Scienze Alimentazione

Indice

• Micronutrienti: le vitamine idrosolubili
• Micronutrienti: le vitamine liposolubili
• Macronutrienti: carboidrati, lipidi e proteine, digestione
• Fisiologia del apparato gastro-intestinale
• Alimentazione e malattie dell'intestino
• Glicemia, insulina e patologia correlata: diabete mellito tipo I e tipo II, i prodotti della glicazione avanzata e patologie correlate
• Gli AGES

Le vitamine idrosolubili

Oggi continuiamo il discorso delle vitamine: l'altra volta abbiamo trattato le vitamine liposolubili, oggi invece facciamo le vitamine idrosolubili. Le vitamine idrosolubili sono generalmente le vitamine del gruppo B, sono delle vitamine che facilmente si trovano negli alimenti, e quindi sono ampiamente presenti sia negli alimenti di origine animale che vegetale, e sono generalmente dei composti azotati e la loro funzione è quella di essere soprattutto dei coenzimi, cioè aiutano, sono fondamentali per l'attività di determinati enzimi.

Tiamina (vitamina B1)

La prima vitamina che vediamo è la tiamina, nota anche come vitamina B1: questa vitamina presenta una formula che è praticamente caratterizzata da un anello pirimidinico e da un anello tiazolico; si è visto che il gruppo metile dell'anello tiazolico ha una funzione molto importante per l'attività della vitamina, cioè in assenza di questo gruppo metilico la vitamina perde di efficacia. Ovviamente la tiamina, per poter svolgere le sue funzioni, deve essere attivata (gran parte delle vitamine idrosolubili necessitano di un processo di attivazione), e la tiamina viene attivata mediante un processo di fosforilazione: si forma la tiamina pirofosfato o difosfato, in quanto si ha praticamente il trasferimento di un gruppo pirofosfato, quindi due gruppi fosforici, da una molecola di ATP al gruppo ossidrilico della tiamina; questa reazione di fosforilazione determina, quindi, l'attivazione della stessa.

La tiamina è un coenzima di decarbossilasi, cioè le decarbossilasi sono praticamente degli enzimi che hanno la funzione di rimuovere dei gruppi CO₂ da determinati substrati e si è visto che, tra l'altro, questa vitamina è presente anche nelle cellule nervose, però contrariamente a tutte le altre tipologie cellulari nei neuroni la forma attiva non è la forma pirofosfato, bensì è trifosfato, cioè sono presenti tre gruppi fosforici legati alla tiamina.

A livello del Sistema Nervoso si è visto semplicemente che l'impulso nervoso porta all'idrolisi di questa vitamina, e questo porta ad un aumento della permeabilità verso la membrana al cloro, non si sa ancora di preciso quale sia il meccanismo che effettivamente induce questo fenomeno, cioè è stato semplicemente scoperto questo nelle ultime ricerche effettuate, prima non si sapeva neppure che c'era questa forma attiva della tiamina a livello del Sistema Nervoso.

Vediamo un pochettino la tiamina pirofosfato che cosa fa; innanzitutto è il coenzima in particolare di quattro enzimi: della piruvato deidrogenasi che è un enzima coinvolto nella decarbossilazione del piruvato e nella formazione dell'acetil-coenzima poi abbiamo l'α-A, che entra poi nel ciclo di Krebbs a livello mitocondriale; chetoglutarato deidrogenasi, che è sempre un enzima del ciclo di Krebbs ed è coinvolto nella decarbossilazione dell'isocitrato per formare l'α-chetoglutarato, quindi sono ovviamente degli enzimi coinvolti nel metabolismo del glucosio.

Poi abbiamo l'α-chetoacido deidrogenasi che è praticamente un enzima che si occupa soprattutto della decarbossilazione di amminoacidi ramificati; le transchetolasi che sono degli enzimi coinvolti nella via dei pentosi, la quale è praticamente una via metabolica che a partire dal glucosio porta alla formazione di zuccheri a 5 atomi di C, e in più la cosa importante di questa via è che si forma un composto che è l'NADPH, fondamentale per la biosintesi degli acidi grassi.

La tiamina viene assorbita, come tutte le altre vitamine, a livello intestinale; si è visto, però, che nei soggetti alcolizzati l'assorbimento della tiamina risulta essere notevolmente ridotto, e quindi si pensa che sia proprio l'alcool a ridurre l'assorbimento a livello intestinale.

Questo è uno schema che mette in evidenza il meccanismo di assorbimento: a livello dell'enterocita la tiamina può essere assorbita sia nella forma attiva, quindi fosforilata, sia nella forma defosforilata; la forma fosforilata la troviamo soprattutto in alimenti di origine animale, mentre la forma non fosforilata, quindi la forma libera, la ritroviamo soprattutto in alimenti di origine vegetale.

Che cosa succede? Questa forma attiva all'interno dell'enterocita entra, però ha difficoltà ad uscire a livello della membrana basolaterale, quindi deve essere almeno defosforilata di un gruppo fosfato, quindi si può formare la tiamina monofosfato, oppure può essere due volte fosforilata, e quindi abbiamo la tiamina libera; la tiamina libera può essere essa stessa attivata nell'enterocita oppure fuoriuscire come tale ed entrare nel circolo sanguigno.

Il trasporto che ha luogo a livello intestinale è un trasporto attivo; c'è da dire che la tiamina assorbita è legata all'albumina, quindi nel sangue la troveremo legata all'albumina, e queste due forme arrivano al fegato dove vengono attivate mediante un processo di fosforilazione la tiamina monofosfato e due processi di fosforilazione la tiamina libera.

Ripetiamo: sappiamo che per l'attivazione della tiamina pirofosfato, per la formazione della tiamina attiva bisogna praticamente operare un processo di fosforilazione; ovviamente questa fosforilazione include l'aggiunta di due gruppi fosfato a un gruppo ossidrile della tiamina stessa, quindi la tiamina è una tiamina pirofosfato oppure difosfato, che indica la presenza di due gruppi; in questa forma a livello intestinale non riesce ad attraversare la membrana basolaterale, nella forma attiva, e quindi deve essere almeno o defosforilata di un gruppo, e quindi in questo caso avremo la tiamina monofosfato, cioè è presente soltanto un gruppo legato all'ossidrile, oppure completamente defosforilata, e quindi abbiamo la vitamina B, cioè la tiamina libera. Ovviamente, immesse nel circolo sanguigno, queste sono legate all'albumina, perché la maggior parte delle vitamine e tutte le sostanze che attraversano il circolo sanguigno sono comunque accompagnate da alcune proteine plasmatiche, la principale in assoluto è l'albumina che è la proteina più abbondante nell'organismo.

Che cosa succede? Queste sono ovviamente delle forme non attive; generalmente l'attivazione di queste forme, e quindi l'aggiunta di fosfato alla tiamina monofosfato e l'aggiunta di ben due gruppi fosfato alla tiamina libera avvia un processo che ha luogo nel fegato, però non significa che nelle altre cellule questo processo non può verificarsi, però si è visto che prevalentemente l'attivazione avviene ad opera del fegato.

Non esiste ovviamente un deposito organico questa vitamina in eccesso viene eliminata con le urine, non viene depositata nell'organismo. Tra l'altro queste due forme della tiamina possono esse stesse entrare nell'eritrocita a livello del sangue ed essere attivate in tiamina pirofosfato; per questo dicevamo che non è solo il fegato che opera questo processo di attivazione, ovviamente la maggior parte delle cose che sono assorbite a livello intestinale arrivano al fegato, quindi lì o vengono depositate, o vengono smaltite in qualche modo vengono rimesse in circolo, comunque tutto arriva al fegato, però, ripetiamo, una quantità di questa tiamina può essere già attivata nei globuli rossi.

Questo schema riassume le tappe metaboliche dove effettivamente la vitamina è coinvolta, e come possiamo ben vedere è coinvolta soprattutto nel metabolismo del glucosio, dei lipidi e degli amminoacidi a catena ramificata. Tutto si conclude con la formazione dell'acetilcoenzima A che entra nel ciclo di Krebbs; ecco, abbiamo soltanto l'α-chetoglutarato deidrogenasi, che è un enzima proprio nel ciclo di Krebbs, e quindi la ritroviamo proprio nella degradazione dell'acetilcoenzima A. Una diminuzione della tiamina comporta ovviamente una riduzione dell'attività di questi enzimi del metabolismo del glucosio, quindi si avrà un accumulo di piruvato sicuramente all'interno della cellula, una riduzione della formazione di acetilcoenzima A, e se è ridotta la formazione di acetilcoenzima A rallenta anche il ciclo di Krebbs e si riduce anche la formazione di molecole di ATP, perché durante il ciclo di Krebbs abbiamo, appunto, la formazione di diverse molecole di ATP mediante il processo di fosforilazione ossidativa ecc. Si ha anche una riduzione della via dei pentosi che, come detto prima, è fondamentale soprattutto per la formazione del NADPH, e quindi viene ridotta anche la biosintesi degli acidi grassi.

Dove la ritroviamo? La ritroviamo prevalentemente negli alimenti di origine animale, soprattutto la tiamina pirofosfato, quindi la forma attiva, mentre nei vegetali, in particolare nei cereali è diffusa soprattutto la forma libera. Nella tabella (nella pagina successiva) è messo in evidenza che in particolare la carne di maiale e di pollo contengono un maggiore quantitativo di tiamina, così come la farina integrale e la farina di frumento; insomma è una vitamina che è ampiamente distribuita e diffusa nei diversi alimenti, quindi difficilmente si può andare incontro a carenza.

Carenza di tiamina

Ovviamente una deficienza di tiamina può portare alterazioni a carico del metabolismo dei carboidrati (il discorso che abbiamo fatto prima), però si è visto che deficienze acute si hanno nei soggetti che assumono alcool, ovviamente che assumono ripetutamente alcool, che sono alcolizzati, perché l'alcool interferisce con l'assorbimento della vitamina. Una deficienza protratta nel tempo, quindi per un bel po' di tempo, può portare ad una malattia che è nota come beri beri: è una malattia che può addirittura manifestarsi già nel bambino e si manifesta con vomito, nausea, diarrea.

Nell'adulto, invece, si possono distinguere due sintomatologie: una sintomatologia che può essere a carico del sistema nervoso, e quindi si ha generalmente atrofia muscolare, problemi soprattutto a carico degli arti inferiori, e una sintomatologia nota invece come beri-beri umido perché interessa più che altro l'apparato cardiocircolatorio, si ha ipertrofia cardiaca, insufficienza cardiaca; queste sono delle condizioni gravi che ovviamente se non curate tempestivamente possono portare alla morte, nel passato molte sono state le persone che sono morte proprio per questa malattia, fino a quando non si è scoperto che effettivamente era dovuta alla tiamina e quindi si è ricorsi in qualche modo a delle cure.

Tra l'altro la carenza di vitamina si trova in una encefalopatia, che è l'Encefalopatia di Wernicke, che è tipica dei soggetti alcolisti ed è caratterizzata da vomito, paralisi muscolare, febbre, coma, situazione quest'ultima che può portare alla morte, sempre dovuta alla carenza di questa vitamina.

Livelli di assunzione

Quali sono i livelli di assunzione che effettivamente un individuo deve rispettare per far sì che non insorga questo problema di carenza? In un adulto devono essere assunti sicuramente in media 1,2 mg al giorno, nel bambino tra 0,6 e 0,9 mg al giorno; ovviamente in particolari condizioni fisiologiche, tipo gravidanza e allattamento, queste dosi sono aumentate, però è tutto molto relativo all'assunzione dei carboidrati, perché se un soggetto assume molti carboidrati proprio come abitudine alimentare ovviamente il metabolismo dei carboidrati vede il coinvolgimento di enzimi che cooperano in presenza della tiamina, la tiamina è quindi coenzima di quegli enzimi del metabolismo dei carboidrati, e quindi è necessaria una maggiore supplementazione di tiamina; non troveremo mai persone che fanno un abuso esclusivo di carboidrati perché, bene o male, se si fa un abuso alimentare comunque è sia di carboidrati, che di lipidi e proteine, cioè non arriveremo mai ad una condizione in cui effettivamente una persona assume tonnellate di carboidrati, e quindi si può effettivamente avere una carenza per troppa assunzione di carboidrati, mentre si ha sicuramente una carenza a causa dell'assunzione di alcool.

Questa tabella riassume quanto appena detto. (N.B.: quando i livelli di assunzione raccomandati non è che dobbiamo imparare a memoria i livelli di assunzione di tutte le vitamine, ma sommariamente nell'adulto, per esempio, quale può essere il range, però difficilmente questa cosa viene richiesta all'esame).

Carenza nell'alcolismo

Per quanto riguarda la carenza nell'alcolismo si è visto che c'è un problema circa la presenza di tiamina; questo può essere dovuto ad una diminuzione dell'assorbimento (viene ridotto l'assorbimento intestinale), un'alimentazione squilibrata (ovviamente è difficile trovare un soggetto alcolizzato che ha un'alimentazione perfettamente equilibrata, e quindi anche un'alimentazione squilibrata può concorrere nella riduzione della vitamina); poi si osserva proprio una diminuita attivazione della vitamina stessa, cioè quel poco che riesce ad entrare nell'intestino, e quindi ad essere assorbito, non viene attivato; poi vi è proprio un aumento del fabbisogno di questa vitamina perché il catabolismo dell'alcool avviene grazie ad un enzima, che è l'alcool deidrogenasi: questo enzima per funzionare necessita proprio della tiamina, quindi parte della tiamina, in qualche modo assorbita, viene comunque sequestrata da quest'enzima per poter smaltire l'alcool presente nell'organismo, e quindi abbiamo via via sempre una riduzione della disponibilità dell'enzima per le sue funzioni che sono effettivamente coinvolte nel metabolismo dei carboidrati.

Effetti da eccesso di vitamina e antagonisti

Non si è osservata o almeno non è ancora nota alcuna manifestazione da eccesso di vitamina. È stato effettuato uno studio ad una dose massima di 500 mg al giorno per un mese e non si sono visti effetti tossici; ciò non significa che, protratto nel tempo, dopo 2, 3, 4 mesi non potrebbero insorgere effetti tossici; questa è solo una condizione sperimentale, e quindi si è visto che a queste dosi, che sono delle dosi molto elevate, per un mese comunque effetti tossici non ce ne sono.

Esistono degli antagonisti della tiamina, e sono due enzimi: tiaminasi I e tiaminasi II. La tiaminasi I è un enzima che si trova nell'intestino dei pesci: alimentarsi con pesci crudi può portare ad una ipovitaminosi di tiamina perché la tiaminasi I ha la funzione di degradare proprio la tiamina; quindi si è visto che, per esempio, in soggetti che vivono soprattutto nel Nord Europa, tipo in Groenlandia, e che si alimentano molto di pesci crudi, è stata riscontrata una carenza di tiamina da imputare proprio all'assunzione di pesce crudo; invece se il pesce è cotto ciò non avviene perché la tiaminasi viene inattivata dalla cottura.

Nel contempo anche noi produciamo tiaminasi di tipo II: vi sono dei batteri intestinali che producono quest'enzima, in minima parte per fortuna, che, appunto, degrada la tiamina e quindi la rende poco disponibile per l'organismo; però non si arriverà mai ad una carenza di tiamina a causa di un'eccessiva produzione intestinale di tiamnasi II, perché, ripetiamo, la tiaminasi II è prodotta, però in minima parte. Poi generalmente che cosa succede? La tiaminasi II viene prodotta a livello del colon, generalmente la tiamina è assorbita in una regione dell'intestino tenue, quindi è proprio quella quantità che non viene assorbita, e che comunque verrebbe persa con le feci, che viene poi effettivamente inattivata a livello del colon.

Riboflavina (vitamina B2)

La vitamina B2 è nota come riboflavina. Questa è praticamente una vitamina costituita da un composto eterociclico al quale è legato il ribitolo; questa catena laterale (ribitolo) è un alcool che deriva dalla riduzione del ribosio, ribulosio, di alcuni zuccheri. Per l'attività della vitamina è fondamentale la presenza di questa catena laterale: la luce, i raggi UV portano al distacco del ribitolo, e quindi alla perdita totale dell'attività della vitamina; tra l'altro è molto resistente al calore, quindi solo la luce riesce praticamente ad inattivarla.

Questa vitamina la ritroviamo come costituente di coenzimi che sono praticamente la flavinmononucleotide (FMN) e la flavinadenindinucleotide (FAD). La flavinmononucleotide (FMN) si forma per semplice fosforilazione della riboflavina, cioè deriva dalla fosforilazione a livello del gruppo ossidrilico (CH₂OH), della riboflavina, e quindi già abbiamo un coenzima attivo; mentre la flavinadenindinucleotide (FAD) deriva dall'interazione della flavinmononucleotide (FMN) con l'adenosintrifosfato, quindi per formarsi questo composto la flavinmononucleotide (FMN) interagisce con l'ATP, quindi l'ATP viene defosforilato, si rimuove un gruppo pirofosfato e si ha la formazione del FAD, coenzima abbastanza noto.

Ovviamente la formazione di questi enzimi già avviene a livello intestinale. Per quanto riguarda l'assorbimento, attraverso l'alimentazione questa vitamina viene introdotta in forma libera, viene introdotta nella forma di coenzima; nella forma coenzimatica non può essere assorbita, può essere assorbita soltanto nella forma libera. Esistono a livello del lume intestinale degli enzimi che sono in grado di idrolizzare questi due coenzimi, e quindi di rendere libera e disponibile la vitamina, che viene assorbita mediante un trasporto.