Biochimica degli Alimenti

OGM

Le macromolecole informazionali sono quei polimeri biologici la cui sintesi richiede un’informazione: per

sintetizzare un filamento di DNA occorre un’informazione che deriva dal filamento che non vene

duplicato. Per sintetizzare una molecola di mRNA, serve l’informazione del DNA, e a sua volta l’mRNA

funge da informazione per la sintesi di proteine.

Questo ci dà anche idea del potenziale, in quanto l’informazione è unica: in modo univoco, manipolando

un DNA o una proteina, possiamo avere la certezza di manipolare/analizzare una specifica molecola e

non un’altra.

Il vantaggio dello studio del genoma deriva dal fatto che tutte le cellule di quell’organismo contengono lo

stesso DNA.

Il secondo livello di studio di un insieme biologico è il trascrittoma, lo studio dell’insieme di tutti i

trascritti presenti in un dato momento in un dato tessuto; è la fotografia dello uno stato in cui si trova la

cellula in quel momento. Il trascrittoma è ovviamente tessuto-specifico.

Un altro livello è l’analisi proteomica, che ha le medesime caratteristiche di dinamicità del trascrittoma; le

proteine inoltre hanno una attività biologica, operano delle trasformazioni. Ciò determina un ulteriore

livello di studio, ovvero l’analisi delle funzioni svolte da proteine a livello di un tessuto può essere

eseguita mediante lo studio delle molecole non informazionali ma che ci permettono di avere

informazioni sullo stato della cellula, ovvero la metabolomica.

Queste tecniche non studiano una sola molecola per volta, ma un insieme di molecole

contemporaneamente.

Il DNA si presta per certi tipi di analisi: ad esempio se vogliamo determinare la composizione di un

alimento complesso, è possibile risalire ad alcuni ingredienti utilizzando l’analisi del DNA.

Un OGM ad esempio è caratterizzato da una modifica permanente del DNA.

Perché vi è una necessità di creare gli OGM? Per alterare il fenotipo di un organismo,

introducendo/eliminando geni che codificano per una proteina la cui attività altera il fenotipo wild type

(es. resiste a un erbicida, uccide parassiti…).

Per modificare il fenotipo, il gene codificante la proteina deve funzionare all’interno dell’organismo in cui

viene introdotto: gli elementi che controllano l’espressione di un gene a monte ed a valle del gene, sono

completamente diversi tra organismo ed organismo. Tali elementi di controllo rispondono a diversi

stimoli e determinano l’espressione di un determinato gene.

Gli elementi di controllo devono quindi essere specifici per l’organismo che riceve il gene.

Se voglio identificare un OGM, per la sua determinazione la legge richiede di identificare quale tipo di

modificazione è stata introdotta, e quindi chi è il costruttore (azienda) dell’OGM.

Gli elementi di regolazione (promotori) infatti sono diversi a seconda dell’azienda in questione: se

analizziamo il gene inserito la specificità è molto bassa, se analizziamo il punto in cui il promotore si lega

al gene la specificità di analisi aumenta, ma non è abbastanza. Se analizziamo la cassetta di espressione

inserita (elementi a monte-gene-elementi a valle) la specificità di analisi è maggiore in quanto a variare è

il punto di inserzione all’interno del genoma: la casualità di inserzione a livello del genoma, dà il massimo

di specificità di analisi: il punto di inserzione permette di identificare a quale azienda appartiene l’OGM in

questione.

Per analizzare il DNA possiamo utilizzare diverse metodiche, la principale è la PCR.

45

La legge non distingue se l’OGM esprime o non esprime una proteina: infatti la proteina può essere

presente in un determinato distretto della pianta, a seconda di come viene condotta l’espressione genica.

Ad esempio se l’espressione è condotta nella foglia ma io utilizzo solo il seme, la pianta è comunque

considerata OGM.

Per questo motivo per l’analisi viene utilizzata solo l’analisi del DNA.

In Italia gli OGM non possono essere coltivati, ma possono essere utilizzati a condizione che la presenza in

un alimento sia riportata in etichetta.

Tuttavia quando si esegue un’analisi del DNA, vi è sempre un rumore di fondo che non permette di

escludere l’assenza totale di OGM in una determinata partita. La legge quindi afferma che un alimento

OGM non deve contenere più dello 0.9% sull’ingrediente di OGM.

Per determinare la presenza di OGM quindi si estrae il DNA dall’alimento; si amplifica la zona del genoma

contenente il gene introdotto per identificare la presenza o meno di OGM; si prosegue poi con

l’identificazione di quale tipo di OGM è contenuto mediante un’analisi del punto di inserzione del

costrutto sul genoma. La legge infatti chiede che chi chiede l’autorizzazione alla commercializzazione di

un OGM deve anche indicare ciò che si sa del punto di inserzione.

Quindi i primer di PCR per l’analisi di un OGM sono tabulati in database specializzati.

Per quantificare la quantità di OGM nell’alimento, è prima necessario quantificare la quantità di

ingrediente nell’alimento, mediante amplificazione di qualcosa di tipico ed unico dell’ingrediente in

questione (ad esempio per il mais si utilizzano geni che codificano per delle prolammine del mais..).

Per misurare la quantità di OGM viene utilizzata la Real-Time PCR. Questo presuppone però la

conoscenza del tipo di modificazione di OGM utilizzando.

Se non conosciamo il tipo di OGM è stato utilizzato è possibile sfruttare dei microarray ed eseguire

un’analisi throughput utilizzando tutte le sequenze di oligont rappresentative di tutti i possibili geni,

elementi regolazione e punti di inserzione OGM. 46 27.11.2017

Ruolo di proteine con attività biologica in alimenti

Le proteine alimentari possono avere due tipi di attività biologica:

- Ruolo nel metabolismo generale

- Ruolo nel metabolismo di micronutrienti

Metabolismo generale

Le proteine coinvolte nel metabolismo generale si dividono in:

1) Proteine con attività tossica

La proteina blocca o modifica il metabolismo cellulare.

Si dividono in:

Lectine proteine vegetali, si trovano soprattutto nei legumi. Sono proteine di membrana

• →

glicosilate, con funzione di difesa o utilizzate nel riconoscimento cellulare. Essendo molto

compatte e strutturate, sono resistenti a trattamenti termici e digestione.

Hanno diversi effetti:

Danni a livello della membrana intestinale, facilitano la colonizzazione di specifici mo

o Favoriscono l’insorgere di ulcera in quanto inducono un eccesso di secrezione gastrica ed

o una ridotta protezione della mucosa e quindi la iperproliferazione di batteri quali H.pylori

In condizioni estreme possono determinare: ipoinsulinemia, danni al fegato, milza e timo

o

Inibitori delle proteasi l’inibitore della tripsina si trova nella soia, è una proteina compatta e

• →

strutturata, con ponti disolfuro che agisce bloccando il sito catalitico della tripsina. La loro

funzione è legata alla struttura tridimensionale: sono sensibili al trattamento termico

(pastorizzazione o cottura), di conseguenza l’alimento risulta più digeribile dopo cottura.

La ovoalbumina ha un’attività analoga.

Sequestranti di composti essenziali per il metabolismo cellulare

•

2) Proteine con attività funzionale positiva

Sono proteine con potenziali attività di modulazione di processi regolatori dell’organismo grazie alle loro

capacità di legarsi a recettori specifici coinvolti in diverse attività metaboliche; possono agire come tali o

in sinergia con altre proteine ed hanno effetti:

Sistemici intervengono in una via metabolica che ha un effetto generico (es. anti-

o →

iperglicemico/iperlipidemico)

Specifici agiscono direttamente su un effetto (es. anti-ipertensivo, immunomodulatorio,

o →

veicolante di ioni/metalli

Le proteine possono quindi agire come:

- Solo alcuni monomeri che la costituiscono la 7S-conglicinina è un esamero in cui solo la subunità

→

ha un ruolo funzionale e può essere riconosciuta ed utilizzata, ma solo se associata alle altre

α

subunità della proteina. La 7S-conglicinina si trova nella soia e nella forma glicosilata ha un’azione

protettiva contro i ROS.

- Proteina complessiva la conglutina è una proteina dei lupini molto stabile e compatta grazie a

→ γ

ponti S-S, resiste alla digestione e forma polimeri in presenza di ioni divalenti (Mg , Mn ).

2+ 2+

47

Quando legata a tali ioni induce un miglioramento nel metabolismo dei lipidi e della risposta

glicemica

- In associazione con altre proteine

- In associazione con altri composti non proteici

Metabolismo dei micronutrienti

Anche le proteine coinvolte nel metabolismo dei micronutrienti possono avere azione tossica: un

esempio è la avidina: proteina glicosilata presente nell’albume, è un tetramero in cui ogni subunità ha un

sito di legame per la biotina (vit.H). il legame non è covalente ma fortissimo e rende indisponibile la

vitamina legata. La avidina è però termosensibile, quindi a seguito di trattamento termico perde la

struttura rendendo disponibile la vitamina.

Un altro esempio sono le proteine contenute nel mais in grado di legare la niacina, tendendola

indisponibile. Tali proteine sono insensibili al trattamento termico, ma sensibili ad un trattamento di

“soaking alcalino” che consente il rilascio di niacina detto nixtamalizzazione (per questo i prodotti a base

di mais sono generalmente trattati, ed in genere addizionati di niacina).

Altre proteine sono coinvolte nel metabolismo di micronutrienti quali: iodio, ferro, zinco.

Iodio

Lo iodio è lo ione fondamentale per la produzione degli ormoni tirodei.

La tiroide capta lo ioduro circolante tramite un processo attivo che richiede energia. Questo processo di

captazione è realizzato dalla proteina NIS (Sodium Iodide Symporter), che utilizza l'energia elettrochimica

del sodio intracellulare.

Nella produzione degli ormoni tiroidei, è necessario l’assorbimento dello iodio e l’intervento della

proteine tiroglobulina, presente nel Golgi della tiroide.

La tiroglobulina è una proteina molto grossa a singola catena, e funge da substrato per una perossidasi

che catalizza l’ossidazione dello iodio ed il legame dello ione su due residui di tirosina presenti sulla

tiroglobulina a formare due iodotirosine (MIT). Le due iodotirosine vengono poi legate l’una all’altra a

formare una diiodotirosina (DIT).

Si ha quindi l’accoppiamento di due DIT o MIT+DIT a formare gli ormoni T4 e T3.

In carenza di iodio, la