare del glucosio unito da legami alfa 1->4 1.500 – 6.000 unità AMILOPECTINA: polimero ramificato del glucosio unito da legami α 1->4 e α 1->6 (milioni di unità)

O      

CH2OH  

H   H  H  

H  

H  

OH  

OH        O  

O  

1  

2  3

4  

5  6   CH2  

H   H  H  

H  

OH  

OH   O  

O  

1  

2  3  

4  

5  6

H  

CH2OH  

H   H  H  

H  

OH  

OH  O    

O  

1

2  3  

4  

5  

6  

H  CH2OH  

H   H  H  

H  

H  

OH  

OH  O  

O  

1  

2  3  

4  

5  6  

O      

CH2OH  

H   H  H  

H  

H  

OH  

OH        O  

O  

1  

2  3  

4  

5  6  CH2OH  

H   H  H  

H  

H  

OH  

OH  O  

O  

1  

2  3  

4  

5  6  

legame  α(1g6)  

legame  α(1g4)  

POLISACCARIDI RAMIFICATI

AMILOPECTINA: ramificazioni lunghe 20-25 unità di glucosio

GLICOGENO: riserva di glucosio nell’uomo (fegato e muscolo scheletrico) più ramificato dell’amilopectina – 8- 14 residui per ramificazione

 

DERIVATI DI MONOSACCARIDI PER  RIDUZIONE  Alcoli  poliossidrilici    o  Alditoli  (gusto  dolce)  sorbitolo  (dal  glucosio;  l’accumulo  provoca  danni  quali  la  cataraSa)  xilitolo  (dolcificante  gomme  da  masGcare,  menGne)  ribitolo  (componente  della  riboflavina  o  vitamina  B2)    PER  OSSIDAZIONE    

 Acidi  aldonici:  per  ossidazione  del  C1  acido  gluconico      (per  ciclizzazione  interna  formano  laSoni  -­‐  vedi  via  dei  pentosi  fosfa4)  

 

 Acidi  uronici  per  ossidazione  del  C6  acido  glucuronico    -­‐ nella  struSura  proteoglicani  conneEvali;    -­‐  legato  a  composG  lipofili  per  la  loro  eliminazione  tramite  la  bile        

 (bilirubina,  farmaci)      

DEOSSI  ZUCCHERI    2-­‐deossi-­‐ribosio  (nel  DNA)    

ESTERI  FOSFORICI  (intermedi  metabolici)    

AMMINOZUCCHERI  glucosammina  (GlcN),  galaSosammina  (GalN),  NaceGl-­‐glucosammina  (GlcNAc)      

CH2OH

H H

H

H H

OH

OH

OH HO 1

23

4

5

6 O

CH2OH

H H

H H

H

NH2

OH

OH HO 1

23

4

5

6 O

glucosammina Il  gruppo  amminico  -­‐NH2  sosGtuisce  -­‐OH  in  posizione  2.  

N-acetilglucosammina Il    gruppo  -­‐NH2    può  ulteriormente  legare  un  gruppo  aceGle  (-­‐CO-­‐CH3)    con  legame  carboammidico:-­‐NH-­‐CO-­‐CH3  

glucosio COO-

H H

H H

H

OH

OH

OH HO 1

23

4

5

6 O acido glucuronico

GlcAc

CH2OH

H H

H

H H

HN-C-CH3

OH

OH HO 1

23

4

5

6 O

II  O

CHITINA  esoscheletro  di  inse8,  crostacei  polimero  di  GlcNAc  legato  da  legami  β1→  4  

FONTI ALIMENTARI

Comprende  sia  i  carboidraG  naturalmente  presenP  negli  alimenG  che    quelli  aggiunP  durante  la  preparazione  di  alimenG  e  bevande.    La  maggior  parte  di  zuccheri  aggiunP  si  trova  nei  succhi  di  fruSa,  bibite,  dolci,    caramelle.        

glucosio e fruttosio naturalmente presenti in piccole quantità in miele e frutta

Dal 1970, in USA l’industria alimentare ha sostituito zuccheri raffinati (saccarosio, da canna o da barbabietola) con monosaccaridi a più basso costo, prodotti da amido di mais. In USA (2005) costituisce il 50% dei dolcificanti; in Europa meno diffuso  

Corn syrup 100% glucosio

High-fructose corn syrup - sciroppo di glucosio-fruttosio (HFCS, in genere circa 50% glucosio e 50 % fruttosio, come nel saccarosio. Vari tipi con contenuto in fruttosio del 40-90%). HFCS-55 (55% fruttosio) – nelle bevande (soft drinks) HFCS-42 (42% fruttosio) – dolci, gelati, yoghurt, succhi   Amido  idrolizzato  a  glucosio  ,  che  viene  poi  parzialmente  conver4to  in  

fru=osio  a=raverso  una  isomerizzazione  enzima4ca.    Basso  costo,  alto  potere  dolcificante,  buona  lavorabilità      

FONTI ALIMENTARI di MONOSACCARIDI  

FruLa:  fruSosio  0,1-­‐7,4  g/100g  saccarosio:  0,1  –  5,2  g/100g  

Miele  fruSosio  41,8g/100g  glucosio  34,6g/100g  

lattosio = galattosio + glucosio - legame β 1à4 sintetizzato dalla ghiandola mammaria dei mammiferi; per cui latte e derivati sono la sola fonte di lattosio nel latte umano ≅ 6,5 g/100 ml - nel latte vaccino ≅ 4,5 g lattosio/100 ml

saccarosio = glucosio + fruttosio - legame Glc alfa1 à β 2 Fru

(usato come dolcificante e conservante) Nelle etichette, per zucchero si intende saccarosio

In piccole quantità maltosio = glucosio + glucosio – legame α 1à 4

(piccole quantità in grano ed orzo ed in alimenti lavorati in seguito ad idrolisi dell’amido)

trealosio = glucosio + glucosio - legame α 1à α 1)

(presente in lieviti, funghi, crostacei di mare)

in  accordo  a  FAO  (Food  &  Agricolture  OrganizaGon)  e  WHO  (World  Health  OrganizaGon),  col  termine    ZUCCHERI  (SUGARS)  si  fa  comunemente  riferimento  a  disaccaridi  e  monosaccaridi  -­‐  Glc,  Fru,  Gal  e  alcoli  derivaG,    

FONTI ALIMENTARI di DISACCARIDI  

AMIDO: sintetizzato dalle piante, con funzione di riserva di energia; accumulato in semi, tuberi, radici e alcuni frutti

Assunto dall’uomo con alimenti quali cereali (mais, frumento, riso, orzo), legumi, patate, carote, alcuni frutti (banana verde) Formato da due famiglie di polimeri in proporzione variabile a seconda delle fonti 20-30% di amilosio 70-80% di amilopectina

FONTI ALIMENTARI di POLISACCARIDI  

I vegetali (frutta, verdura, alimenti integrali) contengono oligosaccaridi e polisaccaridi non importanti quali nutrienti in quanto resistenti alla digestione, a causa della mancanza nell’organismo di enzimi in grado di idrolizzare il legame glicosidico fra i monomeri. Alcuni sono usati dall’industria alimentare come additivi o emulsionanti. Potrebbero comunque avere effetti benefici sulla salute: entrano a far parte della cosidetta FIBRA ALIMENTARE,, in parte fermentabile dai batteri nel colon.

ALTRI OLIGOSACCARIDI e POLISACCARIDI ALIMENTARI  

Oligosaccaridi. Stachiosio, raffinosio nei legumi (formati da saccarosio legato ad unità di alfa galattosio)

Polisaccaridi Cellulosa (nei cereali integrali, legumi, verdure, frutta) Emicellulosa formata da pentosi ed esosi

(parete cellulare) (nei cereali integrali, legumi, verdure, frutta) Inulina: polimero di fruttosio con legame β 2à1 (legumi, carciofo, cicoria, cipolla) Pectine: alte quantità di acido galatturonico e glucuronico; formano gel in soluzione (buccia di molti frutti) Gomme. Formate da mannosio e galattosio (legumi, crusca d’avena)

ALTRI OLIGOSACCARIDI e POLISACCARIDI ALIMENTARI  

DERIVATI ALCOLICI non possono essere definiti zuccheri ma considerati carboidrati

dalla legislazione europea  

ProdoE  da  sintesi  anche  se  in  piccole  quanGtà  naturalmente  presenG  in  fruSa  e  vegetali  

 DerivaP  da  monosaccaridi        xilitolo,  sorbitolo,  mannitolo    DerivaP  da  disaccaridi      laEtolo,    malGtolo    DerivaP  da  polisaccaridi        Idrolisato  d’amido  idrogenato  

UsaP  come  dolcificanP  dall’industria  alimentare.    I  prodoE  (caramelle,  gomme  da  masGcare,  bibite,  )  che  contengono  alcoli  al  posto  di  zucchero  o  sciroppo  d’amido  possono  essere  eGcheSaG  come  “privi  di  zucchero”.    Sono  prodoE  a  basso  tenore  calorico  in  quanto  sono  meno  assorbiG  degli  zuccheri;  e  pertanto  hanno  ridoSo  apporto  calorico  e  bassa  risposta  glicemica;  inoltre  sono  meno  cariogeni.    

Diventano  substrato  della  microflora  presente  nel  colon.    

Il  loro  scarso  assorbimento  può  portare  a  diarrea  osmoGca;    sulla  eGcheSa  “un  eccessivo  consumo  può  avere  effeLo  lassaPvo”  

VALORE ENERGETICO DEI CARBOIDRATI  

CarboidraG:  può  variare  tra  3,7–  4,2  kcal/g  (negli  amidi  più  digeribili)  Ma  viene  assegnato  un  valore  energePco  di  4  kcal/g    (17  kJ/g)  per  decreto  legislaGvo    16  feb  1993  n.  77  che  regola  l’eGcheSatura  nutrizionale  dei  prodoE  alimentari      Il  valore  energeGco  della  fibra  può  variare  tra  0-­‐2,3  kcal/g  (  dalla  fermentazione  si  formano  acidi  aceGco,  propionico,  buGrrico  metabolizzaG  dall’organismo)  FAO/WHO  hanno  stabilito  2  kcal/g  di  fibra  alimentare    Il  valore  calorico  di  derivaP  alcolici  può  variare  tra  0-­‐2,3  kcal/g  ;  per  l’eGcheSatura  la  CE  ha  assegnato  un  valore  standard  di  2,3  kcal/g  (  in  USA  assegnato  sulla  base  del  composto  usato)              

DIGESTIONE e

ASSORBIMENTO

generalità

Il nutriente per essere utilizzato deve prima subire i processi di - DIGESTIONE polimero g monomero - per scissione idrolitica -  ASSORBIMENTO

lume intestinale g enterocita g circolo (sangue, linfa)

MALASSORBIMENTO

Difetti digestione /assorbimento

DIGESTIONE BOCCA saliva: digestione amido (α-amilasi) STOMACO digestione proteine (e trigliceridi) -  HCl -  zimogeni ed enzimi (pepsinogeno, lipasi gastrica) -  fattore intrinseco (assorbimento vitamina B12)

INTESTINO TENUE digestione proteine, carboidrati, lipidi Ø  bile - funzione digestiva, HCO3

-, sali biliari - funzione escretoria (sostanze lipofile, quali pigmenti biliari, farmaci)

Ø  secrezione pancreatica: HCO3-, zimogeni ed enzimi

COLON fermentazione batterica

DIGESTIONE BOCCA saliva: digestione amido (α-amilasi) STOMACO digestione proteine (e trigliceridi) assorbimento di alcune sostanze (alcol)

Succo gastrico contiene

-  HCl (tramite pompa H+/K+ ATPasi, nelle cellule parietali) •  denaturare proteine allimentari •  attivare pepsinogeno in pepsina e per l’attvità della pepsina • protezione da microganismi introdotti dal cavo orale e distrutti dal basso pH •  assorbimento del ferro (facilità Fe+3 -> Fe+2 forma solubile)

-  fattore intrinseco (glicoproteina necessaria per assorbimento intestinale vit. B12) dalle cellule parietali

-  zimogeni ed enzimi : pepsinogeno e lipasi gastrica (dalle cellule principali)

INTESTINO TENUE digestione proteine, carboidrati, lipidi Ø  bile - funzione digestiva, HCO3

-, sali biliari

- funzione escretoria (sostanze lipofile, quali pigmenti biliari, farmaci)

Ø  secrezione pancreatica: HCO3-, zimogeni ed enzimi

Ø  enterociti: ectoenzimi alfa-glicosidasi, beta glicosidasi, peptidasi hanno il sito attivo all’esterno nel lume intestinale e sono ancorati alla membrana dell’enterocita da una porzione idrofobica

COLON fermentazione batterica di sostanze non digerite ed assorbite con produzione di acidi organici ( ac acetico, propionico, butirric) e gas ( idrogeno, metano, anidride carbonica) Riassorbimento acqua ed elettroliti

ASSORBIMENTO (tramite Enterocita)

Diffusione ( ac grassi a corta catena; acetico, propionico, butirrico, alcol)

Diffusione facilitata (secondo gradiente)

Trasporto attivo (contro gradiente)

Endocitosi (proteine) – esocitosi (chilomicroni)

Trasporto paracellulare (tight junction: pori di 8 Å nel duodeno, di 4 Å nell’ileo)

Enterociti: rapido ricambio con vita media di 72 h Hanno attivo metabolismo: ² captazione di nutrienti dall’intestino e dal circolo per il proprio sostentamento ² metabolismo dei nutrienti importati prima dell’esporto in circolo: es. assemblaggio dei chilomicroni

Ü  secrezione conseguenze

—————————————————————————

HCl Ü assorbimento ferro (anemia)

fattore intrinseco Ü assorbimento vit B12

sali biliari Ü assorbimento lipidi e vit liposolubili

enzimi pancreatici Ü digestione di tutti gli alimenti

ALTERAZIONI

DIGESTIONE e

ASSORBIMENTO dei

CARBOIDRATI

α-amilasi salivare α-amilasi pancreatica sono endoglicosidasi: idrolizzano il legame α1¦4

amilopectina legame α1¦4 e α1¦6

amiloso legame α1¦4

AMIDO

maltosio G–G maltotrioso G–G–G

POLISACCARIDI

Cellulosa: l’uomo non sintetizza enzimi in gradi di idrolizzare il legame Glc (β1¦4) Glc

α destrina G–G

G–G–G

idrolizzati da enzimi sintetizzati dall’enterocita e siti sulla membrana plasmatica dell’enterocita, con il sito attivo esposto

all’esterno verso il lume intestinale  α -­‐glicosidasi  maltasi        scinde  legame  Glc  (α1¦4)  Glc  saccarasi      scinde  legame  Glc  (α1¦2)  Fru  isomaltasi      scinde  legame  Glc  (α1¦6)  Glc    

β-­‐galaLosidasi  

la0asi    scinde  legame  Gal  (β1¦4)  Glc  

DISACCARIDI OLIGOSACCARIDI  prodoE  dalla  digesGone  dell’amido  

l’amido  nella  sua  forma  naGva  si  trova  in  granuli,  in  una  struSura  altamente  organizzata    e  stabile  alla  idratazione  e  alla  digesGone.    

L’amilopectina si trova prevalentemente nella parte esterna del granulo. Le catene laterali dell’amilopectina si impacchettano in eliche parallele sinistrorse unite da legami H

La struttura, composizione e grandezza varia nelle fonti: più grandi in tuberi e radici rispetto ai cereali

L’amido della patate è particolare perché contiene gruppi fosfato legati covalentemente agli atomi di carbonio C3 e C6

Durante la cottura, con il calore (> 55°C) e in eccesso di acqua, va incontro ad un processo di transizione ad una struttura disorganizzata durante il quale si rompe il granulo e si forma una miscela di polimeri in soluzione: tale processo di idratazione prende il nome di gelatinizzazione. Questo processo rende l’amido digeribile La digeribilità dipende dalla grandezza del granulo, dalla sua organizzazione e pertanto dalla fonte alimentare.

Amido Resistente (alla digestione) amido inaccessibile agli enzimi digestivi; fermentato nel colon dalla flora batterica

la  matrice  dell’alimento  influenza  la  disponibilità  dell’amido,  come  in  legumi  e  cereali  parzialmente  macinaG    

banana  verde  (conGene  poca  acqua  <  20-­‐30%);  diventa  digeribile  con  la  coSura            -­‐  alimenG  ricchi  in  amiloso,  coE  e  raffreddaG  (patate  –  invece  rapidamente  digeribili  nello  stato  di  gel)    -­‐ elevata  temperatura  (corn  flakes)  -­‐ pane  raffermo  

1.  fisicamente  inaccessibile        2.  naPvo,  non  gelaPnizzato        3.  retrogradazione    Col  tempo  le  catene  di  amilosio  ed  in  minor  misura  quelle  di  amilopecGna  tendono  a  riallinearsi  e  riaggregarsi  via  legami  H,  in  conformazione  resistente  agli  enzimi      Tale  processo  è  deSo  retrogradazione  

Biosintesi del lattosio concentrazione del lattosio nel latte: 5% nel latte vaccino, 7% nel latte materno (fornisce al lattante 40% calorie)

UDP-Gal + glucosio UDP + lattosio

UDP galattosil transferasi

α-lattalbumina

UDP-Gal + zucchero UDP + zucchero-Gal

UDP galattosil transferasi

la transferasi trasferisce il Gal su catene glucidiche nella biosintesi di glicosamminoglicani e glicoproteine

nell’allattamento, nella ghiandola mammaria viene sintetizzata, per azione dell’ormone prolattina, la α-lattalbumina che rende specifica la transferasi per il glucosio, trasformandola nella lattosio sintetasi

Intolleranza alimentare è dovuta ad una carenza enzimatica Intolleranza al lattosio: l’espressione della lattasi cala dopo i due anni; sintomi di carenza in genere da 4 – 6 anni. Polimorfismo genetico porta ad ampia variabilità etnica e individuale

Fenotipo “non persistente”: nell’ adulto diminisce all’1-5%. Stato ancestrale, è la norma nei mammiferi e nell’uomo (per cui improprio parlare di carenza). Si calcola 70% della popolazione mondiale Quasi 100% Asiatici e Indiani d’America, 80% neri d’America, 50-80% Ispanici Non presentano necessariamente sintomi di intolleranza se l’assunzione di lattosio è bassa; es. latte nel tè)

Fenotipo “persistente”: alti livelli nell’adulto. Carattere dominante (nell’eterozigote metà attività di lattasi è sufficiente per la digestione del lattosio) popolazioni nord Europa (Scandinavia, Irlanda, Inghilterra, Paesi Bassi, Germania, - Danesi 97% di persistenza) popolazioni nomadi Africa e Arabia settentrionale e centrale - per favorire assorbimento di calcio nei popoli nordici; - nelle zone aride il latte è fonte di acqua

Contenuto in lattosio - g/100 gr di alimento

Latte di mucca 4,5 - 4,7 Latte pretrattato “delattosato” 0,5 Latte in polvere 35 (scremato 50) Yoghurt 3,1 - 3,3 Ricotta di pecora 3,2 (vaccina 4) Mozzarella, Crescenza, 1,5 – 2 Burro 0,5 - 1 Gorgonzola, Parmigiano, Pecorino (formaggi stagionati) assente  

distensione parete intestinale e aumento della peristalsi

lattosio: fermentato dalla flora intestinale

malassorbimento di altri nutrienti

richiamo di liquidi per effetto osmotico diarrea

produzione di acidi organici e gas tra cui H2  

Breath  Test  

Sintomi dell’intolleranza

TRASPORTO ATTIVO contro gradiente cotrasportatore Na+/glucosio SGLT intestino, rene (per il riassorbimento)

TRASPORTO MEDIATO secondo gradiente trasportatori del glucosio GLUT tutti i tessuti

ASSORBIMENTO dei MONOSACCARIDI  

GLUT2

GLUT5

SGL T

Na+/K+-ATPasi

mem

bran

a ba

so-la

tera

le

mem

bran

a ap

ical

e

Glc

Gal

Na+

Fru assorbiti max 50

g in una dose singola

enterocita

glicemia dopo digiuno notturno ~ 5 mM (80 mg/dL) 3,5 mM (digiuno prolungato) 7,2 mM (ricco pasto glucidico) glicosuria 9-10 mM Metabolismo glucidico regolato da ormoni insulina: ipoglicemizzante glucagone, cortisolo, adrenalina: iperglicemizzanti

GLUT      proteine  di  trasporto  di  glucosio  aSraverso  la  membrana  Trasporto  bidirezionale,  indipendente  da  ATP  

DESTINO METABOLICO DEL GLUCOSIO  

finora  idenPficate  >12  isoforme  (da  geni  diversi)    

GLUT1          eritrocita,  ubiquitario    insulina  indipendente  GLUT2          intesGno,  fegato,  cellule  β  pancreas    insulina  indipendente  GLUT3          cervello,  placenta      insulina  indipendente  GLUT4          muscolo,  tessuto  adiposo    regolato  dall’insulina  GLUT5          specifico  per  il  fruSosio  

Isoforme  diverse  per  specificità  di  substrato  e  parametri  cinePci    

GLUT1    Km    3  mM  trasporto  basale  di  Glc  nella  maggior  parte  dei  tessuG  GLUT2    Km  17  mM      bassa  affinità  mai  saturo,  flusso  lineare  con      

 concentrazione  di  Glc    nel  pancreas:  sensore  livelli  di  glucosio  ema4co  e  secrezione  insulina  

GLUT3  Km  1,7  mM    alta  affinità,  saturo  anche  a  basse  concentraz  Glc  GLUT4      Km    5  mM  

SCOPO  :  REGOLARE    LA  CAPTAZIONE  DI  GLUCOSIO  DA  PARTE  DEI  DIVERSI  TESSUTI  IN  FUNZIONE  DE  LIVELLI  EMATICI  

Muscolo    GLUT  4  immagazzinato  dentro  vescicole  intracellulari    In  seguito  allo  sGmolo  dell’insulina  e/o  dell’esercizio  fisico,  GLUT4  va  incontro  a  rapida  traslocazione  sulla  membrana,  con  aumento  dei  trasportatori  sulla  superficie  ed  aumento  dell’aEvità  di  trasporto.    L’insulina  s4mola  anche  la  sintesi  ex  novo  

GLUT  4  -­‐Nel  muscolo  e  nel  tessuto  adiposo:    rimuove  l’ecceso  di  glucosio  dopo  pasto  abbondante  

alterata  risposta  all’insulina:  ridoSa  assunzione  del  glucosio    da  parte  dei  tessuG  periferici  ed  iperglicemia  

 ESOCHINASI      alta  affinità  (Km  =    0,1  mM)  cervello,  muscolo,  ubiquitaria    -­‐  funziona  in  presenza  di  bassa  disponibilità  di  glucosio    -­‐  non  specifica  per  il  glucosio    -­‐  inibita  dal  prodoSo  G6P  

GLUCOCHINASI  epaPca    bassa  affinità  (Km  =  5  mM)    -­‐  funziona  in  presenza  di  alta  disponibilità  di  glucosio    -­‐  specifica  per  il  glucosio    -­‐  non  inibita  dal  prodoSo  G6P    -­‐  inducibile        (ormoni,  dieta)    

               h  insulina    h  glucosio                  i  digiuno    i  diabete  (conseguente  alta  glicemia)

Una  volta  nella  cellula  si  ha  la  reazione  G  +  Mg-­‐ATP  g  G6P,    

la  forma  fosforilata  non  è  riconosciuta  da  GLUT  ed  il  glucosio  rimane  intrappolato  nella  cellula  

CONTROLLO GLICEMIA

Per  uscire  dalla  cellula  il  glucosio  deve  essere  defosforilato:  soltanto  il  fegato  sintePzza  la  G6P  fosfatasi  deputata  alla  reazione        G6P  +  H2O  g  G  +  Pi      

 

FONTI  DI  GLUCOSIO  DIETA    RISERVE    GLICOGENO  EPATICO    BIOSINTESI  GLUCONEOGENESI  EPATICA  A  PARTIRE  DA  PRECURSORI  NON  GLUCIDICI      DESTINO  METABOLICO  DEL  GLUCOSIO  

• GLICOLISI  

• SINTESI  DEL  GLICOGENO  

• VIA  DEI  PENTOSI  FOSFATO  

• ACIDO  GLUCURONICO  

 

 

 

fegato  

unica fonte energetica utilizzabile in assenza di O2 fonte obbligata per eritrocita che manca di mitocondri fonte di energia per il sistema nervoso strettamente aerobica fonte energetica di riserva scarsa rispetto ai trigliceridi ma prontamente utilizzabile - glicogeno epatico (50-100 g sufficienti per 8-12 h, a riposo) - glicogeno muscolare (400 g totali) facilita il metabolismo lipidico con scarso glucosio (es digiuno) si formano i corpi chetonici risparmia le proteine in assenza di glucosio si ha biosintesi di glucosio - gluconeogenesi -da glicerolo ed amminoacidi

glucosio vs acido grasso

DANNO  DA  ECCESSO  DI  GLUCOSIO    

 il  gruppo  aldeidico  è  un  gruppo  reafvo  che  porta  a      

Ø   glicazione    non  enzimaPca  di  proteine  e  conseguente  alterata  funzionalità      il  gruppo  aldeidico  reagisce  con    il  gruppo  amminico  di  proteine  (base  di  Schiff),    a  cui    

segue  una  serie  di  reazioni  chimiche  (reazioni  di  Amadori)  che  genera  compos4  eterogenei  (so=o  la  sigla  AGE  =  Advanced  Glyca;on  End  products)  

 il  livello  di    Hb  glicata  è  un  indice  del  controllo  glicemico  (normale  ~  5%)    

Ø   auto  ossidazione  e  formazione  di  ROS  (specie  reaEve  dell’ossigeno)  

N.B.    Glicazione    ≠  glicosilazione  GLICOSILAZIONE:  processo  biologico  soLo  il  controllo  di  specifici  enzimi      

GLICAZIONE:  reazione  chimica  non  controllata  e  dannosa  

AGE  accumulaP  età  diabete  

Danni  in  parPcolare  su  proteine  a  lunga  vita  Proteine  matrice  extracellulare,  collagene  Lente  del  cristallino  Proteine  del  sistema  nevoso  

NefropaGa,  Danni  alla  reGna  NeuropaGa  Danni  sistema  vascolare  

à   à  

auto  ossidazione    del  glucosio  per  reazione  con  ROS  

formazione  di  AGE  (derivaG  glicaG)  Advanced  GlycaGon  End-­‐products  

formazione  di  polialcoli  sorbitolo  (anche  da  fruLosio)  (galaftolo)  

iperglicemia  

stress  ossidaPvo  

malafa  vascolare     opacità  del  cristallino  rePnopaPa  

neuropaPa     nefropaPa  

ReduSasi  +  NADH  

AGE:  derivano  da  reazioni  chimiche  non  enzimaPche,  senza  controllo.  AGE  responsabili  del  colore  scuro  che  assumono  i  cibi  con  la  co0ura  quando  sono  presen;  carboidra;  e  proteine  (crosta  del  pane,  la0e,  caffè  tostato,.  ..);    importan;  per    l’aroma.    

INTOLLERANZA AL GLUCOSIO  

Complicanze  a  lungo  termine  

reazione  fra  gruppo  aldeidico  e  gruppo  amminico  

AGE    glicazione  non  enzimaPca  (accumulaP,  con  l’età,  fumo,  iperglicemia  )  emoglobina  glicata  HbA1c  (-­‐NH2  terminale  delle  catene  beta):  indice    massimo  livello  di  glicemia  nei  tre  mesi  precedenG  

danno  a    proteine  a  lunga  vita  Ø   proteine  della  matrice  extracellulare  (es  collageno)  g  aumentano  i    legami  crociaG,  alterata  crescia  cellulare    (i)  danni  alla  pelle  e  invecchiamento,  (ii)    danni  ai  componenG  dei  vasi;  (iii)  aEvazione  cellulare  ed  effeE  infiammatori  Ø   cristallino  Ø   proteine  del  tessuto  nervoso  g  neuropaGe  Ø   modificazione  lipoproteine  g  danno  vascolare,  aterosclerosi  

Si  formano  compos4  eterogenei,  insolubili,  irreversibili,  fonte  di  radicali  che  portano  a  frammentazione  proteica  

INDICE GLICEMICO  

L'  indice  glicemico  (IG  oppure  GI  Glycemic  Index)  di  un  alimento  indica  la  velocità  con  la  quale  aumenta  la  glicemia  (quanGtà  di  glucosio  nel  sangue)  in  seguito  all'assunzione  di  una  quanGtà  di  alimento  contenente  50  grammi  di  carboidraG,  rispeSo  alla  stessa  quanGtà  di  carboidraG  di  un  alimento  di  riferimento  assunto  dallo  stesso  soggeS,  in  genere  50  g  di  glucosio    (FAO/WHO,  1998)    Per  convenzione    il  Gi  del  glucosio    è  posto  pari  a  100.  

IG  =  area  glicemica  della  glicemia  dell’alimento  test  /  area  glucosio  x  100  

Indice  glicemico  influenzato  da  numerosi  faSori:    Tipo  di  zucchero  (  saccarosio,  laSosio,  glucosio,  altri)    Natura  e  forma  dell’amido    Metodi  di  coSura  dell’alimento    Altri  nutrienG  presenG  nell’alimento    Contenuto  in  fibre  vegetali    Sono  pubblica4  i  valori  di  GI  per  oltre  2000  alimen4  (Atkinson  et  al,  2008)    

CEREALI        VEGETALI      FRUTTA      ZUCCHERI            BEVANDE  

pane  bianco  riso  cereali  da  colazione    patata      banana      glucosio  maltosio  saccarosio  destrine  miele    succhi  di  fruSa  

Indice glicemico ALTO                                                                MEDIO                                                  BASSO  

pasta    biscoE            uva  arancia  

legumi      mela,  ciliegia,    pesca,  pompelmo      fruSosio        LaSe,  yoghurt,  succo  di  pomodoro  

CARICO  GLICEMICO  o  Glycaemic  load  (GL)    

La  risposta  glicemica  ad  un  pasto  è  influenzata  dall’IG  ma  anche  dalla  quanGtà  di  carboidraG  assunta.    GL  =  “indice  glicemico  di  un  alimento”        x      “quanGtà  in  grammi  di  carboidraG  contenuG  nella  quanGtà  consumata  dell'alimento”  /  100  

Metabolismo del fruttosio Metabolismo del galattosio

Metabolismo del glucosio: in tutti gli organi Metabolismo del fruttosio: soltanto epatico

GLUCOSIO

G-6P

F-6P

GAD-3P

PIRUVATO

GALATTOSIO

FRUTTOSIO fegato

Oggi alti consumi di zucchero Antenati caccia e raccolta bacche, tuberi, frutta (molte proteine, pochi zuccheri, poco amido); il dolce era scarso. DOLCIFICANTI Miele usato, in quantità limitata, fino al 18° secolo.

Saccarosio (da canna da zucchero e poi da barbabietola). Grande diffusione in Europa e Nord America nel 18° e 19° secolo; dapprima usato per il caffé e il té, poi per i dolci. In inghilterra fra il 18° e 19° secolo il consumo di zucchero aumentato del 1500%

HFCS fruttosio libero (high fructose corn syrup -55% Fru e 45% Glu). USA: dal 1960 prodotto dal mais. Amido idrolizzato a glucosio, che viene poi parzialmente convertito in fruttosio attraverso una isomerizzazione enzimatica. Basso costo, alto potere dolcificante, buona lavorabilità

USA  consumo  fruSosio:    1977-­‐78                37  g/die;                                    1999-­‐2004          49  g/die  

   Aumentato  negli  ulGmi  40  anni,  sopraSuSo  fra  i  giovani      le  fonG  principali  sono  le  bevande  e  sopraSuSo  soSo  forma  di  fruSosio  libero.  

aldolasi B

METABOLISMO del FRUTTOSIO

Metabolismo extraepatico trascurabile

esochinasi (F 20 volte meno affine di G)

FEGATO fruttochinasi (e glucochinasi, entrambi specifici)

F + ATP à F-1-P (FK: alta affinità e rapido turnover)

diidrossiacetone-P gliceraldeide + ATP à GAD-3-P

(N.B. F-1-P NON è substrato della fosfofruttochinasi)

1. Carenza fruttochinasi: FRUTTOSURIA EREDITARIA

forma rara, benigna con perdita di fruttosio nelle urine

2. Carenza aldolasi B: INTOLLERANZA AL FRUTTOSIO

rara, ereditaria, caratterizzata da ipoglicemia, steatosi epatica e cirrosi, iperuricemia

eliminare fruttosio e saccarosio dalla dieta

ATP

ADP ê

AMP Acido urico

Glucochinasi

ATP citrato

GLUT5   GLUT2  

I

Differenze metaboliche fra Glu e Fru

Ø  Manca regolazione ormonale dell’insulina (che agisce sulla glucochinasi)

Ø  Manca regolazione allosterica della fosfofruttochinasi che sente lo stato energetico (inibizione da ATP e citrato)

Ø  Rapido consumo di ATP

con conseguente formazione di -  LATTATO - ACETIL-CoA - SINTESI ACIDI GRASSI e TRIGLICERIDI -  LIPOPROTEINE VLDL e LDL -  IPERURICEMIA (rischio gotta e calcoli renali)

Implicazioni metaboliche e cardiovascolari?

ASSUNZIONE DI FRUTTOSIO

non dovrebbe superare 7-10 g/die (dalla frutta)

GALATTOSIO

Gal + ATP (galattochinasi) à Gal1P + ADP

UDP-Glc + Gal1P (Gal-1P uridil transferasi) à UDP-Gal + Glc1P

UDP-Gal (UDP-Gal 4’-epimerasi) à UDP-Glc

3 difetti metabolici rari, recessivi, a carico dei tre enzimi Sintomi precoci perché alto consumo di Gal nell’infanzia

Galattosemia classica (tipo 1): carenza della transferasi con accumulo di Gal1P (probabilmente molecola tossica anche se cause non note) Ritardo crescita, vomito, diarrea, epatomegalia, galattosuria Cataratta (accumulo nel cristallino di galattitolo) sintomi neurologi e renali

Potenzialmente letale, già in età neonatale nelle forme gravi Eliminazione di lattosio e galattosio dalla dieta dai primi giorni di

vita