Macro e Micro Nutrienti

Lezione 1 – Introduzione elementi chimici

Gli organismi viventi sono costituiti dagli stessi elementi chimici che formano i composti organici (glucidi, lipidi, vitamine e proteine) e composti inorganici (acqua, minerali). Gli organismi autotrofi si nutrono di sostanze inorganiche, mentre gli organismi eterotrofi si nutrono di composti organici. Questi composti vengono definiti come principi nutritivi che servono come fonte energetica. I principi nutritivi vengono classificati come micronutrienti e macronutrienti a seconda della quantità che deve essere assunta giornalmente.

I macronutrienti sono le proteine, lipidi, glucidi, mentre i micronutrienti sono le vitamine e i sali minerali. I composti organici hanno una funzione diversa: alcuni hanno scopo energetico, come i glucidi, altri plastico o bioregolatore, come i lipidi, le proteine, le vitamine e gli oligominerali.

Lezione 2 – Carboidrati (glucidi)

Definizione e classificazione

I carboidrati (saccaridi) sono composti chimici formati da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno. Nelle piante, i carboidrati vengono sintetizzati per mezzo della fotosintesi, e dal loro catabolismo si ottiene l’energia che sostiene la vita animale. Sono in grado di legarsi covalentemente con le glicoproteine e i glicolipidi. In forma di polimeri hanno un ruolo strutturale.

I carboidrati sono suddivisi in monosaccaridi, disaccaridi, polialcoli, oligosaccaridi e polisaccaridi, ma per zuccheri si intendono i monosaccaridi, disaccaridi e polialcoli. A loro volta, possono essere classificati in zuccheri semplici e complessi:

• Semplici (mono-, di-, oligo-saccaridi): Possono essere come il glucosio, galattosio, fruttosio e possono essere utilizzati direttamente dalle cellule per il metabolismo energetico, mentre i non disponibili come il maltitolo, il sorbitolo, il lactitolo, ecc., che non sono digeribili e pertanto nemmeno utilizzabili per i processi metabolici, ma fermentati dalla flora batterica intestinale e trasformati in acidi grassi.
• Complessi (poli-saccaridi): come l’amido e il glicogeno, oppure quelli strutturali come cellulosa, pectina e di riserva come l’inulina contenuta nell’aglio, cipolla e topinambur.

Monosaccaridi e disaccaridi

I monosaccaridi più importanti sono il ribosio, glucosio, fruttosio, galattosio e mannosio, e i più importanti sono a 5 atomi di carbonio (ribosio) e a 6 atomi di carbonio. Gli aldosi ed i chetosi sono entrambi carboidrati. La principale differenza tra gli aldosi e i chetosi è che gli aldosi hanno un gruppo aldeidico (-CHO) come funzione terminale; tutti gli aldosi hanno come struttura fondamentale quella della gliceraldeide. Gli aldosi più noti sono: gliceraldeide, ribosio, glucosio e galattosio. I chetosi contengono invece un gruppo chetonico (C=O) all’interno della catena. Il chetoso più importante è il fruttosio.

Forme cicliche dei carboidrati

In natura, i carboidrati si presentano spesso in forma ciclica. Aldosi e chetosi presentano nella stessa molecola un gruppo carbonilico (C=O) e diversi gruppi ossidrilici (OH). Ciò significa che queste molecole possono formare semiacetali o semichetali interni con la formazione di anelli a cinque o a sei membri. Nella formazione della forma ciclica è sempre il penultimo OH a reagire con C=O.

Disaccaridi e polialcoli

I disaccaridi sono la classe più importante degli oligosaccaridi e i principali sono saccarosio, maltosio e lattosio. Un disaccaride si forma quando due monosaccaridi reagiscono fra di loro eliminando una molecola di acqua e formando un legame glicosidico. I polialcoli sono glucidi derivati di monosaccaridi, con un gruppo ossidrilico (OH) al posto di un gruppo aldeoso o chetoso. Si trovano nella frutta (sorbitolo) in piccola quantità e hanno una bassa funzione energetica per il basso valore calorico. Un esempio di polialcolo (sorbitolo) ha un valore calorico di 2,4 kcal/g e sono usati come dolcificanti.

Oligosaccaridi e polisaccaridi

Gli oligosaccaridi sono composti da 3 fino a 9 monosaccaridi, sono presenti nelle piante, nei vegetali e nella frutta. Sono resistenti alla digestione, ma hanno una funzione fisiologica che promuove la crescita della microflora batterica intestinale. Gli oligosaccaridi più importanti sono i GOS (galatto oligosaccaridi) e FOS (frutto oligosaccaridi).

I polisaccaridi sono catene di monosaccaridi, da 10 in poi e tra i più importanti c’è l’amido, polimero del glucosio, che ha una funzione di riserva nei vegetali, mentre negli esseri umani la maggior parte viene digerita e assorbita (nell’intestino tenue), mentre quella parte che sfugge agli enzimi digestivi arriva al colon dove verrà fermentata dalla microflora: quest’ultima parte dell’amido che non viene digerita viene chiamata amido resistente. L’amido è composto dall’amilosio (polimero lineare del glucosio con 500 unità circa) e l’amilopectina (polimero ramificato del glucosio con 50.000 unità circa). Il glicogeno è un altro polimero ramificato del glucosio molto importante che funge da riserva energetica. Il glicogeno è fondamentale per sostenere il metabolismo corporeo insieme ai grassi, ma a differenza di questi ultimi, le riserve di glicogeno sono limitate, all’incirca massimo 300g circa ed è distribuito in diverse parti del corpo, in particolare nel fegato e nei muscoli. È importante sapere che con la glicogenolisi si ottengono diverse molecole di glucosio attraverso l’enzima glicogeno fosforilasi.

Digestione e assorbimento

Digestione dei carboidrati

La digestione enzimatica dei carboidrati è simile ma diversa per ogni glucide. Ad esempio, la digestione dell’amido, quella più complessa, parte dalla bocca e grazie all’enzima salivare amido-salivare idrolizza il legame glicosidico dell’amido per scinderlo in diversi monosaccaridi o disaccaridi. Successivamente si arriva allo stomaco dove l’amilasi salivare viene inibita dall’ambiente acido; qui si ferma la digestione per tutti i polisaccaridi non amido che verranno fermentati nel colon. Dopo di che, si arriva all’intestino tenue dove l’amilasi-pancreatica completa la digestione dell’amido. All’interno dell’intestino, si forma una miscela di oligosaccaridi derivati dall’amido per via dell’idrolisi dei due enzimi precedenti e successivamente gli oligosaccaridi vengono scomposti in molecole di glucosio, immobilizzate sull’orletto a spazzola dei villi intestinali.

Assorbimento dei monosaccaridi

L’assorbimento dei monosaccaridi avviene nell’intestino tenue tramite due meccanismi:

• Trasporto attivo: Avviene con un consumo di energia, tramite l’idrolisi dell’ATP. Questo è il caso del glucosio e galattosio, dove l’assorbimento avviene contro gradiente di concentrazione, tramite un trasportatore Na-dipendente, ma quando la concentrazione di questi zuccheri è troppo elevata si ha un trasporto passivo.
• Diffusione facilitata (trasporto passivo): Si ha quando il passaggio delle molecole avviene senza dispendio energetico con l’interventi di trasportatori o proteine. È il caso del fruttosio, tramite il trasportatore GLUT-5.

Metabolismo glucidico

Il metabolismo glucidico è regolato da due ormoni importantissimi, l’insulina e il glucagone. I carboidrati dopo digestione e assorbimento stimolano un aumento di glucosio nel sangue: questo cambiamento viene definito risposta glicemica. La risposta glicemica è influenzata da alcuni fattori tra i quali la natura dei carboidrati assunti, il tasso di digestione e di assorbimento e la presenza di altri componenti degli alimenti come la fibra, proteine, ecc. È proporzionale all’indice glicemico.

Indice glicemico

L’indice glicemico è la percentuale sulla velocità con cui aumenta la glicemia con 50 g di carboidrati di un qualsiasi alimento rispetto alla velocità con cui aumenta la glicemia con la stessa quantità di glucosio. (Fino a 40, l’indice glicemico degli alimenti è molto basso, da 50 a 70 è considerato moderato, da 70 in su è alto).

I valori normali della glicemia nell’uomo oscillano tra i 60 e 110 mg/dl. A differenza dei lipidi e delle proteine, il metabolismo dei carboidrati non produce sottoprodotti dannosi (corpi chetonici o urea, ad esempio) e il loro valore energetico è pari a 4 kcal/g per la maggior parte (non tutti, ad esempio quelli fermentati nel colon hanno un valore energetico pari alla metà). Un adulto in condizioni normali necessita di circa 180 g/die di glucosio per soddisfare i bisogni di energia del sistema nervoso centrale.

Attività fisica e glucidi

Il glucosio è indispensabile per l’attività fisica, in quanto nei muscoli è una fonte energetica formidabile. Nel mezzofondo e nel fondo, sono importanti in quanto ossidano i lipidi. Dopo un lungo sforzo muscolare, il glicogeno viene risintetizzato lentamente, all’incirca in 24h.

Assunzione glucidi

La razione consigliata di carboidrati è diversa a seconda della nostra attività fisica. Solitamente si dovrebbe assumere un valore compreso tra il 45 e il 60% delle calorie totali giornaliere, ma nel caso di un’attività fisica il limite può salire al 65% di calorie totali giornaliere. Per quanto riguarda i glucidi semplici, la razione deve essere inferiore al 15% delle calorie totali giornaliere.

Fibra alimentare

Fibra alimentare: “Quella porzione di alimento derivata dalla parete cellulare dei vegetali che è poco digerita nell’intestino umano” (Cit. Trowell 1972). Si intendono diversi carboidrati che sfuggono alla digestione dell’intestino tenue, solitamente composti di origine vegetale. I principali costituenti della fibra sono i polisaccaridi non amido (cellulosa, gomme). Queste sostanze possono essere fermentate dalla flora batterica con produzione di metano, anidride carbonica, acqua e acidi grassi volatili (come l’acido butirrico, l’acido acetico usato per il ciclo di Krebs e per la sintesi di lipidi).

La fibra alimentare si distingue in:

• Insolubile, idrofila: costituita da cellulosa e lignina, assorbe rilevanti quantità di acqua aumentando il volume delle feci che si fanno più “morbide” riducendo i tempi di transito intestinale.
• Solubile, gelificante: Un esempio sono i FOS (frutto-oligosaccaridi) ed è costituita da polisaccaridi cellulosici viscose (pectine, emicellulose), forma soluzioni che allungano i tempi di assorbimenti dei nutrienti e i tempi di svuotamento gastrico, avendo un azione più costipante che lassativa rispetto alla fibra insolubile.

A livello energetico, la fibra alimentare è del tutto trascurabile, fornisce pochissime calorie. Occorre dire che ci sono diversi tipi di fibra alimentare:

• Polisaccaridi non amido: cellulosa, emicellulosa
• Oligosaccaridi resistenti: FOS, GOS
• Amido resistente: Amido non fisicamente accessibile o amidi modificati
• Lignina: Un polimero organico costituito principalmente da fenoli

Lezione 3 – Lipidi

I lipidi sono biomolecole comunemente insolubili in acqua (per via della poca quantità di ossigeno presente) ma sono solubili in solventi organici (alcoli, idrocarburi), non sono macromolecole. Rappresentano una delle maggiori fonti di energia, un grammo di grassi presente nella dieta fornisce 9 kcal. Possono essere classificati in due gruppi:

• Semplici: Non saponificabili (non contengono acidi grassi e non possono subire idrolisi), i principali sono i terpeni (danno sostegno alla membrana della cellula a livello strutturale) e glicosteroidi (ormoni, un esempio è il colesterolo).
• Complessi: Sono saponificabili (caratterizzati da almeno un acido grasso).