Biochimica della nutrizione

Che cosa cerchiamo di ottenere da questo corso?

Lo sviluppo di una capacità critica. Per capacità critica si intende la capacità di saper scegliere, saper interpretare e selezionare tutto ciò che viene detto. Questo è importante soprattutto per la biochimica della nutrizione, perché ci troviamo in un periodo in cui tutti tendono ad occuparsi di nutrizione: i mass media, le palestre, internet, i personal trainer, nonostante quest’ultimo sia un campo molto delicato. Nel campo della nutrizione e della dietetologia, non è complicato studiarne i principi base, ovvero l'ABC, ma saper selezionare e individuare quali sono le cose giuste o sbagliate.

Esempio pratico: bevanda a base di collagene

Ad esempio: supponiamo che ci venga proposto di vendere una bevanda a base di collagene bovino per migliorare l’elasticità della pelle e rimuovere le rughe. Effettivamente le rughe sono il risultato della decadenza di “travi” di collagene, che non riescono più a sostenere “l’impalcatura” del tessuto connettivo, però il collagene è una proteina, ovvero una catena di amminoacidi; Da premettere, che con il termine digestione, si intende ottenere da macromolecole, piccole molecole che poi devono essere assorbite, per cui noi non assorbiamo proteine, ma amminoacidi. Quindi della bevanda di collagene, somministrata per via orale, vengono assorbiti i suoi amminoacidi, non la proteina intera, in quanto è considerata una macromolecola. Pensare che dopo l’assorbimento, gli amminoacidi del collagene si ripristinano nella stessa sequenza che porta alla formazione della proteina del collagene e poi che si vanno a depositare precisamente nella zona di mio interesse, ad esempio nelle rughe, è quasi improbabile! In questo consiste lo sviluppo della capacità critica.

Che cos'è la biochimica?

È lo studio chimico e chimico-fisico della costituzione e della trasformazione della materia vivente. Per comprendere questa definizione, può essere fatto un esempio, a partire dal glucosio: la biochimica studia sia la composizione del glucosio a livello chimico-fisico (poliidrossialdeide, solubile…) e le trasformazioni a cui può andare incontro, infatti la molecola di glucosio va incontro al processo di glicolisi da cui poi è possibile ricavare ATP che è una fonte di energia prontamente disponibile.

La nutrizione e il reintegro

Mentre per nutrizione si intende l’insieme dei processi biologici relativi alla reintegrazione delle perdite materiali ed energetiche che interessano gli esseri viventi. La nutrizione serve per il reintegro energetico e materiale. Se dico mi manca il ferro, indica che mi manca un pezzo materiale, quando invece dico che ho bisogno di energia, vuol dire che ho bisogno di fare ATP. L'ATP la faccio a partire dalla glicolisi, oppure con la beta-ossidazione e con il catabolismo degli amminoacidi, da cui ricavo ATP.

Gluconeogenesi

Che cos’è la gluconeogenesi? Fare il glucosio endogenamente spendendo energia, ma in ogni caso spendo sempre energia che devo assumere dall’esterno. L’essere umano, in ogni momento della giornata perde molecole, sia a scopo energetico e sia a scopo strutturale, ad esempio: per camminare, serve energia, che viene presa dalle molecole di ATP che sono state precedentemente sintetizzate a partire da molecole di glucosio. In questo modo si verifica una perdita energetica, ma oltre questo tipo di perdita, il corpo umano ogni giorno sintetizza nuove molecole, che richiedono lo stesso energia per un altro tipo di scopo, ovvero strutturale, ad esempio a livello del midollo osseo, per produrre eritrociti, è necessario assemblare emoglobina a partire da amminoacidi e ferro. Per fare ciò l’energia viene sempre ricavata a partire dal glucosio.

Alimentazione e nutrizione

Per equilibrare queste perdite, è necessario un reintegro, attraverso l’alimentazione. Non tutte le molecole però vengono sintetizzate dal corpo umano, infatti la produzione di amminoacidi, è in parte endogena, ma in parte l’organismo necessita di amminoacidi, noti come amminoacidi essenziali, che devono essere introdotti esclusivamente con l’alimentazione. Ci sono però anche molecole che necessitano di essere introdotte necessariamente con l’alimentazione, come il ferro, per cui l’unica fonte di ferro per il corpo umano è l’alimentazione. Per evitare che ci possano essere gravi carenze, a causa di un’alimentazione non adeguata, l’organismo ricicla le molecole di ferro dalla degradazione dell’emoglobina.

Digestione e assorbimento

Alimentazione e nutrizione: molte volte questi due termini, sono utilizzati come sinonimi, ma in realtà non lo sono. Si parla di nutrizione, quando una molecola, una volta arrivata nell’intestino, subisce diversi processi, tra cui:

• Digestione: a livello molecolare non sono altro che tagli chimici che vengono fatti alle molecole, da parte di enzimi. Ad esempio le proteine vengono scisse in amminoacidi, grazie alle proteasi. Una volta che sono stati effettuati i cosiddetti “tagli chimici”,
• Assorbimento: da macromolecole, otteniamo micromolecole che sono pronte a passare dall’intestino, direttamente nel circolo sanguigno, per essere indirizzate in altri siti specializzati in cui svolgono funzioni importanti. Le micromolecole assorbite prendono il nome di nutrienti, appunto perché subiscono questi due processi.

Lassativi osmotici e fibre

I lassativi osmotici sono costituiti da sostanze (ioni o molecole) che sono difficilmente assorbibili dall’intestino e, di conseguenza, richiamano (per azione osmotica) acqua all’interno del lume intestinale. I lassativi osmotici salini devono la loro azione lassativa agli ioni, per esempio quelli di magnesio, solfato o fosfato. Maggiore è la loro concentrazione nel lume intestinale, maggiore è l’azione osmotica che esercitano e quindi l’acqua che riescono a trattenere nell’intestino. Quindi queste molecole transitano nell’intestino ma non vengono mai assorbite. Anche le fibre, carboidrati non digeribili, che lavorano a livello intestinale non vengono assorbiti. Questo esempio è stato fatto per mettere in luce la differenza che c’è tra una fibra e invece un nutriente. Un nutriente, quando arriva nell’intestino, subisce il processo di digestione e assorbimento, mentre la fibra, transita direttamente senza essere digerita e assorbita e va al colon, assorbendo acqua per azione osmotica nel lume intestinale. In questo caso la fibra non può mai essere considerato nutriente, ma è semplicemente un alimento.

Alimentazione come processo generale

Quando si parla di alimentazione, si parla di un processo generale, che riguarda tutti gli alimenti e come gli alimenti vengono a interagire con gli organismi viventi, per cui alimentazione è principalmente una branca biologica, mentre la chimica degli alimenti è una materia chimica. Alimentazione è l’interazione degli alimenti con l’organismo. Ora quando ci si riferisce ad alimenti come ad esempio la fibra, che entrano nell’intestino, ma transitano direttamente al colon, senza essere assorbiti, allora questi restano come alimenti. Nel caso in cui gli alimenti che, quando giungono nell’intestino, oltre ad essere digeriti vengono anche assorbiti, si parliano di nutrienti. Quando ad esempio mangio l’insalata e nell’insalata c’è della fibra, non posso dire che mi sto nutrendo, ma nell’insalata c'è la vitamina C e allora in quel caso mi sto nutrendo.

Vitamina B12 e problemi di assorbimento

Ci sono sostanze che hanno difficoltà ad essere assorbite, ad esempio la vitamina B12, per essere assorbita, deve essere complessata a un’altra proteina, se non c’è quest’altra proteina nello stomaco non viene assorbita. Infatti in molti casi abbiamo mancanza di vitamina B12 ma non perché non viene assunta adeguatamente, ma perché non la si assorbe, e quindi finisce nelle feci e quindi non viene assorbita. Quindi ho una buona alimentazione, ma una cattiva nutrizione, a causa del mancato assorbimento. Quindi la grossa differenza è che nel caso della nutrizione, in aggiunta all’interazione alimenti-organismo vivente, io considero pure la digestione e assorbimento.

Assorbimento dei nutrienti

Ci sono nutrienti che vengono assorbiti facilmente e altri che invece non vengono assorbiti facilmente, oppure nutrienti che vengono assorbiti al 100% oppure altri che si assorbono in una misura minore.

Reintegro energetico e materiale

La nutrizione serve per il reintegro energetico e per il reintegro materiale. Il bisogno energetico lo misuriamo in kcal e ovviamente il bisogno energetico varia in base al tipo di fisico e anche in base lo stile di vita. L’alimentazione è intesa come assunzione degli alimenti. Negli alimenti troviamo principi alimentari. Quando i principi alimentari vengono scissi per essere digeriti, forniscono i nutrienti. I nutrienti sono molecole che vengono assorbite, però spesso negli alimenti non ci sono proprio i nutrienti pronti ad essere assorbiti, ma ci sono i principi alimentari.

Principi alimentari

• Proteine, lipidi e carboidrati e acidi nucleici: i principi alimentari sono macromolecole che devono essere digerite, quindi sono molecole che devono subire tagli chimici per passare da macromolecole a micromolecole. I principi alimentari sono le proteine, lipidi e carboidrati e acidi nucleici.

Lipidi nell'alimentazione

I lipidi nell’alimentazione sono intesi principalmente come trigliceridi, colesterolo e fosfolipidi. A livello nutrizionale, i lipidi più importanti sono i trigliceridi. I trigliceridi o anche triacilgliceroli, sono molecole che si formano dalla reazione di esterificazione che subiscono tre molecole di acidi grassi e una molecola di glicerolo. I trigliceridi non sono delle macromolecole vere e proprie, ma anche esse devono essere digerite, infatti non vengono assorbiti i trigliceridi, ma ci acidi grassi o i monoacilgliceroli, ovvero un glicerolo a cui hanno strappato due acidi grassi, e ne è rimasto uno. Quindi i trigliceridi, sono macromolecole che una volta arrivate nell’intestino, vengono digerite, ovvero scisse in acidi grassi o monoacilglicerolo (molecole formate dal glicerolo + 1 solo acido grasso che si è esterificato con un solo -OH del glicerolo). Poi sia monoacilglicerolo che acidi grassi sono assorbiti e vengono immessi nel circolo sanguigno.

Carboidrati come principi alimentari

Come i trigliceridi, anche i carboidrati, in qualità di principi alimentari, devono essere assorbiti. I carboidrati sono molecole che hanno come formula generale C_nH_2nO_n. I carboidrati più semplici sono i monosaccaridi. Due monosaccaridi insieme formano i disaccaridi e catene formate da tanti monosaccaridi sono i polisaccaridi. Un esempio di polisaccaride è l’amido, che ritroviamo molto nei prodotti fatti con farina di frumento. Quando l’amido arriva nell’intestino, viene scisso nei suoi monosaccaridi più semplici, ovvero unità di glucosio, che vengono assorbite nell’intestino e immesse nel circolo sanguigno.

Acidi nucleici e assorbimento

Anche gli acidi nucleici sono una fonte di nutrizione, infatti negli alimenti troviamo gli acidi nucleici in quanto quasi la maggior parte degli alimenti quasi sempre derivano da organismi viventi. Noi non assorbiamo acidi nucleici, ma i loro componenti piccoli come i nucleotidi, gli zuccheri pentosi e basi azotate. Per questo non possiamo assumere geni. La cellulosa non la digeriamo per questo non è un principio alimentare, ma solo un alimento. I principi alimentari sono macromolecole che danno origine a nutrienti che vengono assorbiti.

Nutrienti: terminologia e classificazione

Molte volte viene fatta confusione con il termine nutriente, perché nel linguaggio comune per nutriente si intende energetico: ad esempio si sente spesso dire la panna è molto nutriente, intendendo che la panna è formata da molecole che forniscono molta energia, e quindi invece di dire energetica, nel linguaggio comune si dice anche è nutriente. Ma questo non è un linguaggio adatto in biochimica della nutrizione: se con un linguaggio adatto vogliamo sempre riferirci alla panna, diciamo la panna è energetica, perché in biochimica della nutrizione per nutriente intendiamo molecola che può essere assorbita. Infatti anche l’acqua è un nutriente perché è una molecola che viene assorbita nell’intestino per idratare tutto il corpo. Se con il linguaggio comune si dice che l’acqua è nutriente, per intendere che l’acqua è energetica, questa cosa è assolutamente sbagliata. Quindi in biochimica della nutrizione energetico e nutriente non sono sinonimi come invece accade nel linguaggio comune.

Classificazione dei nutrienti

• Strutturali: un esempio di nutrienti strutturali sono gli amminoacidi che compongono la proteina del collagene. Il collagene rappresenta la glicoproteina più abbondante del corpo umano. È una proteina prodotta principalmente dai fibroblasti, che sono cellule presenti nel tessuto connettivo. Tutte le molecole di collagene sono dei trimeri formate da tre catene polipeptidiche, chiamate catene alfa. Le tre catene alfa per almeno una parte della loro lunghezza, sono avvolte nel formare una tripla elica. Le catene alfa sono catene polipeptidiche formate da prolina e lisina e molti residui di questi due amminoacidi sono idrossilati e prendono il nome di idrossiprolina e idrossilisina. L’idrossilazione avviene dopo la sintesi del polipeptide e gli amminoacidi idrossilati sono importanti per assicurare la stabilità della tripla elica mediante la formazione di legami idrogeno tra le catene componenti. Tutti gli amminoacidi che compongono il collagene sono nutrienti strutturali perché il collagene è una struttura dell’organismo e quindi mi serve per conformare l’organismo. L’organismo necessita di tessuto connettivo, il tessuto connettivo è fatto di fibroblasti che producono collagene, una glicoproteina formata da amminoacidi che sono nutrienti strutturali, in quanto gli amminoacidi del collagene fungono da “travi” del tessuto connettivo. Un altro esempio di nutrienti strutturali, sono gli amminoacidi che compongono l’actina e la miosina, le due proteine fondamentali che compongono il tessuto connettivo. Molte volte con una forte dieta, si dimagrisce anche la massa magra, ovvero la massa muscolare. Questo perché l’organismo, non potendo più ricavare energia dai lipidi e dagli zuccheri, accede al tessuto muscolare, da cui può prelevare proteine. Queste proteine prelevate contengono amminoacidi che sono nutrienti strutturali, ma in alcune situazioni gravi, come questa del dimagrimento eccessivo, gli amminoacidi presi dalle proteine dei muscoli, fungono da nutrienti energetici. Quindi si può consumare il muscolo anche come fonte di energia. Generalmente, l’energia si ottiene o dai lipidi, o dai carboidrati o dalle proteine. La beta ossidazione è il processo metabolico utilizzato per demolire lipidi, mentre glicolisi e ciclo di Krebs sono i due processi energetici utili per demolire gli zuccheri e poi abbiamo il catabolismo delle proteine può portare alla formazione di acetil coenzima A. Tutti i processi metabolici che portano alla produzione di acetil coenzima A, ci serve per immettere questo prodotto nel ciclo di Krebs. Infatti l’acetil coenzima A può uscire da glicolisi, beta ossidazione e anche dal catabolismo degli amminoacidi. Quindi generalmente le proteine portano alla formazione di nutrienti che possono fungere da nutrienti energetici o nutrienti strutturali. Nel caso dell’actina, miosina e collagene, sono proteine che forniscono amminoacidi utili per la formazione di nutrienti strutturali, ovvero servono a formare le strutture del nostro organismo. Ma possiamo trovarci anche davanti a proteine dalla cui demolizione si ottengono nutrienti energetici, visto che queste proteine vengono scisse in amminoacidi, che vanno incontro al catabolismo degli amminoacidi, si produce l’acetil coenzima A, che viene immesso nel ciclo di Krebs per ricavare energia. Ad esempio il ferro è un nutriente energetico o strutturale? Il ferro è necessario per formare la struttura dell’emoglobina, ed è un nutriente sempre e solo strutturale.
• Energetici: i nutrienti energetici, sono quelli che mi forniscono energia, ad esempio il glucosio, mi da energia con la glicolisi.
• Essenziali: i nutrienti essenziali, sono i nutrienti che non possono essere prodotti grazie a vie metaboliche endogene, ma devono essere necessariamente apportati con l’alimentazione. Un esempio di nutriente essenziale è il ferro. Il ferro è un macrominerale che deve essere assunto necessariamente con la dieta, altrimenti provoca una carenza particolare, ovvero l’anemia. Una delle caratteristiche dei nutrienti essenziali, è che la loro mancanza comporta generalmente una carenza, ovvero una patologia che, a seconda dei casi, può essere più o meno grave. Ad esempio il ferro è necessario per la formazione dell’emoglobina, il trasportatore di ossigeno e anidride carbonica in tutto il corpo. La mancanza di emoglobina, provoca una diminuzione dell’assemblaggio di globuli rossi. La mancanza di globuli rossi nel sangue è nota come anemia. Anche alcuni amminoacidi sono essenziali, mentre altri no, perché sono molecole organiche che in alcuni casi possiamo produrre mediante una via metabolica anabolica, cioè possiamo costruirlo dentro di noi, in altri casi bisogna assumerli dall’esterno. La vitamina C, D, K sono nutrienti essenziali che bisogna assumere dall’esterno, altrimenti andiamo a carenza. La vitamina C non siamo in grado di sintetizzarla.
• Chemiopreventivi o bioattivi: un nutriente, oltre ad avere funzioni energetiche, strutturali, può avere anche delle particolari proprietà bioattive o chemiopreventive. Si tratta di nutrienti che quando vengono assorbiti, hanno per l’organismo un effetto di prevenzione. Per prevenzione si intende ridurre l’incidenza di malattie. Ad esempio nei pomodori, a parte la fibra, a parte le vitamine, acqua, c’è una molecola nota come licopene, che oltre ad essere una molecola che da la caratteristica colorazione rossa al pomodoro, è antiossidante, ha anche effetti più precisi come quello di essere antiapoptotico e quindi ha effetti di prevenzione.