Riassunto esame Alimentazione e nutrizione umana, prof. Piccoli, libro consigliato Principi di Nutrizione

I nutrienti

I nutrienti riguardano quelle sostanze che sono necessarie per lo svolgimento dei processi vitali del nostro organismo (funzione energetica e strutturale).

Glucidi (saccaridi, zuccheri, carboidrati)

Costituiscono le molecole più abbondanti in natura, presenti principalmente nei vegetali (cereali). Il carbonio è in buona parte presente nei carboidrati. CARBOIDRATI significa idrati del carbonio, parola che descrive proprio la loro struttura chimica. Formula bruta: (CH₂O)_n (n=3-8).

Monosaccaridi

Le unità fondamentali dei carboidrati sono i monosaccaridi, molecole costituite da 3 a 8 carboni ai quali sono annessi gruppi carbonili (C=O) e ossidrili (OH) e atomi di idrogeno (H).

I monosaccaridi sono definiti come poliossirdrilici e, a seconda che sia legato con un gruppo aldeidico o chetonico, formerà rispettivamente polidrossialdeidi o polidrossichetoni. Caratteristica dei monosaccaridi è il fatto di essere isomeri, ovvero molecole che possono presentare lo stesso numero di elementi ma con disposizione diversa, determinando molecole differenti. L'isomeria nei monosaccaridi è determinata grazie alla capacità del carbonio di costituire una forma tetraedrica costituita da 4 legami semplici. Il carbonio legato, con i 4 legami semplici, a 4 gruppi funzionali diversi, è definito centro chirale. La presenza di più centri chirali nei monosaccaridi dà la possibilità alla molecola di presentarsi in 2 forme diverse ma speculari, chiamate enantiomeri.

Tale isomeria viene definita come ottica, in quanto le molecole speculari hanno la capacità di ruotare in maniera diversa il piano della luce polarizzata. In questo caso, per differenziare e riconoscere il tipo di isomero, viene adottata la convenzione di Fisher, la quale intende confrontare l’isomero di una molecola chirale con quella della gliceraldeide, che sarebbe lo zucchero più semplice. A seconda che il carbonio chirale sia legato a destra con un gruppo ossidrile, viene classificato come D (D-gliceraldeide), mentre se il gruppo ossidrile è posizionato a sinistra del carbonio chirale, viene classificato come L (L-gliceraldeide).

I monosaccaridi possono avere più centri chirali e di conseguenza più isomeri e, in questo caso, per riconoscere se lo zucchero appartiene al gruppo D o L, si prende in considerazione il carbonio chiralico più lontano dal gruppo aldeidico o chetonico.

Altre tipologie di isomeria

• Diasteroisomeri: stereoisomeri che non sono enantiomeri.
• Epimeri: isomeri che differiscono per un solo centro chirale.
• Anomeri: struttura ciclizzata che presenta isomeria.

Monosaccaridi che in H₂O diventano anomeri: in acqua i monosaccaridi perdono la loro struttura lineare per acquisire quella ciclica. I monosaccaridi con 5 o 6 carboni, in soluzione acquosa tendono a dare una reazione di ciclizzazione intramolecolare, che coinvolge il gruppo aldeidico o chetonico e il gruppo OH legato al carbonio 4 o 5, formando rispettivamente emicetali e emicheli. Il legame viene stabilito grazie all'atomo di ossigeno e viene definito ponte glicosidico.

Per effetto della ciclizzazione, anche il primo atomo di carbonio della catena diventa asimmetrico perché legato a 4 gruppi diversi: -O-, -H, -OH e il resto della molecola. Si formano così 2 nuovi isomeri, detti anomeri e indicati come α e β. La differenza tra l’anomero α e β, sta nella posizione del gruppo ossidrile (-OH) legato al carbonio in posizione 1. Per far sì che avvenga la ciclizzazione, conta anche la lunghezza della molecola; se infatti è troppo corta, manca la distanza che consente alle cariche degli atomi di non respingersi. Nell’anomero α, l'OH si trova al di sotto di tale piano, mentre nell’anomero β si trova al di sopra.

Importanza biologica dell'isomeria

La disposizione degli elementi costituenti una molecola ha una grande importanza a livello biologico, in quanto una certa disposizione della molecola può venire ad essere riconosciuta, o meno, dal nostro metabolismo. Per quanto riguarda i carboidrati, ad esempio, l’esistenza delle due forme anomeriche α e β del D-glucosio, è un particolare di grande importanza biologica. Innanzitutto si deve tenere presente che solo il D-glucosio può essere utilizzato dagli esseri viventi. Poi il nostro organismo riconosce solo l’anomero α, cioè il costituente dell’amido e del glicogeno, e rappresenta quindi il combustibile più importante da cui gli organismi (piante comprese) possono trarre energia. L’anomero β è il costituente della cellulosa e non può essere usato da organismi animali, ad eccezione degli erbivori che possiedono nel rumine batteri in grado di trasformarlo nella forma α.

Alcuni monosaccaridi differiscono tra loro per la diversa disposizione dei loro elementi:

• Glucosio, C₆H₁₂O₆: è un aldoso che si trova in grandi quantità in tutto il mondo vivente ed è utilizzato da tutte le cellule animali. È la fonte energetica principale del tessuto nervoso e degli eritrociti.
• Galattosio: si diversifica dal glucosio per diversa configurazione sul carbonio 4. Può essere prodotto dal glucosio 1-fosfato o andare a costituire il lattosio, oppure andare a costituire glicolipidi-glicoproteine-fosfolipidi.
• Fruttosio: è un cheto esoso, isomero del glucosio e contenuto in grandi quantità nella frutta, miele e sciroppo di granoturco. Il fruttosio rispetto al saccarosio ha un potere dolcificante maggiore.

Derivati monosaccaridi

• Aminozuccheri: contengono un gruppo amminico al posto di un gruppo OH, sono: D-glucosammina, D-mannosammina e D-galattosammina.
• Alcol zuccheri: altri derivanti degli zuccheri si possono ottenere per ossidazione di un gruppo OH, producendo così un gruppo acido (acidi gluconici o uronici), ad esempio acido ascorbico (vitamina C), sintetizzata dalle piante e molti animali, ma non dall’uomo.

Due monosaccaridi possono reagire per formare un legame covalente tra il carbonio anomerico di un monosaccaride e il gruppo OH dell’altro, con perdita di una molecola di acqua (H₂O). Il legame che si forma viene definito come legame glicosidico. Quando si legano due monosaccaridi si formano i disaccaridi. Quando si legano da 2 a 8 monosaccaridi si formano gli oligosaccaridi, mentre quando i monosaccaridi sono più di 8 si formano i polisaccaridi.

Disaccaridi

I più famosi sono:

• Maltosio: formato da alfa-glucosio-alfa-glucosio, il legame glicosidico si viene a costituire tra il carbonio 1 di un glucosio e il carbonio 4 dell'altro. Esso è contenuto nella birra, cereali e germogli. È anche il prodotto di idrolisi enzimatica dell’amido.
• Saccarosio: è il più abbondante nel regno vegetale, formato da alfa-glucosio-beta-fruttosio. Si trova nello zucchero di barbabietola e canna e nel miele.
• Lattosio: formato da beta-galattosio-alfa-glucosio, è presente nel latte, ma può essere prodotto anche artificialmente. È il meno dolce dei disaccaridi. Il lattosio va ad essere scisso nell’intestino grazie alla presenza dell’enzima lattasi contenuto nei villi intestinali; la sua mancanza provoca intolleranza.

Polisaccaridi

Si possono dividere in due tipi:

• Omo-polisaccaridi: formati da una serie di monosaccaridi tutti dello stesso tipo.
• Etero-polisaccaridi: serie di monosaccaridi diversi tra loro. Le catene di polisaccaridi possono essere sia lineari che ramificate.

I più importanti sono:

• Amido: formato da sequenza di glucosio. Forma di accumulo di glucosio da parte delle piante. Si trova in semi, cereali, legumi, patate e radici. È costituito da amilosio, che è costituito da una sequenza lineare di glucosio, i cui legami tra unità sono del tipo α-(1-4), e da amilopectina, costituita da sequenza ramificata di glucosio, i cui legami sono del tipo α-(1-6). Proprio la sequenza ramificata è responsabile della forma granulare. Inoltre, l’amilopectina è presente in quantità maggiore rispetto all’amilosio. Gli amidi che presentano una concentrazione maggiore di amilopectina risultano più digeribili e assorbibili, in quanto l’amilopectina, grazie alle sue ramificazioni, mette a disposizione dell’amilasi una quantità maggiore di estremità riducenti sulle quali agire.
• Glicogeno: rappresenta la forma di immagazzinamento di glucosio nel corpo umano ed è presente con una quantità di 250g nei muscoli e 100g nel fegato. È un polimero altamente ramificato (più dell’amido), in seguito alla maggior presenza di legami glicosidici α-(1-6). Il motivo per cui il glucosio è conservato in glicogeno, invece che in forma libera, è dato dal fatto che in questo modo viene mantenuta costante la pressione osmotica intracellulare, che altrimenti in presenza di glucosio libero, aumenterebbe fino alla lisi cellulare.
• Cellulosa: presente nelle piante con funzione strutturale. È costituita da ripetizioni di glucosio con legame β-(1,4) organizzato in struttura lineare a formare fibre. Tale anomero in configurazione β, non può essere utilizzato dal nostro organismo in quanto non riconosciuto da nessun enzima. Infatti, non presentiamo l’enzima β-glicosidasi, ma solo enzima α-glicosidasi.

Come stabilire il fabbisogno energetico giornaliero

In generale, l’apporto energetico deve mantenere un bilancio corretto: le kcal introdotte con la dieta devono essere pari alla quantità di energia spesa. Stabilire il fabbisogno energetico giornaliero di ogni persona non è facile, poiché ogni soggetto differisce in base a caratteristiche genetiche, metaboliche e stile di vita. In particolar modo, per poter definire il fabbisogno energetico di un individuo, bisogna tenere in considerazione per quali aspetti il nostro organismo utilizza energia: mantenere metabolismo basale, produzione di calore a partire dal cibo e attività fisica.

Come stabilire i livelli di nutrienti da assumere: LARN

L’energia può essere ricavata da diversi nutrienti: carboidrati, grassi e proteine. Ma ogni gruppo di questi nutrienti svolge altre funzioni oltre a quella energetica e oltretutto, la funzione energetica viene ad essere svolta maggiormente da un gruppo di nutrienti rispetto agli altri (45-60% dell’energia totale deriva da carboidrati, 25% da lipidi, 10% da proteine). Di conseguenza, la ripartizione del fabbisogno energetico non è equamente distribuita per ogni categoria di nutrienti, ma ognuna presenterà un proprio LARN (livello di assunzione raccomandato di nutriente).

LARN glucidi

I carboidrati rappresentano il nutriente dal quale proviene più energia (45-60% dell’energia totale). Nonostante rappresenti la fonte principale di energia, le regole per la sua assunzione non risultano severe come quelle di altri nutrienti, in quanto l’organismo è in grado di rigenerare glucosio (gluconeogenesi). Tuttavia, una sua carenza prolungata porta allo sviluppo di condizioni non favorevoli per il nostro organismo.

Carenza glucidi

L’assenza di carboidrati e la loro sintesi a partire da altri precursori (gluconeogenesi), non risulta sufficiente a soddisfare il fabbisogno energetico quotidiano, per tale motivo il metabolismo energetico tende a produrre energia a partire da altri nutrienti come proteine e lipidi. Le proteine svolgono principalmente un ruolo “strutturale”, di conseguenza la deplezione di proteine dieta-muscolari comporta una quantità insufficiente per svolgere la funzione strutturale. L’utilizzo prolungato di lipidi e la simultanea attivazione del meccanismo gluconeogenetico (responsabile del rallentamento del ciclo di Krebs) comporta un accumulo di acetil-CoA e l’attivazione di una via metabolica energetica di riserva: chetoneogenesi. Tale via converte acetil-CoA in corpi chetonici, una forma molecolare energetica che può essere esportata in altri tessuti e utilizzata per ricavare energia, evitando così un rallentamento della beta-ossidazione e quindi la possibilità di continuare a ricavare energia da lipidi, nonostante il rallentamento del ciclo di Krebs, imposto dalla gluconeogenesi. L’aspetto negativo della produzione di corpi chetonici riguarda il fatto che, una loro produzione in quantità maggiori rispetto alle capacità degli organi extraepatici di utilizzarli, comporta un accumulo nel sangue (chetosi) ed essendo composti acidi, tendono a liberare H⁺ con conseguente abbassamento del pH ematico: acidosi.

Eccesso di glucidi

L’eccesso di carboidrati viene ad essere convertito in acidi grassi ed immagazzinati sotto forma di trigliceridi, determinando come effetto un aumento dei trigliceridi e una diminuzione dell'HDL, con un aumento del rischio coronarico. È consigliabile che l’assunzione di carboidrati sia sotto forma di amido invece che di zuccheri solubili (glucosio, fruttosio, saccarosio), in quanto quest’ultimi sembrano essere correlati ad una maggiore insorgenza di diabete e carie dentaria. Cibi ricchi di amido includono pane, pasta, cereali e legumi. Cibi che contengono quantità rilevanti di zuccheri solubili includono dolci, frutta (banane, uva, fichi) e alcune bevande.

Indice glicemico

L’aumento del glucosio ematico è diverso a seconda dell’alimento che viene introdotto. La capacità che ogni alimento ha di poter aumentare la glicemia a parità di contenuto glicemico, viene definita indice glicemico (IG): (risposta glicemica singolo elemento/risposta glicemica alimento di riferimento) x 100. A seconda dell’IG si effettua una classificazione degli alimenti:

• Alimenti alto IG: causano un aumento rapido della glicemia subito dopo l’assorbimento, ma è seguito da un repentino calo.
• Alimenti basso IG: causano un aumento graduale della glicemia, dando un senso di sazietà per un periodo più lungo.

L’IG (quindi la capacità di ogni alimento di poter aumentare la glicemia), varia a seconda di:

• Dimensioni particelle
• Forma
• Grado di cottura
• L’alimento in questione viene assunto isolatamente oppure durante un pasto insieme ad altri alimenti (ad esempio frutta e verdura contenenti fibra, che è in grado di abbassare la glicemia e quindi ritardare lo svuotamento gastrico).

A tal proposito, dobbiamo menzionare anche la variazione dell’IG in seguito al rapporto lipidi/proteine. Latticini, legumi e frutta hanno un IG basso, mentre pane e riso possono avere un IG sia alto che basso. Le patate hanno un IG più elevato rispetto alla pasta e legumi.

Diete caratterizzate da cibi a basso IG sembrano avere effetti benefici su varie condizioni patologiche e ciò ha indotto a proporre diete costituite da cibi a basso IG. Tale metodologia è stata messa in discussione, in seguito alle variazioni che l’IG può subire in conseguenza a interferenze con altri alimenti. Perciò i nutrizionisti tendono a consigliare una valutazione dell’IG riferita ad un pasto intero e non quindi del solo alimento.

Importanza dei glucidi nell’esercizio fisico

All’interno del muscolo è presente glucosio immagazzinato sotto forma di glicogeno muscolare. Tale riserva può essere immagazzinata con una limitata quantità (non come gli acidi grassi). Nello svolgimento di tutte le attività fisiche, il glucosio rappresenta il combustibile d’eccellenza per ricavare energia, la cui deplezione può variare a seconda del tipo di attività, ed essere sostituito in parte dall’utilizzo di lipidi: per attività intense e di breve durata (attività anaerobiche) è indispensabile l’utilizzo di glucosio, mentre per attività aerobiche intense il consumo energetico è composto da 40-50% lipidi e 60-50% glucosio.

Una volta che il glicogeno muscolare si è esaurito (ciò può avvenire anche nel giro di 60 secondi) si ha l’impedimento nel continuare l’attività svolta a quella intensità. Il corpo ha bisogno di recupero per poter ristabilire le proprie riserve di glicogeno. Le piene riserve vanno ad essere ristabilite dopo almeno 24 ore. Dunque, in un soggetto che compie attività fisica, per permettere la ristabilizzazione del glicogeno muscolare sarà importante una elevata quantità di carboidrati.

Carboidrati non disponibili

Vengono definiti come carboidrati non disponibili, quei carboidrati della dieta resistenti all’azione degli enzimi digestivi che, pur non contribuendo in modo apprezzabile all’apporto energetico giornaliero, possono modulare importanti funzioni dell’organismo e contribuire al mantenimento di uno stato di buona salute. I carboidrati non disponibili possono essere idrolizzati parzialmente o totalmente dalla microflora intestinale presente nella porzione dell’intestino crasso. I prodotti di questa idrolisi sono: acqua, anidride carbonica, metano, acido butirrico, acido propionico, acido acetico ed etanolo, e vanno ad essere riassorbiti nel colon. Invece che utilizzare il termine “non disponibili”, sarebbe più corretto il termine “non glicemici”. Questi composti possono essere presenti naturalmente nell’alimento, oppure possono essere prodotti. Molti di questi composti (ma non tutti) appartengono alla categoria delle fibre alimentari.

Fibra alimentare

Non è ancora presente una definizione ampia del termine. Un aspetto in comune è quello di non essere idrolizzabile per gli enzimi digestivi umani. I composti che appartengono alla categoria della fibra, possono svolgere funzioni fisiologiche molto diversificate e mentre per alcuni di essi è stato dimostrato un ruolo positivo per la salute, per altri non vi è alcuna evidenza circa eventuali effetti benefici.