Università di Roma Tor Vergata- Scienze della Nutrizione Umana
Corso di Biochimica della Nutrizione A.A. 2013-2014
1- NUTRIENTI
2- CARBOIDRATI
u 
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Struttura
Funzioni
Fonti alimentari
Digestione e assorbimento
Metabolismo del glucosio
Metabolismo del fruttosio e del galattosio
Intolleranze
NUTRIENTI sono sostanze chimiche contenute negli alimenti necessarie
per la vita, e la crescita, mantenimento e riparo dei tessuti dell organismo
CARBOIDRATI
PROTEINE
LIPIDI
MACRONUTRIENTI richiesti in grande quantità
VITAMINE
MINERALI
MICRONUTRIENTI richiesti in piccole quantità (mg o ug)
ACQUA
ALTRI COMPONENTI NON ESSENZIALI
ma associati a diminuito rischio di malattia incluse malattie cardiovascolari.
Carotenoidi
Fitosteroli
Fibra alimentare
Polifenoli
Altri fitochimici
MACRONUTRIENTI: carboidrati, lipidi, amminoacidi o proteine
formati per la maggior parte da sei elementi
Carbonio C
la capacità del carbonio di formare legami C-C covalenti, che originano catene
estese e composti ciclici permette la formazione di miriadi di composti (non
esistono catene di N o di O).
Ogni legame costituisce una piccola riserva di energia, permettendo pertanto
alle molecole organiche di servire da fonta di energia per il nostro organismo
Idrogeno H
Ossigeno O
Azoto N
Fosforo P
Zolfo S
C, H, O, N costituiscono il circa l 88% del nostro peso secco cioè acqua
esclusa.
Questi elementi sono presenti nel nostro corpo (uomo di 65 kg) in circa
11 kg di proteine, 10 kg di lipidi e 0,6 kg di carboidrati
(da rapporto C:H:O = 1:2:1
o
Glucidi
(poiché alcuni sono dolci)
o
Saccaridi
Cn(H2O)n
I carboidrati hanno diverse funzioni
Metabolica (glucosio, fruttosio, amido)
Strutturale
cellulosa (piante)
chitina (esoscheletro insetti e crostacei)
glicosamminoglicani (tessuti connettivi)
Informazione e riconoscimento
glicoproteine di membrana (gruppi sanguigni)
Anticoagulante (eparina)
Eliminazione epatica di composti lipofili
(acido glucuronico)
Un glucide, da un punto di vista chimico, è il derivato aldeidico o chetonico di un alcol polivalente In base a questa definizione la molecola deve essere formata da almeno tre atomi di carbonio. gliceraldeide diossiacetone CLASSIFICAZIONE dei MONOSACCARIDI
NUMERO di ATOMI di CARBONIO (in genere 3-7)
3 atomi di C – triosi
gliceraldeide e diossiacetone: intermedi metabolici
5 atomi di C: pentosi
ribosio: nei nucletidi, nel DNA
6 atomi di C: esosi
glucosio, fruttosio, galattosio - importanza alimentare
ALDOSI e CHETOSI
glucosio-fruttosio
Desinenza –osio oppure –ulosio
Es. ribosio e ribulosio
ANOMERI e struttura ciclica
D(+)-­‐glucosio (abbreviazione Glc) CH2OH
5
H
O
H
4
1C
H
HO
H
H
2
C
3
4
C
6
H
4
C
5
C
OH
HO
H
1
C
O
H
OH
3
OH
HO
H
CH2OH
5
O
H H
OH
2
H
OH
CH2OH
C
HO
3
H
4
H
5
6
C
H
C
OH
C
OH
CH2OH
O
H
2
H
1
OH
H
OH
CH2OH
5
O
OH
H H
1
4
H H
HO OH
6
2
OH
forma beta
β-­‐ D(+)-­‐glucosio ANOMERI α – β
legame emiacetalico del C
carbonilico anomerico
2OH
O
3
H
Fruttosio (Fru)
2
H
OH
3
6
1CH
forma alfa
6
6
HOCH2
OH
O
5
2
H H
4
OH
HO
3
H
CH2OH
1
forme interconvertibili
(forma aperta di transizione in
soluzione: 0,02%)
ANOMERI α – β
forme interconvertibili nei monosaccaridi liberi ma NON nei loro
derivati polimerici
β-­‐ D(+)-­‐glucosio Il gruppo -­‐OH del C in posizione 1 deriva dal gruppo aldeidico ed ha pertanto reaEvità diversa dagli -­‐OH alcolici legaG agli altri atomi di C (gruppo riducente). È coinvolto nel legame emiacetalico intramolecolare (legame fra -­‐CHO in posizione 1 ed -­‐OH in posizione 5). Legame alfa o beta. E anche coinvolto nell ulteriore legame acetalico intermolecolare fra il C1 del primo monosaccaride ed il C (in genere C4 oppure C6) del monosaccaride successivo. EPIMERI
differiscono per la configurazione dei gruppi –OH e –H
glucosio - mannosio C3
glucosio – galattosio (abbreviazione Gal) C4,
O
H
1C
H
HO
H
H
2
1C
2
C
OH
C
H
HO
C
OH
HO - C - H
3
4
O
H
5
6
C
OH
CH2OH
H
C
OH
C
H
3
4
H
5
6
C
OH
CH2OH
CLASSIFICAZIONE dei CARBOIDRATI
MONOSACCARIDE o unità monomerica può polimerizzare a dare: DISACCARIDI in alimentazione col termine ZUCCHERI (SUGARS) si fa comunemente riferimento a disaccaridi e monosaccaridi -­‐ Glc, Fru, Gal e alcoli derivaG, in accordo a FAO (Food & Agricolture OrganizaGon) e WHO (World Health OrganizaGon) LaLosio -­‐ zucchero del laSe Saccarosio -­‐ zucchero di canna Maltosio -­‐ scissione dell amido Cellobiosio -­‐ scissione della cellulosa OLIGOSACCARIDI (3-­‐9 unità) in vegetali; legaP a glicoproteine a differenza di proteine ed acidi nucleici, sempre lineari, i polimeri di glucidi possono essere lineari o ramificaG POLISACCARIDI Amido (amilopecGna ramificata + amilosio lineare) alimentare Glicogeno (ramificato) riserva di glucosio nell uomo Cellulosa (lineare) struSurale nelle piante Acido ialuronico (lineare) struSurale nell uomo Legame acetalico o legame glicosidico
H
6 CH OH
2
5
O
H
4
OH
HO
3
H
H
H
6CH OH
2
5
H
4
1
+
OH
H
OH HO
2
OH
3
H
O
1
H
H OH
2
H
6 CH2OH
5
O
4H
HO
OH
OH
3
H
H
1
H
H
2
6
CH2OH
CELLOBIOSIO
4
O OH
H
3
H
H
1
2
OH
6
CH2OH
5
1
H
2
OH
+ H 2O
OH
H
O
H H
H
3
legame
α(1g4)
OH
5
4H
OH
O
MALTOSIO
6CH OH
2
5
O
O
H H
O
4
H
OH
legame
β(1g4)
3
OH
1
2
H
OH
H
6
Legame fra i due carboni anomerici
SACCAROSIO
Glc (α1à 2β) Fru
CH2OH
5
H H
4
HO
OH
3
H
1
O
H
HOCH2
H
1
2
OH
O
O
H
2
5
H
3
OH
OH
HO CH
6 2
4
H
Il legame alfa-glicosidico comporta un ripiegamento nella
struttura e si trova nei polisaccaridi di riserva ( amido, glicogeno).
Il legame beta-glicosidico porta ad una forma lineare e si trova
nei polimeri con funzione strutturale quali cellulosa (piante), chitina
(esoscheletro di insetti e crostacei), acido ialuronico (connettivo)
POLISACCARIDI
CELLULOSA
polimero lineare del glucosio unito da legami beta 1->4
le unità di glucosio sono alternativamente ruotate di 180°
struttura lineare stabilizzata da legami H
Fibra più diffusa nel mondo vegetale e si trova nelle
pareti cellulari con funzione di sostegno
AMIDO (starch) riserva di glucosio nei vegetali = amilosio + amilopectina
AMILOSIO: polimero lineare del glucosio unito da legami alfa 1->4
1.500 – 6.000 unità
AMILOPECTINA: polimero ramificato del glucosio unito da legami α 1->4 e
α 1->6 (milioni di unità)
cellulosa
amilosio
polimeri lineari
Amilopectina
polimero ramificato
POLISACCARIDI RAMIFICATI
AMILOPECTINA: ramificazioni lunghe 20-25 unità di glucosio
GLICOGENO: riserva di glucosio nell uomo (fegato e muscolo scheletrico)
più ramificato dell amilopectina – 8- 14 residui per ramificazione
6 CH OH 2
5 H H 4
O OH 3 H O 6 CH OH 2
5 H H H 1
4
H O OH 2 3 OH H 6 CH OH 2
5 O H H 4
O OH 3 H H 6 O H 1
5 H 2 OH H H 4
O OH 3 2 OH 6 CH OH 2
5 H H 1
4
H O OH 3
H CH2OH H O H 1
O H 2 O legame α(1g6) OH 6 CH 2
5 H H H 4
O OH 3 2 OH H 1
legame α(1g4) H O H 1
2 OH H O DERIVATI DI MONOSACCARIDI
PER RIDUZIONE Alcoli poliossidrilici o Alditoli (gusto dolce) sorbitolo (dal glucosio; l accumulo provoca danni quali la cataraSa) xilitolo (dolcificante gomme da masGcare, menGne) ribitolo (componente della riboflavina o vitamina B2) PER OSSIDAZIONE Acidi aldonici: per ossidazione del C1 acido gluconico (per ciclizzazione interna formano laSoni -­‐ vedi via dei pentosi fosfa4) Acidi uronici per ossidazione del C6 acido glucuronico -­‐ nella struSura proteoglicani conneEvali; -­‐ legato a composG lipofili per la loro eliminazione tramite la bile (bilirubina, farmaci) DEOSSI ZUCCHERI 2-­‐deossi-­‐ribosio (nel DNA) ESTERI FOSFORICI (intermedi metabolici) AMMINOZUCCHERI glucosammina (GlcN), galaSosammina (GalN), NaceGl-­‐
glucosammina (GlcNAc) 6
5
H
CH2OH
6
O
4
H
3
H
6
5
H
OH
HO
3
5
H
CH2OH
O
OH
H
4
OH
HO
3
H
1
H
2
H
HN-C-CH3
II O
CH2OH
O
OH
H
4
6
OH
3
OH
H
1
H
2
H
O
OH
H
HO
H
2
H
4
1
OH
HO
5
glucosio
OH
H
-
COO
H
1
H
2
acido glucuronico
GlcAc
H
OH
glucosammina
Il gruppo amminico -­‐NH2 sosGtuisce -­‐OH in posizione 2. NH2
N-acetilglucosammina
Il gruppo -­‐NH2 può ulteriormente legare un gruppo aceGle (-­‐CO-­‐CH3) con legame carboammidico:-­‐NH-­‐CO-­‐CH3 CHITINA esoscheletro di inse8, crostacei polimero di GlcNAc legato da legami β1→ 4 FONTI ALIMENTARI
Comprende sia i carboidraG naturalmente presenP negli alimenG che quelli aggiunP durante la preparazione di alimenG e bevande. La maggior parte di zuccheri aggiunP si trova nei succhi di fruSa, bibite, dolci, caramelle. FONTI ALIMENTARI di MONOSACCARIDI glucosio e fruttosio naturalmente presenti in piccole quantità in miele e frutta
FruLa: fruSosio 0,1-­‐7,4 g/100g saccarosio: 0,1 – 5,2 g/100g Miele fruSosio 41,8g/100g glucosio 34,6g/100g Dal 1970, in USA l industria alimentare ha sostituito zuccheri raffinati
(saccarosio, da canna o da barbabietola) con monosaccaridi a più basso
costo, prodotti da amido di mais.
In USA (2005) costituisce il 50% dei dolcificanti; in Europa meno diffuso
Corn syrup 100% glucosio
High-fructose corn syrup - sciroppo di glucosio-fruttosio
(HFCS, in genere circa 50% glucosio e 50 % fruttosio, come nel saccarosio. Vari
tipi con contenuto in fruttosio del 40-90%).
HFCS-55 (55% fruttosio) – nelle bevande (soft drinks)
HFCS-42 (42% fruttosio) – dolci, gelati, yoghurt, succhi
Amido idrolizzato a glucosio , che viene poi parzialmente conver4to in fru=osio a=raverso una isomerizzazione enzima4ca. Basso costo, alto potere dolcificante, buona lavorabilità FONTI ALIMENTARI di DISACCARIDI lattosio = galattosio + glucosio - legame β 1à4
sintetizzato dalla ghiandola mammaria dei mammiferi; per cui
latte e derivati sono la sola fonte di lattosio
nel latte umano ≅ 6,5 g/100 ml - nel latte vaccino ≅ 4,5 g lattosio/100 ml
saccarosio = glucosio + fruttosio - legame Glc alfa1 à β 2 Fru
(usato come dolcificante e conservante)
Nelle etichette, per zucchero si intende saccarosio
In piccole quantità
maltosio = glucosio + glucosio – legame α 1à 4
(piccole quantità in grano ed orzo ed in alimenti lavorati in seguito ad
idrolisi dell amido)
trealosio = glucosio + glucosio - legame α 1à α 1)
(presente in lieviti, funghi, crostacei di mare)
in accordo a FAO (Food & Agricolture OrganizaGon) e WHO (World Health OrganizaGon), col termine ZUCCHERI (SUGARS) si fa comunemente riferimento a disaccaridi e monosaccaridi -­‐ Glc, Fru, Gal e alcoli derivaG, FONTI ALIMENTARI di POLISACCARIDI AMIDO: sintetizzato dalle piante, con funzione di riserva di
energia; accumulato in semi, tuberi, radici e alcuni frutti
Assunto dall uomo con alimenti quali cereali (mais, frumento, riso,
orzo), legumi, patate, carote, alcuni frutti (banana verde)
Formato da due famiglie di polimeri in proporzione variabile a seconda
delle fonti
20-30% di amilosio
70-80% di amilopectina
ALTRI OLIGOSACCARIDI e POLISACCARIDI ALIMENTARI I vegetali (frutta, verdura, alimenti integrali) contengono oligosaccaridi e
polisaccaridi non importanti quali nutrienti in quanto resistenti alla
digestione, a causa della mancanza nell organismo di enzimi in grado
di idrolizzare il legame glicosidico fra i monomeri.
Alcuni sono usati dall industria alimentare come additivi o emulsionanti.
Potrebbero comunque avere effetti benefici sulla salute: entrano a far
parte della cosidetta FIBRA ALIMENTARE,, in parte fermentabile dai
batteri nel colon.
ALTRI OLIGOSACCARIDI e POLISACCARIDI ALIMENTARI Oligosaccaridi.
Stachiosio, raffinosio nei legumi
(formati da saccarosio legato ad unità di alfa galattosio)
Polisaccaridi
Cellulosa (nei cereali integrali, legumi, verdure, frutta)
Emicellulosa formata da pentosi ed esosi
(parete cellulare) (nei cereali integrali, legumi, verdure, frutta)
Inulina: polimero di fruttosio con legame β 2à1 (legumi, carciofo, cicoria, cipolla)
Pectine: alte quantità di acido galatturonico e glucuronico; formano gel in
soluzione (buccia di molti frutti)
Gomme. Formate da mannosio e galattosio (legumi, crusca d avena)
DERIVATI ALCOLICI
non possono essere definiti zuccheri ma considerati carboidrati
dalla legislazione europea ProdoE da sintesi anche se in piccole quanGtà naturalmente presenG in fruSa e vegetali DerivaP da monosaccaridi xilitolo, sorbitolo, mannitolo DerivaP da disaccaridi laEtolo, malGtolo DerivaP da polisaccaridi Idrolisato d amido idrogenato UsaP come dolcificanP dall industria alimentare. I prodoE (caramelle, gomme da masGcare, bibite, ) che contengono alcoli al posto di zucchero o sciroppo d amido possono essere eGcheSaG come privi di zucchero . Sono prodoE a basso tenore calorico in quanto sono meno assorbiG degli zuccheri; e pertanto hanno ridoSo apporto calorico e bassa risposta glicemica; inoltre sono meno cariogeni. Diventano substrato della microflora presente nel colon. Il loro scarso assorbimento può portare a diarrea osmoGca; sulla eGcheSa un eccessivo consumo può avere effeLo lassaPvo VALORE ENERGETICO DEI CARBOIDRATI CarboidraG: può variare tra 3,7– 4,2 kcal/g (negli amidi più digeribili) Ma viene assegnato un valore energePco di 4 kcal/g (17 kJ/g) per decreto legislaGvo 16 feb 1993 n. 77 che regola l eGcheSatura nutrizionale dei prodoE alimentari Il valore energeGco della fibra può variare tra 0-­‐2,3 kcal/g ( dalla fermentazione si formano acidi aceGco, propionico, buGrrico metabolizzaG dall organismo) FAO/WHO hanno stabilito 2 kcal/g di fibra alimentare Il valore calorico di derivaP alcolici può variare tra 0-­‐2,3 kcal/g ; per l eGcheSatura la CE ha assegnato un valore standard di 2,3 kcal/g ( in USA assegnato sulla base del composto usato) DIGESTIONE
e
ASSORBIMENTO
generalità
Il nutriente per essere utilizzato deve prima subire i processi di
- DIGESTIONE
polimero g monomero - per scissione idrolitica
-  ASSORBIMENTO
lume intestinale g enterocita g circolo (sangue, linfa)
MALASSORBIMENTO
Difetti digestione /assorbimento
DIGESTIONE
BOCCA saliva: digestione amido (α-amilasi)
STOMACO digestione proteine (e trigliceridi)
-  HCl
-  zimogeni ed enzimi (pepsinogeno, lipasi gastrica)
-  fattore intrinseco (assorbimento vitamina B12)
INTESTINO TENUE digestione proteine, carboidrati, lipidi
Ø  bile
- funzione digestiva, HCO3-, sali biliari
- funzione escretoria (sostanze lipofile, quali pigmenti biliari, farmaci)
Ø  secrezione pancreatica: HCO3-, zimogeni ed enzimi
COLON fermentazione batterica
DIGESTIONE
BOCCA saliva: digestione amido (α-amilasi)
STOMACO digestione proteine (e trigliceridi)
assorbimento di alcune sostanze (alcol)
Succo gastrico contiene
-  HCl (tramite pompa H+/K+ ATPasi, nelle cellule parietali)
•  denaturare proteine allimentari
•  attivare pepsinogeno in pepsina e per l attvità della pepsina
• protezione da microganismi introdotti dal cavo orale e distrutti dal
basso pH
•  assorbimento del ferro (facilità Fe+3 -> Fe+2 forma solubile)
-  fattore intrinseco (glicoproteina necessaria per assorbimento
intestinale vit. B12) dalle cellule parietali
-  zimogeni ed enzimi : pepsinogeno e lipasi gastrica (dalle cellule
principali)
INTESTINO TENUE digestione proteine, carboidrati, lipidi
Ø  bile
- funzione digestiva, HCO3-, sali biliari
- funzione escretoria (sostanze lipofile, quali pigmenti biliari, farmaci)
Ø  secrezione pancreatica: HCO3-, zimogeni ed enzimi
Ø  enterociti: ectoenzimi alfa-glicosidasi, beta glicosidasi, peptidasi
hanno il sito attivo all esterno nel lume intestinale e sono ancorati
alla membrana dell enterocita da una porzione idrofobica
COLON fermentazione batterica di sostanze non digerite ed
assorbite con produzione di acidi organici ( ac acetico, propionico,
butirric) e gas ( idrogeno, metano, anidride carbonica)
Riassorbimento acqua ed elettroliti
ASSORBIMENTO (tramite Enterocita)
Diffusione ( ac grassi a corta catena; acetico, propionico, butirrico, alcol)
Diffusione facilitata (secondo gradiente)
Trasporto attivo (contro gradiente)
Endocitosi (proteine) – esocitosi (chilomicroni)
Trasporto paracellulare (tight junction: pori di 8 Å nel duodeno, di 4 Å
nell ileo)
Enterociti: rapido ricambio con vita media di 72 h
Hanno attivo metabolismo:
² captazione di nutrienti dall intestino e dal circolo per il proprio
sostentamento
² metabolismo dei nutrienti importati prima dell esporto in circolo: es.
assemblaggio dei chilomicroni
ALTERAZIONI
Ü  secrezione
conseguenze
—————————————————————————
HCl
Ü assorbimento ferro (anemia)
fattore intrinseco
Ü assorbimento vit B12
sali biliari
Ü assorbimento lipidi e vit liposolubili
enzimi pancreatici
Ü digestione di tutti gli alimenti
DIGESTIONE
e
ASSORBIMENTO
dei
CARBOIDRATI
POLISACCARIDI
AMIDO
amiloso
legame α1¦4
amilopectina
legame α1¦4 e α1¦6
α-amilasi salivare
α-amilasi pancreatica
sono endoglicosidasi:
idrolizzano il legame α1¦4
maltosio G–G
maltotrioso G–G–G
G–G
α destrina
G–G–G
Cellulosa: l uomo non sintetizza enzimi in gradi di idrolizzare il
legame Glc (β1¦4) Glc
DISACCARIDI
OLIGOSACCARIDI prodoE dalla digesGone dell amido idrolizzati da enzimi sintetizzati dall enterocita e siti sulla
membrana plasmatica dell enterocita, con il sito attivo esposto
all esterno verso il lume intestinale α -­‐glicosidasi maltasi scinde legame Glc (α1¦4) Glc saccarasi scinde legame Glc (α1¦2) Fru isomaltasi scinde legame Glc (α1¦6) Glc β-­‐galaLosidasi la0asi scinde legame Gal (β1¦4) Glc l amido nella sua forma naGva si trova in granuli, in una struSura altamente organizzata e stabile alla idratazione e alla digesGone. L amilopectina si trova prevalentemente nella parte esterna del granulo.
Le catene laterali dell amilopectina si impacchettano in eliche parallele
sinistrorse unite da legami H
La struttura, composizione e grandezza varia nelle fonti: più grandi in
tuberi e radici rispetto ai cereali
L amido della patate è particolare perché contiene gruppi fosfato legati
covalentemente agli atomi di carbonio C3 e C6
Durante la cottura, con il calore (> 55°C) e in eccesso di acqua, va
incontro ad un processo di transizione ad una struttura
disorganizzata durante il quale si rompe il granulo e si forma una
miscela di polimeri in soluzione: tale processo di idratazione prende il
nome di gelatinizzazione.
Questo processo rende l amido digeribile
La digeribilità dipende dalla grandezza del granulo, dalla sua
organizzazione e pertanto dalla fonte alimentare.
Amido Resistente (alla digestione)
amido inaccessibile agli enzimi digestivi;
fermentato nel colon dalla flora batterica
1. fisicamente inaccessibile 2. naPvo, non gelaPnizzato 3. retrogradazione Col tempo le catene di amilosio ed in minor misura quelle di amilopecGna tendono a riallinearsi e riaggregarsi via legami H, in conformazione resistente agli enzimi
Tale processo è deSo retrogradazione la matrice dell alimento influenza la disponibilità dell amido, come in legumi e cereali parzialmente macinaG banana verde (conGene poca acqua < 20-­‐30%); diventa digeribile con la coSura -­‐ alimenG ricchi in amiloso, coE e raffreddaG (patate – invece rapidamente digeribili nello stato di gel) -­‐ elevata temperatura (corn flakes) -­‐ pane raffermo Biosintesi del lattosio
concentrazione del lattosio nel latte: 5% nel latte vaccino, 7% nel latte
materno (fornisce al lattante 40% calorie)
UDP galattosil transferasi
UDP-Gal + zucchero
UDP + zucchero-Gal
la transferasi trasferisce il Gal su catene glucidiche nella biosintesi di
glicosamminoglicani e glicoproteine
UDP-Gal + glucosio
UDP galattosil transferasi
α-lattalbumina
UDP + lattosio
nell allattamento, nella ghiandola mammaria viene sintetizzata, per azione
dell ormone prolattina, la α-lattalbumina che rende specifica la transferasi per
il glucosio, trasformandola nella lattosio sintetasi
Intolleranza alimentare è dovuta ad una carenza enzimatica
Intolleranza al lattosio: l espressione della lattasi cala dopo i due anni;
sintomi di carenza in genere da 4 – 6 anni.
Polimorfismo genetico porta ad ampia variabilità etnica e individuale
Fenotipo non persistente : nell adulto diminisce all 1-5%.
Stato ancestrale, è la norma nei mammiferi e nell uomo (per cui improprio
parlare
di carenza). Si calcola 70% della popolazione mondiale
Quasi 100% Asiatici e Indiani d America, 80% neri d America, 50-80% Ispanici
Non presentano necessariamente sintomi di intolleranza se l assunzione di lattosio
è bassa; es. latte nel tè)
Fenotipo persistente : alti livelli nell adulto.
Carattere dominante (nell eterozigote metà attività di lattasi è sufficiente per la
digestione del lattosio)
popolazioni nord Europa (Scandinavia, Irlanda, Inghilterra, Paesi Bassi, Germania, Danesi 97% di persistenza)
popolazioni nomadi Africa e Arabia settentrionale e centrale
- per favorire assorbimento di calcio nei popoli nordici;
- nelle zone aride il latte è fonte di acqua
Contenuto in lattosio - g/100 gr di alimento
Latte di mucca
4,5 - 4,7
Latte pretrattato delattosato
0,5
Latte in polvere
35 (scremato 50)
Yoghurt
3,1 - 3,3
Ricotta di pecora
3,2 (vaccina 4)
Mozzarella, Crescenza,
1,5 – 2
Burro
0,5 - 1
Gorgonzola, Parmigiano, Pecorino (formaggi stagionati)
assente
Sintomi dell intolleranza
lattosio: fermentato dalla flora intestinale
diarrea
produzione di acidi
organici e gas tra cui H2 richiamo di liquidi per effetto osmotico
Breath Test distensione parete intestinale e aumento della peristalsi
malassorbimento di altri nutrienti
ASSORBIMENTO dei MONOSACCARIDI membrana apicale
Glc
Gal
Na+
Fru
assorbiti max 50
g in una dose
singola
S
G
L
T
G
L
U
T
5
TRASPORTO MEDIATO
secondo gradiente
trasportatori del glucosio GLUT
tutti i tessuti
enterocita
G
L
U
T
2
Na+/K+-ATPasi
membrana baso-laterale
TRASPORTO ATTIVO
contro gradiente
cotrasportatore Na+/glucosio SGLT
intestino, rene (per il riassorbimento)
glicemia dopo digiuno notturno ~ 5 mM (80 mg/dL)
3,5 mM (digiuno prolungato)
7,2 mM (ricco pasto glucidico)
glicosuria 9-10 mM
Metabolismo glucidico regolato da ormoni
insulina: ipoglicemizzante
glucagone, cortisolo, adrenalina: iperglicemizzanti
DESTINO METABOLICO DEL GLUCOSIO GLUT proteine di trasporto di glucosio aSraverso la membrana Trasporto bidirezionale, indipendente da ATP finora idenPficate >12 isoforme (da geni diversi) GLUT1 eritrocita, ubiquitario
GLUT2 intesGno, fegato, cellule β pancreas
GLUT3 cervello, placenta GLUT4 muscolo, tessuto adiposo
GLUT5 specifico per il fruSosio insulina indipendente insulina indipendente insulina indipendente regolato dall insulina SCOPO : REGOLARE LA CAPTAZIONE DI GLUCOSIO DA PARTE DEI DIVERSI TESSUTI IN FUNZIONE DE LIVELLI EMATICI Isoforme diverse per specificità di substrato e parametri cinePci GLUT1 Km 3 mM
GLUT2 Km 17 mM trasporto basale di Glc nella maggior parte dei tessuG bassa affinità mai saturo, flusso lineare con concentrazione di Glc nel pancreas: sensore livelli di glucosio ema4co e secrezione insulina Km 1,7 mM alta affinità, saturo anche a basse concentraz Glc GLUT3
GLUT4 Km 5 mM GLUT 4 -­‐Nel muscolo e nel tessuto adiposo: rimuove l ecceso di glucosio dopo pasto abbondante Muscolo GLUT 4 immagazzinato dentro vescicole intracellulari In seguito allo sGmolo dell insulina e/o dell esercizio fisico, GLUT4 va incontro a rapida traslocazione sulla membrana, con aumento dei trasportatori sulla superficie ed aumento dell aEvità di trasporto. L insulina s4mola anche la sintesi ex novo alterata risposta all insulina: ridoSa assunzione del glucosio da parte dei tessuG periferici ed iperglicemia Una volta nella cellula si ha la reazione G + Mg-­‐ATP g G6P, la forma fosforilata non è riconosciuta da GLUT ed il glucosio rimane intrappolato nella cellula ESOCHINASI alta affinità (Km = 0,1 mM) cervello, muscolo, ubiquitaria -­‐ funziona in presenza di bassa disponibilità di glucosio -­‐ non specifica per il glucosio -­‐ inibita dal prodoSo G6P GLUCOCHINASI epaPca bassa affinità (Km = 5 mM) -­‐ funziona in presenza di alta disponibilità di glucosio -­‐ specifica per il glucosio -­‐ non inibita dal prodoSo G6P -­‐ inducibile (ormoni, dieta) h insulina h glucosio i digiuno i diabete (conseguente alta glicemia)
Per uscire dalla cellula il glucosio deve essere defosforilato: soltanto il fegato sintePzza la G6P fosfatasi deputata alla reazione G6P + H2O g G + Pi CONTROLLO GLICEMIA
FONTI DI GLUCOSIO DIETA RISERVE GLICOGENO EPATICO BIOSINTESI GLUCONEOGENESI EPATICA A PARTIRE DA PRECURSORI NON GLUCIDICI DESTINO METABOLICO DEL GLUCOSIO • GLICOLISI • SINTESI DEL GLICOGENO • VIA DEI PENTOSI FOSFATO • ACIDO GLUCURONICO fegato glucosio vs acido grasso
unica fonte energetica utilizzabile in assenza di O2
fonte obbligata per eritrocita che manca di mitocondri
fonte di energia per il sistema nervoso
strettamente aerobica
fonte energetica di riserva
scarsa rispetto ai trigliceridi ma prontamente utilizzabile
- glicogeno epatico (50-100 g sufficienti per 8-12 h, a riposo)
- glicogeno muscolare (400 g totali)
facilita il metabolismo lipidico
con scarso glucosio (es digiuno) si formano i corpi chetonici
risparmia le proteine
in assenza di glucosio si ha biosintesi di glucosio - gluconeogenesi -da
glicerolo ed amminoacidi
DANNO DA ECCESSO DI GLUCOSIO il gruppo aldeidico è un gruppo reafvo che porta a Ø  glicazione non enzimaPca di proteine e conseguente alterata funzionalità il gruppo aldeidico reagisce con il gruppo amminico di proteine (base di Schiff), a cui segue una serie di reazioni chimiche (reazioni di Amadori) che genera compos4 eterogenei (so=o la sigla AGE = Advanced Glyca;on End products) il livello di Hb glicata è un indice del controllo glicemico (normale ~ 5%) Ø  auto ossidazione e formazione di ROS (specie reaEve dell ossigeno) AGE Danni in parPcolare su proteine a lunga vita Proteine matrice extracellulare, collagene accumulaP à Lente del cristallino età Proteine del sistema nevoso diabete N.B. Glicazione ≠ glicosilazione GLICOSILAZIONE: processo biologico soLo il controllo di specifici enzimi GLICAZIONE: reazione chimica non controllata e dannosa NefropaGa, Danni alla reGna à NeuropaGa Danni sistema vascolare INTOLLERANZA AL GLUCOSIO iperglicemia ReduSasi + NADH auto ossidazione del glucosio per reazione con ROS formazione di AGE (derivaG glicaG) Advanced GlycaGon End-­‐products formazione di polialcoli sorbitolo (anche da fruLosio) (galaftolo) stress ossidaPvo Complicanze a lungo termine malafa vascolare opacità del cristallino rePnopaPa neuropaPa AGE: derivano da reazioni chimiche non enzimaPche, senza controllo. nefropaPa AGE responsabili del colore scuro che assumono i cibi con la co0ura quando sono presen; carboidra; e proteine (crosta del pane, la0e, caffè tostato,. ..); importan; per l aroma. reazione fra gruppo aldeidico e gruppo amminico Si formano compos4 eterogenei, insolubili, irreversibili, fonte di radicali che portano a frammentazione proteica AGE glicazione non enzimaPca (accumulaP, con l età, fumo, iperglicemia ) emoglobina glicata HbA1c (-­‐NH2 terminale delle catene beta): indice massimo livello di glicemia nei tre mesi precedenG danno a proteine a lunga vita Ø  proteine della matrice extracellulare (es collageno) g aumentano i legami crociaG, alterata crescia cellulare (i) danni alla pelle e invecchiamento, (ii) danni ai componenG dei vasi; (iii) aEvazione cellulare ed effeE infiammatori Ø  cristallino Ø  proteine del tessuto nervoso g neuropaGe Ø  modificazione lipoproteine g danno vascolare, aterosclerosi INDICE GLICEMICO L' indice glicemico (IG oppure GI Glycemic Index) di un alimento indica la velocità con la quale aumenta la glicemia (quanGtà di glucosio nel sangue) in seguito all'assunzione di una quanGtà di alimento contenente 50 grammi di carboidraG, rispeSo alla stessa quanGtà di carboidraG di un alimento di riferimento assunto dallo stesso soggeS, in genere 50 g di glucosio (FAO/WHO, 1998) Per convenzione il Gi del glucosio è posto pari a 100. IG = area glicemica della glicemia dell’alimento test / area glucosio x 100 Indice glicemico influenzato da numerosi faSori: Tipo di zucchero ( saccarosio, laSosio, glucosio, altri) Natura e forma dell’amido Metodi di coSura dell’alimento Altri nutrienG presenG nell’alimento Contenuto in fibre vegetali Sono pubblica4 i valori di GI per oltre 2000 alimen4 (Atkinson et al, 2008) Indice glicemico
ALTO MEDIO BASSO CEREALI VEGETALI FRUTTA ZUCCHERI BEVANDE pane bianco riso cereali da colazione patata banana glucosio maltosio saccarosio destrine miele succhi di fruSa pasta biscoE uva arancia legumi mela, ciliegia, pesca, pompelmo fruSosio LaSe, yoghurt, succo di pomodoro CARICO GLICEMICO o Glycaemic load (GL) La risposta glicemica ad un pasto è influenzata dall’IG ma anche dalla quanGtà di carboidraG assunta. GL = “indice glicemico di un alimento” x “quanGtà in grammi di carboidraG contenuG nella quanGtà consumata dell'alimento” / 100 Metabolismo del fruttosio
Metabolismo del galattosio
Metabolismo del glucosio: in tutti gli organi
Metabolismo del fruttosio: soltanto epatico
GLUCOSIO
G-6P
GALATTOSIO
F-6P
fegato
FRUTTOSIO
GAD-3P
PIRUVATO
Oggi alti consumi di zucchero
Antenati caccia e raccolta bacche, tuberi, frutta (molte proteine,
pochi zuccheri, poco amido); il dolce era scarso.
DOLCIFICANTI
Miele usato, in quantità limitata, fino al 18° secolo.
Saccarosio (da canna da zucchero e poi da barbabietola).
Grande diffusione in Europa e Nord America nel 18° e 19°
secolo; dapprima usato per il caffé e il té, poi per i dolci.
In inghilterra fra il 18° e 19° secolo il consumo di zucchero
aumentato del 1500%
HFCS fruttosio libero (high fructose corn syrup -55% Fru e 45%
Glu). USA: dal 1960 prodotto dal mais.
Amido idrolizzato a glucosio, che viene poi parzialmente convertito in fruttosio
attraverso una isomerizzazione enzimatica.
Basso costo, alto potere dolcificante, buona lavorabilità
USA consumo fruSosio: 1977-­‐78 37 g/die; 1999-­‐2004 49 g/die Aumentato negli ulGmi 40 anni, sopraSuSo fra i giovani le fonG principali sono le bevande e sopraSuSo soSo forma di fruSosio libero. METABOLISMO del FRUTTOSIO
Metabolismo extraepatico trascurabile
esochinasi (F 20 volte meno affine di G)
FEGATO fruttochinasi (e glucochinasi, entrambi specifici)
F + ATP à F-1-P (FK: alta affinità e rapido turnover)
aldolasi B
diidrossiacetone-P
(N.B. F-1-P NON è substrato
della fosfofruttochinasi)
gliceraldeide + ATP à GAD-3-P
1. Carenza fruttochinasi: FRUTTOSURIA EREDITARIA
forma rara, benigna con perdita di fruttosio nelle urine
2. Carenza aldolasi B: INTOLLERANZA AL FRUTTOSIO
rara, ereditaria, caratterizzata da ipoglicemia, steatosi
epatica e cirrosi, iperuricemia
eliminare fruttosio e saccarosio dalla dieta
GLUT2 GLUT5 ATP
Glucochinasi
ADP
ê
AMP
Acido urico
ATP
citrato
I
Differenze metaboliche fra Glu e Fru
Ø  Manca regolazione ormonale dell insulina (che agisce sulla
glucochinasi)
Ø  Manca regolazione allosterica della fosfofruttochinasi che
sente lo stato energetico (inibizione da ATP e citrato)
Ø  Rapido consumo di ATP
con conseguente formazione di
-  LATTATO
- ACETIL-CoA
- SINTESI ACIDI GRASSI e TRIGLICERIDI
-  LIPOPROTEINE VLDL e LDL
-  IPERURICEMIA (rischio gotta e calcoli renali)
Implicazioni metaboliche e cardiovascolari?
ASSUNZIONE DI FRUTTOSIO
non dovrebbe superare 7-10 g/die (dalla frutta)
GALATTOSIO
Gal + ATP (galattochinasi) à Gal1P + ADP
UDP-Glc + Gal1P (Gal-1P uridil transferasi) à UDP-Gal + Glc1P
UDP-Gal (UDP-Gal 4 -epimerasi) à UDP-Glc
3 difetti metabolici rari, recessivi, a carico dei tre enzimi
Sintomi precoci perché alto consumo di Gal nell infanzia
Galattosemia classica (tipo 1): carenza della transferasi con accumulo
di Gal1P (probabilmente molecola tossica anche se cause non note)
Ritardo crescita, vomito, diarrea, epatomegalia, galattosuria
Cataratta (accumulo nel cristallino di galattitolo)
sintomi neurologi e renali
Potenzialmente letale, già in età neonatale nelle forme gravi
Eliminazione di lattosio e galattosio dalla dieta dai primi giorni di
vita