Biochimica II semestre

NUTRIZIONE

Insieme delle operazioni che vanno dalla adeguata scelta degli alimenti, all’utilizzo dei nutrienti in essi contenuti allo scopo di

mantenere la “massa” dell’organismo vivente, di accrescerla quando necessario e consentirne sul piano energetico il pieno esercizio

delle funzioni

Tappe della nutrizione:

1- Assunzione: vengono introdotti gli alimenti

2- Digestione: dagli alimenti vengono estratti i principi nutritivi

3- Assorbimento: i principi nutritivi vengono assorbiti, mentre le scorie indigeribili vengono eliminate

4- Trasporto: tramite il sangue e la linfa i nutrienti arrivano ai tessuti

5- Utilizzazione: i nutrienti vengono metabolizzati all’interno delle cellule

6- Eliminazione: tramite reni, apparato escretore, polmoni e pelle vengono eliminate le scorie metaboliche e CO 2

Tutte le componenti del processo nutrizionale si compendiano in meccanismi regolatori biochimici e fisiologici il cui equilibrio è

percepito come condizione o stato di salute

Dipende da fattori diversi, meccanismi di tipo biochimico e fisiologico che devono essere in equilibrio fra loro

Alimenti: sostanze naturali o artificiale che, introdotte con la dieta, forniscono i principi nutritivi o nutrienti

Nutrienti: molecole che fungono da precursori biosintetici e da sorgenti di energia e che vengono assunte dall’ambiente esterno

- macronutrienti glucidi, lipidi, proteine

⇾

- nutrienti monosaccaridi, acidi grassi, amminoacidi (unità che derivano dalla degradazione)

⇾

- micronutrienti ioni, sali minerali e vitamine

⇾

Biodisponibilità dei nutrienti

Affinchè i nutrienti possano essere impiegati a livello delle singole cellule è necessario che:

- vengano liberati, a seguito dei processi di digestione, nel lume intestinale

- siano assorbiti dalle cellule intestinali e veicolati attraverso il circolo ematico o linfatico ai differenti tessuti e organi

- siano assunti dalle cellule periferiche e vengano regolarmente utilizzati

Nutrimenti che hanno biodisponibilità bassa sono i minerali

30% di calcio, 250 mg in un uomo adulto, necessario assumere 3 volte tanto per garantire il fabbisogno

Gli elementi di origine animale sono più biodisponibili rispetto a quelli di origine vegetale

Nutrimenti ENERGETICI degradati per ottenere energia

⇾ glucosio (da carboidrati), acidi grassi (dai lipidi), amminoacidi (da proteine)

Nutrimenti PLASTICI utilizzati come tali o come precursori per i processi biosintetici

⇾ acqua, amminoacidi, acidi grassi, glucosio, vitamine, elementi inorganici

Nutrimenti ESSENZIALI

Non possono essere sintetizzati dall’uomo oppure vengono sintetizzati in maniera insufficiente

- acqua (non basta quella prodotta mediante la degradazione ossidativa CO + H O)

2 2

- amminoacidi: lisina, arginina, istidina, isoleucina, leucina, valina, triptofano, fenilalanina, metionina, treonina

- glucosio la gluconeogenesi non è sufficiente come via, unica fonte utilizzabile dai globuli rossi (non hanno mitocondri) e dalle

⇾ cellule nervose (gli acidi grassi non superano la barriera ematoencefalica, non possono essere utilizzati come precursori)

se manca glucosio, vi è un eccesso di acetil-CoA che blocca il ciclo di Krebs, avviene la formazione di corpi chetonici

- vitamine: idrosolubili (gruppo B e C)

liposolubili (A, D, E, K)

- acidi grassi: acido linoleico (omega 3 e omega 6) precursore degli eicosanoidi

- macroelementi: sodio, potassio, cloro, calcio, ferro, fosforo (sintesi nucleotidi), magnesio, zolfo

- microelementi: rame, zinco, iodio, manganese

- minerali in tracce: cromo, cobalto, selenio

Apporti alimentari di riferimento

Definiti per la maggior parte dei nutrienti rispetto all’età, al sesso, peso corporeo e stato fisiologico

DRI dietary reference intakes

⇾

1- Fabbisogno medio stimato EAR

Stima dell’apporto medio di un nutriente che soddisfa le necessità di metà degli individui sani appartenenti a un particolare stadio

di vita e sesso (estimated average requirement)

2- Dose giornaliera raccomandata RDA

Livello di assunzione giornaliera media sufficiente a coprire il fabbisogno di quasi tutti gli individui sani (97-98%) appartenenti a un

particolare stadio di vita e sesso (recommended daily allowance)

3- Rapporto adeguato AI

Si basa sulla stima della quantità di nutriente assunta dalle persone sane (adeguate intake)

4- Massimo livello tollerabile di assunzione UL

La più alta dose giornaliera media che non sembra determinare rischi per la salute in quasi tutti gli individui della popolazione

generale, a volte non è molto lontano dall’RDA (tolerable upper intake level)

Indice di massa corporea

IMC o BMI = peso corporeo / (altezza) 2

normopeso ha un BMI di circa 18-18.5

Fabbisogno energetico

Formato da tre componenti:

- metabolismo basale

è la spesa energetica richiesta per mantenere le funzioni vitali dell’organismo in condizioni di riposo (attività metaboliche basali de

vari tessuti, pompe ioniche, secrezioni endocrine, respirazione, attività cerebrale, cardiaca e renale)

per un individuo adulto di sesso maschile è circa 1 kcal/Kg peso/ora (0.8 donna)

60-75% del fabbisogno energetico

- termogenesi indotta dalla dieta

è la spesa energetica richiesta per i processi di digestione e assorbimento dei nutrienti

5-10% del fabbisogno

- livello di attività fisica

all’attività muscolare si devono le più ampie variazioni della spesa energetica

15-30% del fabbisogno

Distribuzione del fabbisogno nutrizionale

Colazione circa 20% calorie

Pranzo circa 40-45% calorie

Cena circa 35-40% calorie

Carboidrati: circa 45-60% delle calorie totali, minima parte come zuccheri semplici

Lipidi: circa il 20-35% di calorie totali (di cui almeno 75% di origine vegetale)

acidi grassi saturi 8-10% delle calorie totali

⇾

acidi grassi monoinsaturi 6-11% delle calorie totali

⇾

acidi grassi poli-insaturi omega 6 4-8%

⇾ omega 3 0.5-2%

Proteine: circa il 10-30% delle calorie totali, di cui almeno 50% di origine vegetale

VITAMINE Composti organici essenziali di differente natura chimica necessari in piccole

quantità per le funzioni dell’organismo

Vi è una correlazione tra la mancanza di una vitamina e l’insorgenza di una

patologia caratterizzata da una sindrome carenziale specifica che generalmente

regredisce con la somministrazione della vitamina mancante

Sono classificate in base alla loro solubilità

Vitamina A

∎

Liposolubile retinolo retinale acido retinoico

Tre composti: , ,

ciascuno di origine animale

Presentano un anello con catena isoprenica e ossidrile come funzione terminale

Esistono anche delle forme provitaminiche: carotenoidi (α e β carotene) di origine vegetale

Ruolo biologico

⇾

- processo visivo (presenta gruppi cromofori che permettono l’assorbimento della luce)

- riproduzione ed embriogenesi

- accrescimento e mantenimento degli epiteli

- funzione immunitaria Il retinolo e i suoi esteri si trovano in alcuni alimenti animali, il β-carotene si trova invece in

alcune piante

Il β-carotene nell’intestino tenue viene convertito in retinolo mediante l’azione della

β-carotene diossigenasi

La vitamina A è immagazzinata nel fegato sotto forma di retinolo ed esteri di retinile

(retinolo palmitato), legati alle proteine citosoliche che legano il retinolo (CRBP)

Il retinolo alimentare è trasportato a livello del circolo linfatico sotto forma di esteri retinilici

all’interno dei chilomicroni

Viene secreto dal fegato legate alle proteine che legano il retinolo del siero (RBP)

A livello dei tessuti bersaglio, il retinolo viene ossidato in acido retinoico, il quale si lega a dei

recettori nucleari e agiscono come dei fattori di trascrizione stimolando i geni sensibili

L’11-retinale è una componente della rodopsina, il pigmento visivo

Energia luminosa provoca l’isomerizzazione dell’11-cis-retinale legato alla rodopsina in

retinolo tutto-trans

Carenza

⇾

Provoca cecità crepuscolare, degenerazione dei tessuti epiteliali (xeroftalmina), ritardato accrescimento, anemia

Fonti alimentari

⇾

Olio di fegato di pesce, fegato, carne e derivati, uova, burro, latte, formaggi, frutta e ortaggi di colore giallo/arancione, ortaggi a foglia

Dose giornaliera raccomandata RDA

⇾

1 RE = 1 µg retincolo

= 6 µg β-carotene

500-700 RE/die

Massimo livello tollerabile di assunzione UL

⇾

3000 RE/die

VITAMINA D

∎

Liposolubile ergocalciferolo

Due forme (vitamina D2)

⇾ colecalciferolo (vitamina D3)

⇾ La vitamina D3 (colecalciferolo) si forma normalmente nella pelle

dal 7-deidrocolesterolo attraverso una reazione fotochimica che

richiede l’intervento della componente UV della luce solare

Di per sé non è biologicamente attiva, ma viene convertita dagli

enzimi del fegato e del rene in 1α,25 – diidrossivitamina D3

(calcitriolo), un ormone che regola il trasporto del calcio

nell’intestino e il trasporto del calcio nei reni e nell’osso

Calcitriolo deriva dalla vitamina D3 che subisce due reazioni di idrossilazione in posizione 1 e 25

Regolazione dei livelli del calcio e del fosfato ematico

D3 presente nel regno animali, D2 è un analogo presente nei lieviti e presenta una catena laterale con doppio legame e metile

entrambe producono gli stessi effetti

Condivide con la vitamina A il meccanismo di azione, simile agli ormoni steroidei e tiroidei

esplica la sua funzione in seguito all’interazione con recettori nucleari e citosolici modificazione trascrizionale di geni specifici

⇾

In condizioni normali, l’esposizione alla luce solare è sufficiente per il fabbisogno di vitamina D nell’organismo

Aumento del fabbisogno nei bambini, donne in gravidanza e che allattano e negli anziani

Carenza

⇾

Rachitismo (bambini), osteomalacia (adulti) ridotto rapporto tra osso mineralizzato e non mineralizzato

Fonti alimentari

⇾

Sintesi endogena, dieta: pesce, carne e derivati, uova

RDA

⇾

15 µg/die

UL

⇾

100 µg/die, tra le più tossiche se assunta in eccesso

Metabolismo e azione

⇾ In circolo, la vitamina D3 viene trasportata legata a specifiche binding protein (DBP)

Al fegato, subisce idrossilazione in posizione 25 calcidiolo

⇾

ai reni subisce una seconda idrossilazione in posizione 1 calcitriolo

⇾

avviene ad opera dell’idrossilasi 1α, regolata da bassi livelli di fosfato e calcio

Il paratormone stimola a livello renale il metabolismo del calcidiolo nella forma attiva in

calcitriolo (a seguito dell’ipocalcemia)

Alti livelli di calcitriolo agiscono con un meccanismo a feedback negativo e inibiscono la

produzione dello stesso

Calcitriolo agisce interagendo con recettori nucleari a livello di:

- intestino assorbimento di Ca e Pi

2+

⇾

- ossa mobilizzazione di Ca2+ e Pi

⇾

- reni assorbimento di Ca e Pi

2+

⇾

VITAMINA E

∎

Liposolubile

Tocoferoli tocotrienoli

e

sono di origine vegetale

Il 90% della vitamina E presente nei tessuti umani si trova sotto forma di α-tocoferolo, un isomero naturale

Viene assorbito a livello intestinale in modo simile a quello dei lipidi della dieta, viene trasportato in circolo con le lipoproteine

Ha una porzione aromatica (anello: cromano, condensazione di un anello fenolico con anello

del pirano) a cui è legata una lunga coda idrofobica

16 carboni

I tocoferoli hanno una catena satura, mentre i tocotrienoli insatura

Ha un’azione antiperossidante: scavenger di radicali liberi

neutralizzaziondo i radicali perossilici, protegge dalla perossidazione gli acidi grassi poli-insaturi (PUFA)

Essenziale per il mantenimento dell’integrità strutturale di tutte le membrane biologiche

Attraverso il gruppo -OH neutralizza i radicali, trasformandosi nel radicale stabile tocofrenilico

grazie alla catena idrofobica riesce a inserirsi in tutte le membrane cellulari in modo molto semplice (anche all’interno delle

lipoproteine), mantenimento degli acidi grassi in uno stato non perossidato

Molto importante per la guaina mielinica

Carenza

⇾

Solo nei bambini pre-termine o in caso di malassorbimento lipidico

Fonti alimentari

⇾

Semi, oli e grassi, frutta secca e alcuni vegetali

Rapporto adeguato AI

⇾

10-15 mg/die

UL

⇾

300 mg/die, fabbisogna correlato alla quantità di PUFA

VITAMINA K

∎

Liposolubile

Derivati dal naftochinone

- vitamina K1 fillochinone presente nelle foglie delle piante verdi

⇾

- vitamina K2 menachinone si forma ad opera dei batteri della flora intestinale dei vertebrati

⇾

- vitamina K3 menadione molecola sintetica, priva di catena laterale, parzialmente idrosolubile

⇾

Correlata ai processi di coagulazione

Circola come fillochinone ed è depositata nel fegato sotto forma di chinone derivato

E’ necessaria come coenzima di carbossilasi coinvolte nella modificazione post-traduzionale di proteine che

legano il calcio (fattori della coagulazione contenenti alcuni residui di glutammato)

Fattori della coagulazione vengono prodotti come pro-enzimi inattivi a livello del fegato, grazie alla

carbossilazione di specifici residui ad opera di un enzima dipendente dalla vitamina K

Carbossilasi introducono una molecola di CO a livello del residuo di glutammato

2

Formazione di residui di gamma-carbossiglutammato (GLA) con due gruppi carbossilici vicini fortemente negativi reso più efficiente

⇾

legame con il calcio, ponti con fosfolipidi, favorita aggregazione piastrinica

Warfarina competitore anti-coagulante

Carenza

⇾

Nell’uomo solo dopo prolungati trattamenti con antibiotici (problemi alla flora intestinale) e nei primi giorni di vita del neonato

Fonti alimentari

⇾

Verdura e ortaggi a foglia verde, oli e grassi

AI

⇾

140-170 µg/die

VITAMINA C

∎

Idrosolubile

Acido L-ascorbico

Fattore necessario per le reazioni di idrossilazione: sintesi del collagene, carnitina, noradrenalina, acidi biliari, ormoni steroidei,

metabolismo della tirosina

Altre funzioni: metabolismo del ferro (concorre al mantenimento dello stato ridotto), attivazione dell’acido folico, protezione dai danni

ossidativi Lattone (formazione legame estere interno) dell'acido deidrogulonico

Composto a 6 atomi di glucosio

Essenziale per l’uomo, primati, cavie e alcuni pipistrelli, manca ultimo enzima delle quattro tappe

Proprietà biologiche riconducibili alle caratteristiche chimiche e strutturali del gruppo enediolo

(due ossidrili legati a due atomi di C legati con doppio legame)

Ossidrile in C3 ha carattere acido, può dissociarsi in ione ascorbato (in equilibrio in condizioni

fisiologiche)

L’ascorbato può andare incontro a ossidazione con formazione di deidroascorbato, il quale ha

funzione anti-scorbutica

L’assorbimento dell’ascorbato avviene a livello intestinale mediante un trasportatore specifico (non riconosce deidroascorbato)

Il deidroascorbato viene assorbito con mediante il trasportatore del glucosio

a livello cerebrale, il glucosio è presente ad altissimi livelli presenza solo del trasportatore GLUT1 che muove deidroascorbato

⇾

Attività biologica: necessario per reazioni di idrossilazione, sintesi di composti come collagene (proteina principale del nostro

organismo)

Non partecipa direttamente alla reazione, ma mantiene cofattori in uno stato ridotto (metalli che si ossidano e devono essere rigenerati)

Rigenera la vitamina E dal suo radicale corrispondente

Vitamina molto instabile, nel limone stabile a pH acido

a pH basico si apre l’anello lattonico mediante una reazione irreversibile

Eccesso di acido ascorbico viene eliminato come ossalato, prima di venire eleminato con urine, vengono saturati i tessuti in cui ci sono

delle riserve (come il sistema nervoso, ghiandole surrenali, fegato)

Carenza

⇾

Scorbuto, fragilità ed emorragie capillari, ritardo di cicatrizzazione e ossificazione

Fonti alimentari

⇾

Verdura, ortaggi, frutta

RDA

⇾

85-105 mg/die

UL

⇾

Massimo 1g/die

VITAMINE DEL GRUPPO B

∎

Idrosolubili

Esplicano la loro azione fisiologica dopo essere state trasformate nell’organismo nei corrispondenti coenzimi

Alterazioni metaboliche in seguito a: carenze alimentari, presenza di fattori che ne riducono la biodisponibilità, incapacità di

conversione nelle forme coenzimatiche

• Acido folico

Precursore del tetraidrofolato necessario per la sintesi di alcuni amminoacidi e basi pirimidiniche

⇾

Trasportatore di unità monocarboniose (metile, idrossimetile)

Ha un ruolo importante nella rigenerazione cellulare, le cellule caratterizzate da una veloce proliferazione cellulare (cellule

ematopoietiche del midollo osseo) risentono molto della carenza

Solo i microrganismi possono sintetizzare acido folico a partire da un precursore

pteridinico + acido p-amminobenzoico + glutammato

Il tetraidrofolato viene sintetizzato dall’acido folico mediante l’enzima

diidrofolato reduttasi (vitamina C partecipa nella reazione)

⇾ Fonti alimentari

Vegetali a foglia verde, fegato, cereali

⇾ Carenza

Anemia megaloblastica, difetti dello sviluppo del SNC a livello embrionale

⇾ RDA

400 µg/die

⇾ UL

1000 µg/die

• Cobalamina, vitamina B12

Ha una complessa struttura simile a quella della porfirina dell’eme

è formato da un anello corrinico (fatto da 4 anelli pirrolici)

Al centro dell’anello si trova uno ione cobalto

Partecipa alle reazioni di riciclo dei folati e nella sintesi della metionina

Il cobalto (coordinato da 4 atomi di azoto) forma inoltre 2 legami perpendicolari all’anello:

1 con 5,6 dimetilbenzimidazolo (DBM)

1 con diversi gruppi funzionali possibili: metile, deossiadenosina, cianuro

- Metilcobalamina

Coenzima di numerose transmetilasi (insieme

a folato)

- 5’- deossiadenosilcobalamina

Coenzima di mutasi, importante nel