Le sostanze chimiche
nella storia dell’umanità:
Acido Ascorbico
Classe 5TA Liceo Scientifico Tecnologico A.S. 2011/12
Che cosa hanno in
comune uomo, cavia,
pipistrello e gorilla?
Al contrario di quasi tutte le
altre specie animali non sono
in grado di sintetizzare una
molecola, di per sé non
particolarmente complessa,
ma molto importante per il buon
funzionamento dell’organismo:
l’acido ascorbico, chiamato
anche vitamina C.
Un po’ di storia …
La carenza di vitamina C provoca lo
scorbuto, malattia conosciuta già
dagli Egizi nel 1500 a.C., citata da
Ippocrate nel V secolo a.C., diffusa
durante le Crociate e tra le
popolazioni dell’Europa
settentrionale che si nutrivano per
gran parte dell’anno con una dieta
carente di frutta e verdura fresca.
Ippocrate di Kos
”… da questa sventura, insieme all’insalubrità del paese, dove non cade mai
una goccia di pioggia, siamo stati colpiti dal “morbo da accampamento”, a tal
punto da far raggrinzire la carne dei nostri arti e da far ricoprire la pelle delle
nostre gambe di macchie scure e maleodoranti come un vecchio cavastivali, e
da attaccare anche le gengive di quelli che avevano contratto la malattia, e
nessuno poteva scappare da questa malattia se non attraverso la morte.
Questo era il segnale: quando il naso cominciava a sanguinare allora la morte
era alle porte …”
Tratto da The Memoirs of the Lord of Joinville,
ca 1300, il brano descrive i sintomi devastanti
della malattia nell’esercito di Luigi IX durante
la Settima Crociata (1248-1254)
A partire dal Quattrocento, lo sviluppo della vita marinaresca provocò un
aumento esponenziale dei casi di scorbuto, perché i viaggi via mare si fecero
più lunghi e i marinai furono costretti a dipendere da cibo conservato per
tempi piuttosto prolungati. Si stima che circa un milione di marinai perirono
durante le esplorazioni europee dal 1500 al 1800.
Vasco de Gama - 1497, quando doppiò Capo di Buona Speranza
nell’esplorazione della rotta commerciale delle Indie, aveva già
perso 160 dei suoi uomini
Ferdinando Magellano - 1519- 1522, durante la prima
circumnavigazione del globo subì la perdita di più dell’80% del
suo equipaggio
Jacques Cartier - 1535-1536, durante l’esplorazione
delle coste canadesi, curò il suo equipaggio con una
bevanda a base di estratti di pino rosso
Nel 1747 James Lind, medico della
Marina Britannica, effettuò la prima
sperimentazione clinica storicamente
documentata: egli somministrò a sei
coppie di marinai malati di scorbuto
rispettivamente sidro, vetriolo, aceto,
acqua di mare, arance e limoni e una
miscela composta da ingredienti vari
tra cui spezie e aglio, dimostrando
che il trattamento con agrumi era il
più efficace.
I risultati vennero pubblicati nel 1753
nel “Treatise on the Scurvy”, ma non
vennero presi in considerazione fino
al 1795, quando la Marina Britannica
introdusse succo di limone nella dieta
dei marinai, determinando la drastica
riduzione dei casi di scorbuto.
Nel 1770 l’Endaevour, la nave
di James Cook, si incagliò
nella Barriera Corallina: i
marinai, sani e in forze,
riuscirono a risolvere una
situazione che non sarebbe
mai potuta essere sostenuta
da un equipaggio devastato
dallo scorbuto, che Cook
aveva conosciuto in un
precedente viaggio.
Per quella esperienza egli si
propose di non perdere un
solo uomo a causa della
malattia, assicurando nelle
razioni dei suoi marinai la
presenza di cibi antiscorbuto
come i crauti.
Nel 1921 l’acido ascorbico venne classificato come vitamina, ma la malattia
persistette in varie parti del mondo fino agli anni ’30 del XX secolo, quando
venne isolato dai ricercatori Albert Szent- Györgyi e Charles Glenn King e
successivamente sintetizzato da Walter Norman Haworth e Tadeus Reichstein.
Nel 1937, per i loro risultati, Haworth e Györgyi ricevettero il premio Nobel
rispettivamente per la Chimica e per la Medicina.
Albert
Szent- Györgyi
Walter Norman
Haworth
Charles
Glenn King
Tadeus
Reichstein
Nel 1955 J.J. Burns scoprì che il
motivo per cui alcuni mammiferi
non riescono a produrre l’acido
ascorbico è la mancanza dell’enzima
L-gulonolattone ossidasi, che ne
permette la sintesi.
Successivamente si è scoperto che il
gene per la L-gulonolattone ossidasi
è presente nell’uomo in forma di
pseudogene, mutato e incapace di
funzionare: esso è stato localizzato
sul braccio corto del cromosoma 8 e
contiene solo 5 dei 12 esoni che
costituiscono il gene funzionante.
Scheda chimica
Acido ascorbico
C6H8O6
5-(1,2-diidrossietil)-3,4-diidrossifurano-2-one
- sostanza cristallina incolore, inodore, di sapore acido
- molto idrosolubile
- pH ≈ 2,5
- rotazione ottica specifica +20 gradi
- solo l’enantiomero L è biologicamente attivo e corrisponde alla
vitamina C
Nei vegetali è particolarmente abbondante nei frutti, nelle foglie e nei
fiori. Particolarmente ricchi di vitamina C sono kiwi, agrumi, fragole,
peperoni, pomodori, patate, spinaci, tuttavia essa tende a decomporsi
facilmente all’aria, alla luce, al calore e per azione di sostanze alcaline e
metalli come il rame: la cottura ne può ridurre del 75% il contenuto.
Gli animali sintetizzano l’acido ascorbico trasformando il
glucosio in ascorbato attraverso quattro tappe enzimatiche
del ciclo dell’acido glucuronico
L’uomo non possiede l’ultimo enzima epatico di questa via
metabolica, la L-gulonolattone ossidasi, e quindi deve assumere
la vitamina C con la dieta.
L’assorbimento della vitamina C avviene nello stomaco e nell’intestino tenue
attraverso un meccanismo di trasporto facilitato Na+ dipendente: a basse
dosi dietetiche è quasi completo, ma tende a diminuire a dosi superiori a 1g.
Stress, fumo e alcuni farmaci ne riducono le concentrazioni
plasmatiche. Nel plasma la vitamina C è presente al 90-95%
come acido ascorbico trasportato dall’albumina e al 5-10%
come acido deidroascorbico.
La quantità massima di acido ascorbico che può essere
presente nell’organismo umano è di 5 g, concentrato
soprattutto nel fegato e nelle ghiandole surrenali, ma
si trova in discreta misura anche nel latte umano
La quantità che non viene immagazzinata nei
tessuti è eliminata con le urine, dopo un parziale
riassorbimento nei tubuli renali per trasporto
attivo Na+ dipendente.
Tabella dose giornaliera - concentrazione plasmatica
concentrazione
plasmatica
pool di riserva
condizioni normali
dose minima giornaliera 5-10 mg
dose giornaliera raccomandata 60 mg
0,5 mg/dl
0,8 mg/dl
600-1000 mg
600-1500 mg
condizioni patologiche = scorbuto*
0,15 mg/dl
300 mg
* degenerazione generalizzata del tessuto connettivo per insufficiente
produzione di collagene e, in fase avanzata, da emorragie per la fragilità dei
vasi sanguigni, perdita dei denti, insufficiente cicatrizzazione delle ferite,
dolore e degenerazione delle ossa oltre che insufficienza cardiaca; nei
bambini si osserva anche un arresto della crescita (morbo di Barlow).
Più frequenti oggi sono alcune forme precarenziali, collegabili all’aumento
dello stress ossidativo e dei radicali liberi, con una sintomatologia
caratterizzata da affaticamento, irritabilità e infezioni respiratorie più acute.
Azione biologica
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L’acido ascorbico:
interviene come antiossidante nei processi di difesa cellulare favorendo
l’eliminazione dei radicali liberi causa dell’invecchiamento e dell’insorgenza
di tumori
interviene nella sintesi del collagene, componente fondamentale dei
tessuti connettivi, struttura di rinforzo nella pelle, nei vasi sanguigni, nei
muscoli e nelle ossa e in genere dei componenti della matrice
intercellulare
interviene nell’idrossilazione della dopamina per formare adrenalina e
noradrenalina
interviene nella sintesi degli acidi biliari
svolge azione di cofattore in diverse reazioni metaboliche
favorisce la riduzione dell’acido folico nelle sue forme coenzimatiche
favorisce l’assorbimento intestinale del ferro riducendo Fe(III) a Fe(II)
Azione chimica
Le numerose funzioni attribuite alla vitamina C sono riconducibili
al fatto che si tratta di un valido donatore di elettroni e quindi
alla sua capacità di favorire reazioni di ossidoriduzione.
La forte azione riducente è dovuta alla presenza nella molecola
di un gruppo enediolico che può donare un elettrone: in questo
modo si forma l’acido semideidroascorbico che può, a sua volta,
donare un secondo elettrone formando l’acido deidroascorbico.
acido ascorbico
acido deidroascorbico
La produzione di vitamina C utilizza come substrato il D-glucosio e
si avvale di colture di Acetobacter suboxydans che operano
un’ossidazione enzimatica necessaria al processo, per il resto
costituito unicamente da passaggi chimici.
Poiché in natura esistono batteri in grado di compiere alcune
reazioni della sintesi della vitamina C, per meglio rispondere alle
direttive UE sulla derivazione naturale degli aromi naturali è stato
messo a punto anche un metodo che utilizza esclusivamente
colture di Erwinia herbicola modificata geneticamente, in grado
di produrre vitamina C direttamente dal glucosio senza
trattamenti puramente chimici.
Erwinia herbicola
Uso industriale
Per la spiccata azione antiossidante, l’acido ascorbico viene utilizzato
nelle industrie alimentari quale additivo per la conservazione dei cibi,
inoltre, come acidificante, protegge anche dal botulismo.
Nelle etichette, la sua presenza è indicata dalle sigle internazionali:
• E300 acido ascorbico
• E301 ascorbato di sodio
• E302 ascorbato di calcio
• E303 ascorbato di potassio (non più approvato dall’UE)
• E304 estere ottenuto dall’unione dell’acido ascorbico con un acido
grasso (palmitato o stearato)
Esperienza di laboratorio
Determinazione sperimentale del contenuto di vitamina C in succhi
di frutta (limone, clementina, succo mela carota limone)
Premessa
In questa determinazione si sfruttano le proprietà riducenti dell’acido
ascorbico. In presenza di una soluzione acquosa contenente iodio,
l’acido ascorbico si ossida ad acido deidroascorbico incolore e riduce
lo iodio a I- secondo la reazione:
C6H8O6 + I2 ⟶ C6H6O6 + 2H+ + 2I-
1^ fase
• Si prepara una soluzione contenente 1 g di acido ascorbico /1 litro
(1 g/l = 1mg/ml) e se ne versano 10 ml (= 10 mg di acido ascorbico)
in un becher.
• Si versano 50 ml di soluzione di Lugol in una buretta.
• Si prepara una sospensione di amido e se ne aggiungono 10 gocce
alla soluzione di acido ascorbico, con la funzione di indicatore.
Si titola la soluzione di acido ascorbico con la soluzione di Lugol fino
alla comparsa nel becher di una colorazione blu persistente per
almeno 20 secondi, che indica la reazione dello iodio con l’amido
dopo l’esaurimento di tutto l’acido ascorbico.
Il volume di soluzione di Lugol registrato a questo punto, 3,9 ml,
rappresenta la quantità che ha reagito con l’acido ascorbico (10 mg)
presente nel becher, da cui si calcola che 1 ml di soluzione reagisce
con 2,56 mg di acido ascorbico.
2^ fase
Si utilizza la stessa procedura per saggiare i campioni di succo di
frutta da analizzare, moltiplicando per 2.56 mg i ml di soluzione di
iodio registrati.
campioni
ml di soluzione
di Lugol
mg calcolati di
acido ascorbico
spremuta di limone
1,20 ml
3,07 mg
spremuta di clementina
2,15 ml
5,50 mg
succo mela carota limone
0,73 ml
1,86 mg
Bibliografia e sitografia
Penny Le Couteur-Jay Burreson “I bottoni di Napoleone” ed. TEA 2008
David L. Nelson e Michael M. Cox “I principi di biochimica di Lehninger” , 4^ed.
Zanichelli 2006
Moruzzi-Rossi-Rabbi “Principi di Chimica biologica” Libreria Universitaria Tinarelli
Bologna 1975
Goodman-Gilman “Le basi farmacologiche della terapia” 2^ed.it. Zanichelli 1987
Meyers-Jawetz-Goldfien “Farmacologia medica” 2^ ed.it. Piccin editore 1982
www.sapere.it
www.treccani.it
www.valori-alimenti.com