Scuola di Specializzazione in Alimentazione Animale BIOCHIMICA NUTRIZIONALE.

Scuola di Specializzazione in

Alimentazione Animale

BIOCHIMICA NUTRIZIONALE

TERMINOLOGIA

• Scienza dell’alimentazione

studia gli aspetti relativi alla composizione degli alimenti e alla loro validità nutrizionale ed è in grado di indicare le scelte più idonee a soddisfare i fabbisogni nutrizionali

• Scienza della nutrizione

studia gli aspetti relativi all’impatto dei nutrienti sulle componenti strutturali e funzionali dell’organismo ed è in grado di determinare i fabbisogni nutrizionali

BIOCHIMICA DELLA NUTRIZIONE

NUTRIZIONE = Utilizzazione degli alimenti da parte degli esseri viventi

Processi biochimici

Uomo Animali di interesse zootecnico

Nutrizione ottimaleDenutrizione

Fabbisogno alimentare qualitativo e quantitativo per mantenere un buono stato di salute ( migliore produttività)

Ipernutrizione

• Salute

• Performance

• Prevenzione di malattie

• Produttività

• Longevità

IMPORTANZA DELLA NUTRIZIONE

NURIZIONE E SALUTE

STATO DI NUTRIZIONE

Composizione corporea Funzionalità corporea Bilancio energetico

STATO DI SALUTE

APPROCCIO ALLA NUTRIZIONE

• Valutazione dello stato di nutrizione

• Determinazione dei fabbisogni nutrizionali

• Valutazione della biodisponibilità dei nutrienti

• Relazioni tra nutrienti e metabolismo

Uomo Alcune differenze in altre specie

AmminoacidiIstidina, 1isoleucina, leucina, lisina, metionina (cisteina), 2fenilalanina (tirosina), 3treonina, triptofano, valina coperto dall’attività della flora batterica

L’arginina2 è necessaria per i ratti in crescita e nei gatti, sia in crescita sia adulti. La glicina è necessaria nei polli e la taurina nei gatti. La maggior parte degli amminoacidi non sono essenziali nei ruminanti; in altri erbivori la maggior parte del fabbisogno è coperto dall’attività della flora batterica intestinale

Acidi grassi Acido linoleico 3(acido arachidonico),acido a-linolenico4

L’acido arachidonico è specificatamente richiesto nei gatti

VitamineIdrosolubili

Liposolubili

Acido ascorbico (C), biotina, 5cobalammina (B12), acido folico, niacina, acido pantotenico, piridossina (B6), riboflavina (B2), tiamina (B1)

Vitamina A, D6, E, K5

La maggior parte dei mammiferi può sintetizzare l’acido ascorbico, che è essenziale solo per primati, cavie e certi pipistrelli dell’India. Le vitamine idrosolubili non sono essenziali nei ruminanti; in altri erbivori il fabbisogno è coperto dall’attività della flora batterica intestinale

Molte specie possono utilizzare il -carotene come fonte di vitamina A (retinolo), che deve essere fornita come tale nei gatti

Sostanze minerali Macrominerali Microminerali (elementi traccia)

Calcio, cloro, magnesio, fosforo, potassio, sodio

Cromo, ferro, iodio, manganese, molibdeno, rame, selenio, zinco

E’ stato dimostrato che silicio, vanadio, nichel, arsenico, fluoro e stagno sono essenziali in molte specie e forse anche nell’uomo

Il cobalto è necessario nei microrganismi del rumine per la sintesi della cobalamina

Fibra Necessario per una condizione di salute ottimale

Acqua Il costituente essenziale della dieta

1Necessaria per i neonati e probabilmente nei bambini e negli adulti; 2Può essere in parte essenziale nei neonati; 3Cisteina, tirosina e acido arachidonico permettono di ridurre il fabbisogno di metionina, fenilalanina e acido linoleico. 4Non è chiaro se l’acido -linolenico sia essenziale nella dieta umana; 5Sintetizzata dai microrganismi intestinali; fabbisogno alimentare incerto; 6 L’esposizione della pelle alla luce solare ne riduce il fabbisogno alimentare.

FABBISOGNI NUTRIZIONALI ESSENZIALI

Molecole alimentari

Digestione Molecole semplici

AssorbimentoVie anfiboliche

O2

Vie anaboliche Proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici

Vie cataboliche CO2 + H2O

2H ~ P Altri processi endoergonici

LE PIÙ IMPORTANTI VIE METABOLICHE

Le vie cataboliche rilasciano energia libera sotto forma di equivalenti

riducenti (2H) o fosfato ad alta energia (P) per potenziare le vie anaboliche.

Le vie anfiboliche collegano le altre due vie.

FABBISOGNO ENERGETICO

Apporto di energia, di origine alimentare, necessario a compensare il

dispendio energetico (trasferimento di energia da un organismo

all’ambiente esterno)

Metabolismo basale +

Termogenesi indotta dalla dieta +

Attività fisica =

DISPENDIO ENERGETICO TOTALE

Unità di misura dell’energia

Kilocaloria (kcal)

Quantità di calore necessaria per elevare da 14,5°C a 15,5°C 1 kg di acqua

Kilojoule (KJ)

Forza costante che imprime ad 1 Kg l’accelerazione di 1 m/s2 per lo

spostamento di 1 m nella direzione e nel senso della forza

1 kcal: 4,186 kJ;

1 kJ: 0,2388 kcal

Energia kcal/g (kJ/g)

Calore di combustione

Ossidazione nell’uomo

Fattori di conversione standard1

Proteine

Lipidi

Carboidrati

5,4 (22,6)

9,3 (38,9)

4,1 (17,2)

4,1 (17,2)2

9,3 (38,9)

4,1 (17,2)

4 (17)

9 (38)

4 (17)

CALORI DI COMBUSTIONE ED ENERGIA FORNITA

DALLE PRINCIPALI FONTI ALIMENTARI NELL’UOMO

1 I fattori di conversione sono ottenuti arrotondando i calori di combustione e correggendo i valori ottenuti con la stima relativa all’efficienza di assorbimento.

2 L’ossidazione delle proteine è corretta tenendo conto delle perdite di gruppi amminici eliminati sotto forma di urea con le urine.

FATTORI DA CUI DIPENDE LA SPESA ENERGETICA

Superficie corporea (altezza, peso), età (accrescimento, % fibra muscolare),

sesso

Metabolismo Basale (MB) = spesa energetica necessaria per alimentare le funzioni

biologiche di base in condizioni standard

Effetto termogenetico = spesa energetica legata alla digestione ed agli effetti biochimici

di stimolazione del metabolismo legati all’assunzione di nuovi substrati

Attività fisica

Temperatura dell’ambiente

METABOLISMO BASALE (MB)

Quantità di energia utilizzata da un individuo a riposo, a T.A. costante

(+20°C), a digiuno da 12-24 h, in condizioni di rilassamento fisico e

psicologico

Fattori che influenzano il METABOLISMO BASALE

(MB)

Età, sesso, composizione corporea, temperatura corporea, temperatura

ambientale, stato nutrizionale, situazione ormonale, assunzione di

farmaci

Termogenesi indotta dalla dieta (TID)

Incremento del dispendio energetico in risposta all’assunzione di

alimenti

Termogenesi obbligatoria: 75% (digestione, assorbimento, trasporto e

metabolismo). Varia in funzione della qualità dei nutrienti ingeriti

Termogenesi facoltativa: 25% (attivazione del sistema nervoso

simpatico mediata dall’insulina, dall’assunzione di sostanze tossiche)

Metodi di valutazione dello stato di nutrizione

Diretti:

• antropometrici (valutazione composizione corporea)

• biochimici

• clinici

Indiretti:

• rilevazione dei consumi alimentari

Metodi antropometrici

Peso, statura, circonferenza arti, grasso sottocutaneo

Metodi antropometrici: peso corporeo

BMI Body Mass Index o IMC Indice di Massa Corporea

Peso in Kg

(Statura in m)2

Indici biochimici

• Test chimico-clinici: glicemia, azotemia, colesterolemia, trigliceridemia

• Bilanci metabolici: bilancio d’azoto

• Indicatori di nutrienti: transferrina, attività di enzimi vitamino-dipendenti

Gruppi per età (anni) e sesso

Peso (libbre;1 lb = ~ 454 g)

Altezza (pollici;

1 in. ~ 2,5 cm)

Fabbisogno energetico (kcal)

Neonati 0,0-0,5 0,5-1,0

1320

2428

650850

Bambini 1-3 4-6 7-10

294462

354452

130018002000

Maschi 11-14 15-18 19-22 23-50 51+

99145160174170

6269707068

25003000290029002300

Femmine 11-14 15-18 19-22 23-50 51+

101120128138143

6264656463

22002200220022001900

Gravidanza 1°trimestre 2°trimestre 3° trimestre

+0+300+300

Allattamento +500

FABBISOGNO DIETETICO GIORNALIERO RACCOMANDATO PER UN APPORTO ENERGETICO OTTIMALE

BILANCIO ENERGETICO

• Se la quantità di energia introdotta con gli alimenti è in

eccesso rispetto ai bisogni, tale eccesso è accumulato

nell’organismo sottoforma di tessuto adiposo (acquisto di

peso)

• Se la quantità di energia introdotta è in difetto rispetto ai

bisogni, sarà il tessuto adiposo a fornire la quota mancante

(perdita di peso)

NUTRIENTI

Sostanze specifiche che devono essere assunte in quantità sufficienti per soddisfare i fabbisogni dell’organismo

Nutrienti essenziali: non possono essere sintetizzati dall’organismo

Nutrienti non essenziali: possono essere sintetizzati dall’organismo

CATEGORIE DEI NUTRIENTI

• Acqua

• Carboidrati

• Proteine

• Lipidi

• Vitamine • Minerali

ACQUAComposto più diffuso in natura; costituisce circa il 70% del peso corporeo.

Coinvolta in una serie di funzioni:

solvente per numerose sostanze chimiche

regola la temperatura corporea ed il volume cellulare

permette il trasporta di nutrienti e l’eliminazione di scorie

metaboliche

favorisce i processi digestivi

è fonte di sali minerali

CARBOIDRATI

Risorsa energetica

• Età

• Crescita

• Specie

• Sesso

• Livello di attività

• Stato riproduttivo

• Condizioni di malattia

• Forniscono l’energia per la crescita, la riproduzione e altre

funzioni

• Costituiti da C, O e H

• Comprendono zuccheri semplici e complessi

• Contengono elevate quantità di fibre (importanti per la

digestione)

CARBOIDRATI

CARBOIDRATI

Monosaccaridi: singola unità poliossidrilica aldeidica o

chetonica

Oligosaccaridi: corte catene di unità monosaccaridiche

unite da legami glicosidici

Polisaccaridi: lunghe catene lineari o ramificate costituite

da centinaia o migliaia di unità monosaccaridiche unite da

legami glicosidici

MONOSACCARIDI

DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DEI CARBOIDRATI

Inizia nella bocca- enzimi salivari e pancreatici

disaccaridi e trisaccaridi

- enzimi dell’orletto a spazzolamonosaccaridi

L’assorbimento dei monosaccaridi avviene attraverso l’epitelio intestinale

DIGESTIONE ENZIMOLOGICA DEI CARBOIDRATI

Solo alcuni tipi di carboidrati possono essere idrolizzati da enzimi intestinali

• -(1,4) glu-glu amilosio, amilopectina, isomaltosio, maltosio• -(1,2) glu-fru saccarosio• -(1,6) glu-glu amilopectina (ramificazione)• -(1,4) gal-glu lattosio

I prodotti finali assorbiti sono: glucosio, fruttosio e galattosio

L’-amilasi salivare (endoamilasi). Taglia i legami (1,4

glicosidici) solo all’interno della catena. Viene inattivata nello

stomaco

Non è secreta nei gatti, cani, uccelli e cavalli

La -amilasi (esoamilasi). Assente negli animali, presente nelle

piante e nei microrganismi

AMILASI SALIVARE

DIGESTIONE

Bocca – amilasi salivare : -1,4 endoglicosidasi

GGG

G

G

GG

GLegame 1-4G

G

GG Legame 1-6

GG

G

GGG G G G

GG

G

G G

G

maltosio

G

GG

isomaltosio

amilasi

maltotrioso

G

G

G

G

destrina limite

PICCOLO INTESTINO

Enzimi pancreatici

-amilasi

G G GG G

G

G G GG G GG

GG G

amilosio

amilopectina

G G G G G

-amilasi

+

G

G G

G G

maltotriosomaltosio

destrine limite

G

DIGESTIONE DI OLIGOSACCARIDI

G

G G

G G

G

G

G

G G

G

G

glucoamilasi (maltasi) o

-destrinasi

G G

G

G

G

-destrinasi

G GG

G

G G

Gmaltasi

glucosio

destrina limite G

Maltasi Lattasi Saccarasi

ASSORBIMENTO DEI CARBOIDRATI

apicale basolaterale

Il glucosio è assorbito dagli enterociti e attraverso la vena porta viene trasportato al fegato.

TRASPORTO DEI CARBOIDRATI

Trasporto degli esosi negli enterociti

Esoso Membrana apicale

Membrana basolaterale

Glucosio Trasportatore Na-dipendente (trasporto attivo)

GLUT-2 (diffusione facilitata secondo gradiente di

concentrazione)

Galattosio Trasportatore Na-dipendente (trasporto attivo)


concentrazione)

Fruttosio GLUT-5 (diffusione facilitata secondo gradiente di

concentrazione)


concentrazione)

Trasportatori di glucosio e fruttosio

Trasportatori di glucosio

Localizzazione Tipo di trasporto

GLUT-1 Muscolo, encefalo, eritrociti

Trasporto facilitato (secondo gradiente di concentrazione)

GLUT-2 Fegato Trasporto facilitato (secondo gradiente di concentrazione

GLUT-3

GLUT-4

Trasportatore di fruttosio

GLUT-5

Membrane dei neuroni

Muscolo, cuore, adipociti

Muscolo, adipociti, spermatozoi

Trasporto facilitato

Trasporto stimolato da insulina e impulsi nervosi

Trasporto facilitato (secondo gradiente di concentrazione

Glucosio

Glucosio-6-P

Piruvato

esochinasi

via del pentoso-fosfato

glicolisiglicolisi

CARBOIDRATI

Fonte primaria di energia in tutte le cellule

Glc-1- phosphate

Glicogeno

Citosol - anaerobico

Piruvatocitosol

Acetil CoAmitocondri (aerobico)

Ciclo di Krebs Equivalenti riducenti

Fosforilazione ossidativa(ATP)

Amminoacidi

Acidi grassi

No mitochondria GlucoseGlucoseGlucose

The Full MontyGlucoseGlycogenLactate

SINTESI DEL GLICOGENO

METABOLISMO DEI CARBOIDRATI Utilizzo-Specificità tissutale

Muscolo-cardiaco e scheletrico• Ossidazione del glucosio/Sintesi e conservazione del glicogeno• Glicogenolisi

Tessuto adiposo e fegato• Glucosio acetil CoA• Glucosio a glicerolo per la sintesi dei trigliceridi• Il fegato rilascia il glucosio per altri tessuti

Sistema nervoso• Sempre glucosio

Ghiandola mammaria• Lattosio

Globuli rossiAssenza di mitocondri• Ossidano il glucosio a lattato• Il lattato ritorna al fegato per la gluconeogenesi

• Iperglicemia

• Ipoglicemia

Organi che controllano i livelli di glucosio nel sangue

Fegato Pancreas (insulina e glucagone)

REGOLAZIONE DEI LIVELLI DI GLUCOSIO NEL SANGUE

ORMONI COINVOLTI NELL’ OMEOSTASI DEL GLUCOSIO

L’omeostasi del glucosio è un processo complesso che interessa

quattro ormoni essenziali:

1. INSULINA → ipoglicemizzante agisce nella normale

alimentazione.

2. GLUCAGONE → iperglicemizzante agisce in stato di digiuno.

3. CORTISOLO → agisce in situazioni di stress prolungato.

4. ADRENALINA → agisce in situazioni di stress improvviso.

Omeostasi del glucosio

Carboidrati

GlucosioFruttosioGalattosio

Glucosio

Glucosio

Glucosio

Glucosio

Glucosio

Glicogenolisi

Gluconeogenesi

Riserve di glicogeno

Riserve di glicogeno

Glicerolo

Amminoacidi

Lattato

Riserve di trigliceridi

Insulina e glucagone

iperglicemia secrezione di ormoni gastroenterici

isole di Langerhans

cellule α (glucagone)

cellule β (insulina)

insulina

bassa glicemia

glucagone

Insulina

NH2

NH2

S----S

SS

COOCOOH

S

S

catena A

ormone ipoglicemizzante polipeptide di 51 aa (PM 5.808) costituito da due catene lineari di aa, A e B, legate da due ponti disolfuro fra 4 molecole di cisteina, in posizione 7 e 20 nella catena A e 7 e 19 nella catena B. un ponte disolfuro è disposto tra due molecole di cisteina in posizione 6 e 11 nella catena A la catena A è composta da 21 aa, la catena B da 30 aa

catena B

Insulina

• Ormone che influenza i livelli di glucosio ematico

• Sintetizzata dalle cellule beta delle isole di Langerhans del

pancreas

• Agisce attaverso recettori di membrana e i principali tessuti

bersaglio sono: fegato, muscolo e tessuto adiposo

• Effetti dell’insulina opposti a quelli di glucagone, adrenalina,

glucocorticoidi e ormone della crescita.

Biosintesi dell’insulina: coinvolti due precursori inattivi la

pre-proinsulina e la proinsulina, che vengono scissi in tappe

successive, formando l’ormone attivo ed il peptide C

(indispensabile per il corretto ripiegamento della proinsulina).

L’emivita plasmatica dell’insulina è breve (~ 6 min.); ciò

permette la rapida variazione del livello dell’ormone in

circolo.

Meccanismo di rilascio dell’insulina

Meccanismo d’azione dell’INSULINA

L’insulina si lega a specifici recettori presenti nella membrana

plasmatica delle cellule della maggior parte dei tessuti (fegato,

muscolo e t. adiposo).

Il legame dell’insulina è seguito dalla internalizzazione del

complesso ormone-recettore.

Una volta nella cellula, l’insulina è degradata dagli enzimi

lisosomiali. I recettori possono essere anch’essi degradati ma in

genere ritornano sulla superficie cellulare.

Trasporto di glucosio indotto dall’insulina

Il glucosio non ha la capacità di entrare nelle cellule liberamente, il suo passaggio

è legato alla presenza di una proteina trasportatrice per il trasporto facilitato. I due

più importanti trasportatori per il glucosio a livello delle cellule muscolari sono il

GLUT1 e il GLUT4. Il GLUT 4, nello stato basale, è presente in un deposito

intracellulare ed è richiamato sulla faccia esterna della membrana plasmatica in

presenza di insulina

Trasporto di glucosio mediato dall’insulina.

Stimolo alla secrezione di insulina

Trasduzione del segnale insulinico

Traslocazione del GLUT4 sulla membrana cellulare

Fattori che influenzano la secrezione di insulina

Glucosio ematico: con una normale glicemia la secrezione di insulina è bassa. L’aumentare della glicemia è seguita da un aumento nella concentrazione di insulina circolante (circa 10-30 volte).

Amminoacidi, acidi grassi: alcuni amminoacidi, tra cui l’Arg, stimolano la secrezione di insulina. L’assunzione di un pasto ricco di proteine determina l’aumento ematico dell’ormone. Stesso effetto da parte degli acidi grassi.

Ormoni gastrointestinali (GI): dopo un pasto la secretina e la gastrina inviano segnali alle cellule del pancreas che il glucosio ematico aumenterà.

Sistema nervoso autonomo: l’attivazione dei neuroni parasimpatici che proiettano alle isole, durante la digestione, determina un aumento di insulina tramite la secrezione di acetilcolina. L’attivazione delle fibre simpatiche che vanno alle isole o il rilascio di adrenalina dalla midollare del surrene, come avviene in seguito ad una risposta allo stress, determina un’inibizione del rilascio di insulina.

Ormoni insulari: il glucagone aumenta la secrezione di insulina stimolata dal glucosio, mentre la somatostatina ne inibisce la secrezione.

L’insulina “accende” vie metaboliche e processi coinvolti nell’assunzione cellulare e nell’immagazzinamento di combustibili metabolici e “spegne” vie metaboliche che riguardano la demolizione di combustibili.

ORMONI IPERGLICEMIZZANTI

● GLUCAGONE: si attiva in situazioni di digiuno.

● ADRENALINA: si attiva in seguito a situazioni di stress.

● CORTISOLO: si attiva in situazioni di stress cronico legato a

trauma e malattia.

Glucagone

ormone iperglicemizzante

polipeptide di 29 amminoacidi (PM 3.485)

catena lineare che si avvolge su se stessa in modo casuale

biosintesi: formazione di pre-pro-glucagone (PM 18.000) da cui deriva, per

distacco di catene polipeptidiche, il pro-glucagone (PM 12.000) di 100 aa già

parzialmente attivo, da cui deriva l’ormone attivo

accumulato nelle cellule α in granuli secretori dai quali viene liberato per

esocitosi

emivita nel sangue circolante di ~ 6 min

GLUCAGONE

Agisce sul fegato, tessuto adiposo e muscolo.

AZIONE EPATICA: inibisce la sintesi di acidi grassi (inibisce la ACETIL CoA

CARBOSSILASI acetil CoA in malonilCoA)

AZIONE SUL TESSUTO ADIPOSO: attiva le LIPASI

AZIONE A LIVELLO MUSCOLARE: liberazione di amminoacidi che

vengono deaminati e trasformati in chetoacidi. Nel muscolo la fonte primaria di

amminoacidi è rappresentata da actina e miosina: in caso di digiuni prolungati

viene persa massa muscolare.

Fattori che influenzano la secrezione di glucagone

glucosio ematico: una diminuzione della concentrazione ematica di glucosio stimola la secrezione. Le concentrazioni di glucagone ematico sono più alte a digiuno e tendono a diminuire dopo un pasto.

amminoacidi: stimolano la secrezione di glucagone.

acidi grassi: un aumento di acidi grassi circolanti inibisce la secrezione di glucagone.

insulina: la glicemia elevata inibisce la secrezione di glucagone in presenza di insulina. Se l’insulina è mancante, le cellule α non sono in grado di rilevare l’aumento di glucosio ematico e i livelli di glucagone rimangono alti.

ormoni gastroenterici: gastrina e colecistochinina stimolano la produzione di glucagone, mentre la secretina e la somatostatina la inibiscono.

sistema nervoso autonomo: l’innervazione ortosimpatica del pancreas e un’aumentata concentrazione di catecolamine surrenali stimola la produzione di glucagone.

Meccanismo d’azione del GLUCAGONE

Il glucagone si lega a specifici recettori presenti sulla

membrana plasmatica degli epatociti.

Il legame al recettore provoca l’attivazione dell’adenilato

ciclasi del cAMP (secondo messaggero) che, attivando la

proteina chinasi cAMP dipendente, fa la fosforilazione di

specifici enzimi del metabolismo dei carboidrati e dei lipidi.

Meccanismo d’azione del glucagoneglucagone

recettore

GDPβ

γ αGDP GTP

citosolproteina G

GTPα

adenilatociclasi

ATP AMPc

PKA inattiva

subunità regolatrice cAMP

PKA attiva

ATP ADP

fosforilasi chinasi inattiva

fosforilasi chinasi –PO4

attivaCa2+

ATP ADPfosforilasi b inattiva

fosforilasi a –PO4

attiva

glicogenoPO43-

glucosio -1-PO4

glucosio -6-PO4

glicolisi e ciclo di Krebs

glucosio

sangue

CORTISOLO

Ormone steroideo, rilasciato dalla ghiandola surrenale.

Nel sangue è associato alla proteina CBP che lo veicola nel circolo

sanguigno.

Presenta dei recettori specifici nel nucleo; il sistema di trasmissione

del segnale avviene:

● CBP arriva sulla membrana;

● libera nel citosol l’ormone;

● il cortisolo incontra il suo recettore a livello nucleare.

ADRENALINA

Ormone stimolatorio per reazioni di stress rapido, agisce a livello:

➢ EPATICO: stimola la glicogenolisi e la liberazione nel sangue

di glucosio essenziale per la muscolatura.

➢ ADIPOSO

➢MUSCOLARE: provoca incremento del cAMP libero,

glicogenolisi

➢ PANCREATICO: stimola la secrezione di INSULINA

Iperglicemia

Aumento del tasso ematico di glucosio

Cause:

• Eccesso di glucagone

• Malattie autoimmuni che determinano la produzione di anticorpi specifici contro l’insulina

• Eccesso di insulinasi (enzima prodotto dal rene per metabolizzare l’insulina)

• Diabete mellito

Diabete mellito

Carenza di insulina dovuta ad un deficit pancreatico

Un calo dell’insulinemia deprime la capacità delle cellule di assorbire glucosio dal sangue

Aumento del tasso glicemico

Parte del glucosio filtra attraverso il glomerulo renale nell’urina e NON tutto è riassorbito dall’epitelio tubulare

Glicosuria

Test per la glicemia

Campione biologico richiesto: plasma o siero

Effettuare l’analisi in tempi brevi dopo il prelievo: le cellule continuano i processi di glicolisi, pertanto i risultati saranno invalidati

Test enzimatici Test su singola goccia Apparecchi automatizzati

Test enzimatici

• Il principio su cui si basa la misura dei più comuni glucometri

validati per uso clinico consiste nella quantificazione di una

reazione enzimatica, l’ossidazione del glucosio

(proporzionale alla sua concentrazione nel sangue).

• La reazione avviene ponendo un campione di sangue su una

striscia reattiva alla glucosio-ossidasi.

• La misura può essere ottenuta valutando l’intensità di colore

determinata dal cromogeno che si sviluppa dall’ossidazione

del glucosio.

Test su singola goccia

• Una goccia di sangue intero viene deposta su carta bibula

• Si determina una variazione di colore

Apparecchi automatizzati

Test di carico del glucosio

• Animale a digiuno per 24 h.

• Prelievo di un campione di sangue e determinazione della glicemia.

• Immediata somministrazione di glucosio per via orale (4 g/kg di peso corporeo) oppure per via endovenosa (soluzione di glucosio al 50% inoculata in ragione di 0,5 g/kg di peso corporeo).

• Prelievi di sangue ad intervalli regolari (ogni 30-40 min) per 3-4h.

Incremento della glicemia

Somministrazione per os

Il tasso glicemico aumenta in modo notevole non appena il glucosio

viene assorbito in circolo dall’organismo.

Il picco della glicemia viene raggiunto nell’arco di 30-60 min.

Inoculazione per via endovenosa

L’incremento della glicemia compare più rapidamente dal momento

che il glucosio non deve essere assorbito dall’intestino.

Fisiologicamente

La glicemia inizia a diminuire per raggiungere, nel giro della II

ora, il livello che aveva prima di iniziare la prova.

Soggetto diabetico

Il tasso glicemico è superiore alla norma fino al termine della

prova.

PROTEINE

• Costituenti strutturali

• Enzimi

• Anticorpi

• Ormoni

• Essenziali per la crescita ed i processi riparativi

• Indispensabili per i muscoli, organi interni, pelle, capelli, lana, piumaggio, zoccoli, corna

• Contengono C, H, O e N

• Formate dalla combinazione di 20 amminoacidi, 9 dei quali sono “essenziali”

PROTEINE

Animali (carne, pesce, uova, latte)

Vegetali (tofu, pasta, pane, legumi, cereali, riso)

DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DELLE PROTEINE

Nell’uomo:

70-100 g di proteine assunte con gli alimenti+

35-200 g di proteine endogene

1-2 g di azoto 6-12 g di proteine

digestione + assorbimento

feci

Amminoacidi essenziali

Amminoacidi non essenziali

Arginina Alanina

Istidina Asparagina

Isoleucina Aspartato

Leucina Cisteina

Lisina Glutammato

Metionina Glutammina

Fenilalanina Glicina

Treonina Prolina

Triptofano Serina

Valina Tirosina

AMMINOACIDI ESSENZIALI E NON ESSENZIALI

AMMINOACIDI ESSENZIALI IN ALCUNE SPECIE ANIMALI

Suino Pulcino Ratto

Arginina si si si

Fenilalanina

si si si

Isoleucina si si si

Istidina si si si

Leucina si si si

Lisina si si si

Metionina si si si

Tirosina si si no

Treonina si si si

Triptofano si si si

Valina si si si

Glicina no si no

• Principale fonte di azoto per l’organismo

• Soggette ad un continuo processo di demolizione e sintesi

che va sotto il nome di turnover proteico

• Il turnover consente all’organismo di modulare la sintesi

delle proprie proteine in dipendenza dell’evolversi delle

sue esigenze

• In un uomo adulto le proteine corporee ammontano a

circa 10Kg; di questi giornalmente circa 250gr sono

soggetti a turnover

Flusso di amminoacidi in entrata:

• amminoacidi derivati dalla digestione delle proteine alimentari

• amminoacidi derivati dalla degradazione delle proteine organiche

Flusso di amminoacidi in uscita:

• amminoacidi avviati al catabolismo e alla produzione di urea

• amminoacidi indirizzati verso la biosintesi ex novo di proteine corporee

CARATTERISTICHE DEL TURNOVER PROTEICO

• tutte le proteine sono soggette a turnover

• avviene a velocità diversa per le diverse proteine

• regolato da fattori nutrizionali, ormonali

• varia nelle diverse specie animali in rapporto alla taglia

• varia per i diversi organi e tessuti

• nell’uomo la velocità del turnover diminuisce dalla nascita all’età adulta

• richiede energia

TURNOVER PROTEICO

Proteine alimentari Proteine corporee

Pool degli amminoacidi

Pool di escrezione

PROTEINE

Complete o nobili

- forniscono amminoacidi essenziali e non essenziali- generalmente di origine animale

Incomplete o povere

- carenti in uno o più amminoacidi- generalmente di origine vegetale

PROTEINE

• di origine animale

- contengono tutti gli amminoacidi in concentrazioni relativamente elevate

• di origine vegetale

- di qualità inferiore per carenza di uno o più amminoacidi

Legumi: carenti in metionina

Cereali: carenti in lisina

DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DELLE PROTEINE

• Nello stomaco enzimi specifici scindono le proteine complesse in peptidi

• I peptidi vengono scissi in singoli amminoacidi grazie ad altri enzimi

nell’intestino tenue

• I singoli amminoacidi vengono assorbiti nell’intestino tenue e trasportati

al fegato

• Il fegato li risintetizza in proteine complesse utili per l’organismo o li

invia ai tessuti periferici per una sintesi proteica tissutale

• Solo in caso di prolungato digiuno essi vengono utilizzati come fonte di

energia

BIOSINTESI DI ENZIMI DIGESTIVI

Localizzazione: polisomi del reticolo endoplasmatico rugoso

Sequenza amminoacidica segnale all’N-terminale

• Ancoraggio dei ribosomi alla membrana del reticolo• Rilascio della proteina sintetizzata all’interno delle cisterne del

reticolo

Processing delle proteine prima della secrezione

Accumulo delle proteine in piccole vescicole

Zimogeni: precursori inattivi

Granuli di zimogeno: esocitosi

Attivazione dei zimogeni

Inizia nello stomaco ad

opera della pepsina, è

completata dalle

proteasi intestinali dei

succhi pancreatici e da

quelle poste sull’orletto

a spazzola.

Le proteasi si dividono

in endopeptidasi e

esopeptidasi.

DIGESTIONE DELLE PROTEINE

ENZIMI PROTEOLITICI = IDROLASI

ENDOPEPTIDASI ESOPEPTIDASI

OLIGOPEPTIDI AMMINOACIDI –COOH terminali o

AMMINOACIDI –NH2 terminali

PROTEINE PEPTIDI AMMINOACIDI LIBERI

ASSORBIMENTO INTESTINALE

endopeptidasi esopeptidasi

ENDOPEPTIDASI

Enzima Origine pH ottimale Attivatore

Pepsina Stomaco 1,5-2,5 HCl-Pepsina

Tripsina Pancreas esocrino

7,5-8,5 Endopeptidasi-Tripsina

Chimotripsina Pancreas esocrino

7,5-8,5 Tripsina

Elastasi Pancreas esocrino

7,5-8,5 Tripsina

ESOPEPTIDASI

Enzima Presenza pH ottimale Attivatore

Carbossipeptidasi A Pancreas esocrino

pH del succo intestinale

Tripsina

Carbossipeptidasi B Pancreas esocrino


Tripsina

Aminopeptidasi Mucosa intestinale


Dipeptidasi e tripeptidasi

Mucosa intestinale


Peptidasi intracellulari

Citoplasma epitelio

intestinale

pH citosolico

FASE GASTRICA DELLA DIGESTIONE DELLE PROTEINE

Nel succo gastrico: 1) pH < 2

2) proteasi: pepsine

1) pH < 2: morte dei microrganismi denaturazione proteine

2) Pepsine: stabili e attive in ambiente acido inattive a pH neutro

autocatalisiPepsinogeno Pepsina A rimozione 44 aa all’NH2 terminale

Proteine Peptidi

colecistochinina (duodeno)

Pepsina A

stimolazione fase pancreaticadigestione proteine

FASE PANCREATICA DELLA DIGESTIONE DELLE PROTEINE

Nel succo pancreatico:

- proenzimi precursori di endopeptidasi

- proenzimi precursori di carbossipeptidasi

Tripsina Chimotripsina Elastasi Carbossi-peptidasi

A e B

endopeptidasi

Tripsinogeno Tripsina

esapeptide N-terminale

Peptidasi gastriche e pancreatiche

Enzima Proenzima Attivatore Reazione catalizzataProteasi carbossilichePepsina A Pepsinogeno A

Autoattivazione, pepsina

↓ R ↓ RCO-NHCHCO-NHCHCOR = tyr, phe, leu

Serina-proteasiTripsina

Chimotripsina

Elastasi

Tripsinogeno

Chimotripsinogeno

Proelastasi

Endopeptidasi, tripsina

Tripsina

Tripsina

R ↓ RCO-NHCHCO-NHCHCOR = arg, lys R ↓ RCO-NHCHCO-NHCHCOR = tyr, trp, phe, met, leu R ↓ RCO-NHCHCO-NHCHCOR = ala, gly, ser

Zn-peptidasiCarbossipeptidasi A

Carbossipeptidasi B

Procarbossipeptidasi A

Procarbossipeptidasi B

Tripsina

Tripsina

↓ R CO-NHCHCO2

R = val, leu, ile, ala

↓ R CO-NHCHCO2

R = arg, lys

ENZIMI PROTEOLITICI DELL’APPARATO DIGERENTE

Sede e provenienza dell’attività enzimatica

Zimogeno Enzima attivo Tipologia e specificità di idrolisi

Stomaco (ghiandole del fondo)

Pepsinogeno Pepsina Endopeptidasi

Leu, aa aromatici

Duodeno: enzimi pancreatici

Tripsinogeno

Chimotripsinogeno

Proelastasi

Procarbossipeptidasi

Tripsina

Chimotripsina

Elastasi

Carbossipeptidasi A e B

Endopeptidasi

Lys, Arg

aa aromatici, Leu, Met

Gly, Ala, Val

Esopeptidasi

aa aromatici, Lys, Arg

Duodeno: enterociti Enterochinasi Endopeptidasi specifica legame Lys-Ile

Intestino tenue: enterociti

Aminopeptidasi Esopeptidasi

aa N-terminali

Tripsina, chimotripsina ed elastasi

• attive solo a pH neutro

• dipendenti dalla produzione pancreatica di NaHCO3

• serin-proteasi

Carbossipeptidasi A e B

• prodotte nel pancreas, sono attive nell’intestino

• metallo-enzimi

• richiedono ioni Zn2+

Risultato della digestione pancreatica delle proteine

aa liberipeptidi (2-8 aa)

Assorbimento: le cellule epiteliali intestinali assorbono singoli amminoacidi, di- e tri-peptidi.I singoli aminoacidi: entrano nella cellula intestinale mediante co-trasporto facilitato con il Na+

e passano nel sangue per diffusione facilitata. I di- e tri-peptidi: entrano nella cellula intestinale mediante specifici trasportatori PEPT1 H+ dipendenti. I peptidi vengono idrolizzati a singoli amminoacidi dalle proteasi del citoplasma e passano nel sangue per diffusione facilitata.

ASSORBIMENTO DELLE PROTEINE

ASSORBIMENTO DELLE PROTEINE

L’assorbimento degli amminoacidi è rapido nel duodeno

e nel digiuno e lento nell’ileo e richiede l’intervento di un

trasportatore

Sembra esistere un unico trasportatore per gli

amminoacidi neutri (ala, ser), uno per quelli basici (arg,

lys), uno per gli acidi (glu, asp) ed uno per glicina,

prolina e idrossiprolina

CATABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI

• Dopo l’assorbimento gli amminoacidi sono trasportati al

fegato attraverso il sistema portale

• Il fegato è il sito principale sia del metabolismo dello

scheletro carbonioso e sia dell’azoto, è l’organo più attivo

per la sintesi e per il catabolismo

• La maggior parte dell’azoto è rimosso dagli amminoacidi

tramite l’azione di enzimi epatici per ossidazione o

transaminazione

ESCREZIONE DELL’AZOTO

Metaboliti urinari g/24 h % totali

Urea 30 86

Ioni ammonio 0,7 2,8

Creatinina 1,0-1,8 4-5

Acido urico 0,6-1,0 2-3

Controllo ormonale del metabolismo degli amminoacidi

INSULINA

• favorisce la sintesi delle proteine

GLUCAGONE

• favorisce la degradazione delle proteine

• favorisce la gluconeogenesi

REGOLAZIONE DEGLI AMMINOACIDI

Chetogenici: sono metabolizzati ad acetil-CoA

Glucogenici: i metaboliti possono essere trasformati in glucosio attraverso la

gluconeogenesi

Glucogenici: Ala Arg Asn Asp Cys Gln Glu Gly His Met Pro Ser Thr Val

Chetogenici: Leu Lys

Entrambi: Ile Phe Trp Tyr

DESTINO DEGLI AMMINOACIDI

VALUTAZIONE DELLA QUALITÀ PROTEICA

Il valore proteico di un alimento dipende non solo dalla

quantità, ma anche dalla qualità delle proteine in esso

contenute

VALORE BIOLOGICO

E’ la stima della capacità della proteina di soddisfare le

necessità dell’organismo

VALORE BIOLOGICO DI ALCUNI ALIMENTI

Alimento Valore biologico

Uova 100

Pesce 70

Manzo 69

Latte di vacca 60

Riso 57

Fagioli secchi 34

Grano 44

Arachidi 43

MALASSORBIMENTO DI PROTEINE

• Digestione incompleta = deficit di enzimi pancreatici

(pancreatiti)

• Malassorbimento/trasporto = deficit congenito di un

recettore per un gruppo di AA (celiachia)

MALNUTRIZIONE PROTEICO-ENERGETICA

• Alterazioni derivanti da un’alimentazione

inadeguata

• Si tratta generalmente di sindromi policarenziali

Kwashiorkor: malnutrizione proteica

Marasma: malnutrizione energetica

KWASHIORKOR

• Ritardo nella crescita, depigmentazione dei capelli, desquamazione,

edema e fegato steatosico

• Mortalità del 30%

• Lesione biochimica: diminuzione della capacità di sintesi proteica

epatica

La carenza di aa porta ad una diminuita sintesi di albumina che nel

plasma funge da osmoregolatore, ciò porta ad un aumento del liquido

interstiziale e edema

Il fegato “grasso” è una conseguenza di diminuita sintesi di

apolipoproteine il cui compito è di trasportare i grassi dal fegato ai tessuti

periferici

MARASMA

• Peso molto basso rispetto all’altezza, che è inferiore a quella

corrispondente all’età, aspetto grinzoso e carenza di grasso

sottocutaneo, addome teso e rigonfio

• Mortalità elevata

• Lesione biochimica: diminuita sintesi dell’albumina che

determina un aumento di produzione di cortisolo, che ha

un’azione catabolica sulle proteine muscolari che diventerebbero

disponibili per il fegato

LIPIDI

• Forniscono energia

• Servono come “carriers” per le vitamine liposolubili

• Formano colesterolo e steroidi

• Costituiti da C, O e H, hanno maggiore quantità di C e

H rispetto ai carboidrati

• Possono essere SATURI (solidi a T.A.) ed INSATURI

(generalmente liquidi)

ACIDI GRASSI

Gli insaturi possono essere:

• monoinsaturi

• polinsaturi

• acidi grassi omega-3

• idrogenati (acidi grassi insaturi che sono

chimicamente modificati e trasformati in saturi)

TRIACILGLICEROLI O TRIGLICERIDI

Costituiti da 1 molecola di glicerolo a cui sono legati 3 acidi grassi mediante legami esterei

Alimentazione:

98% trigliceridi - 2% fosfolipidi, colesterolo, glicolipidi

Secrezione nel lume del duodeno:

1-2 g di colesterolo7-22 g di fosfatidilcolina (lecitina)

Difficoltà nella digestione dei lipidi

Insolubilità in ambiente acquoso dei lipidi

difficoltà di accesso agli enzimi digestiviTendenza all’aggregazione e formazione di complessi di grandi

dimensioni dei costituenti elementari prodotti dall’idrolisi dei lipidi alimentari

difficoltà di assorbimento da parte delle cellule della mucosa intestinale

Superamento delle difficoltà

Aumento della superficie di contatto tra la fase acquosa e la fase lipidica

Solubilizzazione dei prodotti di idrolisi delle molecole lipidiche per mezzo di detergenti

FASI DELLA DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DEI LIPIDI

• Idrolisi dei trigliceridi ad acidi grassi liberi e monoacilgliceroli

• Solubilizzazione degli acidi grassi liberi e dei monoacilgliceroli ad opera di

detergenti (acidi biliari) e loro trasporto dal lume intestinale

alla superficie delle cellule assorbenti

• Assunzione degli acidi grassi liberi e dei monoacilgliceroli da parte delle

cellule e resintesi dei trigliceridi

• Introduzione delle molecole neosintetizzate di trigliceridi in

micelle ricche di lipidi dette chilomicroni

• Esocitosi dei chilomicroni dalle cellule e loro immissione nella linfa

ACIDI BILIARI

• detergenti biologici sintetizzati nel fegato e secreti con

la bile nel duodeno

• si formano dal colesterolo

• a pH fisiologici si presentano come anioni

• veicolano le molecole lipidiche dal lume intestinale alla

superficie delle cellule assorbenti

FASE GASTRICA DELLA DIGESTIONE DEI LIPIDI

Nel succo gastrico: LIPASI GASTRICA acido-stabile (pH ottimale=4)

• secreta dalle ghiandole del fondo dello stomaco (nei roditori è

prodotta dalle ghiandole sublinguali)

• responsabile della digestione del 10-30% dei trigliceridi negli adulti

• molto importante per la digestione dei grassi nel lattante (alla nascita

la lipasi pancreatica è poco attiva). Indispensabile per la digestione dei

globuli di grasso del latte

FASE PANCREATICA DELLA DIGESTIONE DEI LIPIDI

LIPASI PANCREATICA: pH ottimale = 7

inibita dagli acidi biliari, attivata dalla colipasi (proteina secreta nel succo pancreatico)

LIPIDE o COLESTEROLO-ESTERASI: attivata dagli acidi biliari meno specifica agisce sugli esteri del colesterolo,

monoacilgliceroli e sugli esteri lipidici

FOSFOLIPASI A2:idrolizza specificatamente i fosfolipidi, attivata dagli acidi biliari

FASE INTESTINALE DELLA DIGESTIONE DEI LIPIDI

• Assorbimento mediante semplice diffusione attraverso la membrana

citoplasmatica delle cellule della mucosa dell’intestino tenue

Acidi grassi e monoacilgliceroli assorbimento completo

Colesterolo 30%-40% assorbimento

• Metabolizzazione dei lipidi non assorbiti da parte della flora batterica

• Escrezione con le feci (steatorrea)

DESTINO DEGLI ACIDI GRASSI NELLE CELLULE INTESTINALI

1) Acidi grassi a catena media (6-10 C) flusso sanguigno fegato

2) Acidi grassi a catena lunga (> 12 C)

legame ad una specifica proteina citosolica

trasporto nel reticolo endoplasmatico

resintesi dei trigliceridi

associazione in chilomicroni

migrazione dall’apparato del Golgi alla membrana citoplasmatica basolaterale

riversamento nello spazio extracellulare

sistema linfatico

tessuto adiposo muscolare

VIE DI ASSORBIMENTO DEGLI ACIDI GRASSI E DEI MONOACILGLICEROLI

TRASPORTO DEI LIPIDI

Lipoproteine

Chilomicroni trasportano trigliceridi e colesterolo dall’intestino tenue ai tessuti

VLDL trasportano lipidi di natura endogena dal fegato ai tessuti

LDL si formano dalla degradazione delle VLDL e si arricchiscono di colesterolo e dei suoi esteri

HDL trasportano il colesterolo e gli esteri del colesterolo dai tessuti al fegato

STRUTTURA MOLECOLARE DEI CHILOMICRONI

La superficie dei chilomicroni è rivestita da uno strato di fosfolipidi disposti con la loro testa polare verso la fase acquosa. I trigliceridi sono raggruppati all’interno. Sulla superficie sporgono le apolipoproteine che agiscono come segnali per il metabolismo del contenuto dei chilomicroni.

CARATTERISTICHE DELLE LIPOPROTEINE PLASMATICHE UMANE

CHILOMICRONI VLDL LDL HDL

Peso molecolare x 10-6

> 400 5-6 2,3 0,18-0,36

Densità (g cm-3) < 1,006 0,95-1,006

1,006-1,063

1,063-1,210

Composizione chimica (%)

Triacilgliceroli 85 50 10 4

Colesterolo libero 1 7 8 2

Esteri del colesterolo 3 12 37 15

Fosfolipidi 9 18 20 24

Proteine 2 10 23 55

Assunzione dei lipidi della dieta nell’intestino degli animali e trasporto degli acidi grassi al muscolo e al tessuto adiposo

SECREZIONE E RIASSORBIMENTO DEGLI ACIDI BILIARI

Circolo entero-epatico degli acidi biliari

Mentre il riassorbimento

degli acidi grassi è completo a

circa metà del digiuno, i sali

biliari vengono riassorbiti a

livello dell’ileo.

I sali biliari vengono

riassorbiti quando la loro

funzione è espletata. Gli acidi

biliari riassorbiti a livello

dell’ileo vengono poi rimossi

dal sangue portale dagli

epatociti.

METABOLISMO DEGLI ACIDI GRASSI

DESTINO DEL GLICEROLO

ATTIVAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI

TRASPORTO DEGLI ACILI TRAMITE CARNITINA

BETA-OSSIDAZIONE: TAPPA 1

BETA-OSSIDAZIONE: TAPPA FINALE

Resa energetica dell’ossidazione degli acidi grassi

Reazione Resa in ATP

Attivazione del palmitato a palmitoil-CoA

-2

Ossidazione di 8 molecole di acetil-CoA

8 x 10 = 80

Ossidazione di 7 molecole di FADH2 7 x 1,5 = 10,5

Ossidazione di 7 molecole di NADH 7 x 2,5 = 17,5

Somma: 106 molecole di ATP

Palmitoil-CoA (C16) + 7 CoA-SH + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 Acetil-CoA + 7FADH2 + 7 NADH + 7H+

BIOSINTESI DEI CORPI CHETONICI

SINTESI DEGLI ACIDI GRASSI

SINTESI DEGLI ACIDI GRASSI: TAPPA INIZIALE

SINTESI DEGLI ACIDI GRASSI: I TAPPA

SINTESI DEGLI ACIDI GRASSI: II TAPPA

SINTESI DEGLI ACIDI GRASSI: III TAPPA

BIODISPONIBILITA’

I nutrienti contenuti in un alimento non sono quasi mai

utilizzati completamente dall’organismo

La parte utilizzata viene definita quota biodisponibile

Fattori che influenzano la biodisponibilità

Digeribilità (caratteristiche chimico-fisiche del nutriente,

composizione della dieta, funzionalità gastro-intestinali,

disponibilità enzimatica)

Assorbimento (interazioni chimico-fisiche tra nutrienti,

funzionalità dell’enterocita, microflora intestinale)

Utilizzazione (stato fisiologico, stato nutrizionale, stato di

salute)

Scuola di Specializzazione in Alimentazione Animale BIOCHIMICA NUTRIZIONALE.

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