Struttura e proprietà
dei macronutrienti
La nutrizione potrebbe essere definita come
l’utilizzazione dei cibi da parte degli organismi
per la crescita, la riproduzione e il mantenimento
della salute.
I composti classificati come nutrienti includono:
acqua, carboidrati, proteine e aminoacidi, lipidi,
vitamine e minerali.
I nutrienti sono ottenuti dall’ingestione dei cibi e
vengono utilizzati dal nostro corpo per l’
anabolismo, il metabolismo e il mantenimento dei
tessuti.
I MACRONUTRIENTI organici sono composti del
carbonio, questi includono: CARBOIDRATI, LIPIDI
e PROTEINE.
Come tutti i composti organici sono costituiti da sei
elementi
fondamentali:
idrogeno,
ossigeno,
carbonio, azoto, zolfo e fosforo.
Questi sei elementi con un peso atomico
relativamente basso ( 32 ) costituiscono le strutture
di proteine, lipidi e carboidrati, come anche di acidi
nucleici e intermedi dei processi metabolici. G6P
AcetilCoA
Se non si tiene in considerazione l’acqua,
che fa parte del corpo umano per il 65%,
carbonio, ossigeno, idrogeno e azoto per un
uomo di 65 Kg costituiscono il 16% di
proteine, il 18% di lipidi e solo lo 0,9% di
carboidrati sottoforma di glicogeno.
La capacità del carbonio di formare legami C-C
ottenendo lunghe catene e composti ciclici
permette la formazione di una miriade di
composti organici.
Nelle molecole organiche, gli atomi di carbonio,
idrogeno, azoto, zolfo e fosforo sono tenuti
insieme da legami covalenti che si formano
quando due elettroni condividono lo stesso
orbitale esterno.
Per la molecola organica ogni legame covalente
rappresenta anche un piccolo deposito di
energia.
I carboidrati, maggiormente presenti
nella frutta, nella verdura, nei legumi e
nei semi dei cereali sono responsabili
del sapore e della consistenza degli
alimenti; costituiscono la maggiore fonte
di energia, soprattutto per gli esseri
umani; sono digeriti e assorbiti
nell’intestino tenue e in piccola parte
dalla
flora
batterica
intestinale
localizzata nell’intestino crasso.
CARBOIDRATI
monosaccaridi
disaccaridi
polisaccaridi
Glucosio o destrosio
Fruttosio
Galattosio
Saccarosio
Maltosio
Lattosio
Amido
Glicogeno
GLUCOSIO
HO
H
Essenziale substrato energetico
Classificazione
Le desinenze oso o osio indicano la presenza del gruppo
aldeidico mentre uloso o ulosio, quelle dei gruppi chetonici.
polidrossialdeidi (aldosi) e polidrossichetoni (chetosi)
natura idrofilica
Gruppi ossidrili
Esteri
Eteri
Deossi
Amino
Classificazione
I monosaccaridi sono classificati in base al numero
degli atomi di carbonio presenti nelle loro strutture,
triosi, tetraosi, pentosi, esosi ed eptosi.
In base alla loro stereoisomeria, D o L, e al grado di
polimerizzazione,
disaccaridi,
oligosaccaridi
e
polisaccaridi.
Da un punto di vista nutrizionale, il glucosio o Daldoesoso monosaccaride è il più importante.
Le desinenze oso o osio indicano la presenza
del gruppo aldeidico mentre uloso o ulosio,
quelle dei gruppi chetonici.
2
1
ALDOSO
Il gruppo carbonilico sul C-1
CHETOSO
Il gruppo carbonilico sul C-2
Per gli zuccheri attivi nei sistemi biologici, lo stato D
è fondamentale; nel caso del D-glucosio l’ossidrile,
secondo le proiezioni di Fischer, si trova a destra
del carbonio chirale.
D-glucosio
D-gliceraldeide
L-glucosio
Le conformazioni a sedia e le proiezioni di Haworth
sono le più usate per la rappresentazione degli
zuccheri ciclici in biochimica.
Strutture Cicliche e Conformazionali
I chetosi sono coinvolti come intermedi fosforilati nel
metabolismo dei carboidrati.
L’acido N-Acetilmuramico, un chetoso acido a nove
atomi di carbonio, è un importante segnale nelle
glicoproteine.
HO
H
OH
HO
OH
OH
HO
Metabolismo dei Carboidrati
Tutti i monosi che compaiono sottoforma polimerica
negli alimenti, prima di poter svolgere la loro funzione
metabolica, devono essere convertiti in unità più piccole.
Per la cellula la molecola del saccarosio come tale non è
importante per ottenere energia. E’ la quantità di unità di
glucosio presenti nel polisaccaride di cui la cellula ha
bisogno.
Le Amilasi e le Glucosidasi o Oligosaccaridasi sono gli
enzimi capaci di scindere i polimeri dei carboidrati in
unità singole.
Amilasi e Glucosidasi hanno diversa localizzazione
Amilasi: bocca (ghiandole salivari) e intestino (pancreas-dotti)
Glucosidasi: orletto a spazzola degli enterociti
La digestione dei carboidrati inizia nella bocca sotto l’azione della
a-amilasi che agisce sui legami glicosidici posizionati all’interno
della catena polisaccaridica (granulo di amido). La trascrizione
genica dell’enzima è influenzata da fattori cellulo-specifici nucleari
come il fattore 1 nelle cellule del pancreas.
La presenza di carboidrati nel lume intestinale e l’azione diretta
della colecistochinina (ormone secreto dal duodeno e dal cervello)
aumenta la sintesi di amilasi dalle cellule pancreatiche.
La cottura dei cibi liberano i granuli di amido dalle proteine ad essi
associati rendendo il polisaccaride più disponibile alla
degradazione enzimatica.
Caratteristiche dell’a-amilasi
Il pH ottimale per l’azione dell’enzima è quello della neutralità per
cui la sua azione cessa quando il bolo alimentare viene deglutito
e passa allo stomaco.
Il pH acido dei succhi gastrici inattiva l’enzima, la degradazione
dei carboidrati potrebbe continuare a pH acido ma richiederebbe
molto tempo; lo stomaco si svuota prima che ciò possa avvenire.
La presenza di amido nel pasto può comunque proteggere
l’enzima dall’inattivazione da parte del pH 2, in questo modo
l’enzima continua la scissione dell’amido nell’intestino.
PREMATURI, presentano livelli molto bassi di amilasi pancreatica
nel duodeno.
ATTIVITA’ ENZIMATICA DELL’ a-AMILASI
L’enzima taglia dall’interno le catene polisaccaridiche legando
consecutivamente 5 subunità oligosaccaridiche, il taglio è
specifico ed avviene tra la seconda e la terza subunità del
POLISACCARIDE; l’idrolisi interessa i legami a 1-4 glicosidici.
sito di taglio dell’a-Amilasi
5
4
3
2
1
Amilosio
sito attivo a-Amilasi
si formano piccoli polimeri a 5 unità che verranno ulteriormente
scissi nel trisaccaride maltotriosio e nel disaccaride maltosio.
ATTIVITA’ ENZIMATICA DELL’ a-AMILASI
L’enzima continua ad avere la sua attività anche sulle catene
polisaccaridiche con legami a 1-4 glicosidici che fanno parte
dell’amilopectina, tuttavia la presenza di legami a 1-6 glicosidici
portano alla formazione di a-destrine capaci di inibire l’enzima per
l’idrolisi dei legami a 1-4; per questo motivo le destrine sono
limitanti per l’azione dell’enzima.
sito di taglio dell’a-Amilasi
a 1-6 glicosidico
amilopectina
a-destrina
maltotriosio
maltosio
Orletto a spazzola
L’orletto a spazzola degli enterociti dell’intestino tenue è ricoperto
di speciali glicoproteine ad attività idrolasica.
Responsabili dell’ultimo stage di idrolisi degli oligosaccaridi e dei
disaccaridi.
Le OLIGOSACCARIDASI sono espresse solo dagli enterociti,
sono sintetizzate nel RE e trasportate all’orletto a spazzola grazie
alla formazione di vescicole dall’apparato di Golgi.
Questi enzimi hanno delle caratteristiche fondamentali.
OLIGOSACCARIDASI
Da un punto di vista strutturale sono tutte costituite da regione
N-terminale: Idrofobico che serve da sequenza segnale.
Glicosilato.
C-terminale: Ancoraggio alla membrana dell’orletto a spazzola
La proteina è per il 95% orientata verso l’esterno della membrana
cellulare come anche il sito catalitico.
Maggiore efficienza
Il corredo genico completo per la sintesi di queste glicoproteine è
acquisito durante il periodo fetale
Oligosaccaridasi
Le OLIGOSACCARIDASI si dividono in base al grado di
specificità per il substrato.
Glucoamilasi alta specificità per glucosiloligosaccaridi da 4 a 9
unità di glucosio, taglio dei legami a1-4 glicosidici.
Sucrasi unico enzima che taglia i legami a1-b2 tra il glucosio e il
fruttosio (saccarosio) effettua anche tagli a1-4
a-Destrinasi alta specificità sui legami a1-6 delle destrine, taglio
anche dei legami a1-4. L’enzima è chiamato anche isomaltasi
Questi tre enzimi lavorano in maniera complementare gli uni
rispetto agli altri per i tagli dei legami delle destrine per ottenere
unità libere di glucosio.
Meccanismo di azione combinato dei tre enzimi
a-destrina
glucosio
glucosio
a destranasi/glucoamilasi
a destranasi
glucosio
sucrasi/glucoamilasi
sucrasi
glucosio
Oligosaccaridasi
Gli ultimi due enzimi che fanno parte delle OLIGOSACCARIDASI
sono la Trealasi e la b-Galattosidasi
Trealasi: scinde i legami a1-a1 presenti in alcuni disaccaridi
contenenti due unità di glucosio
b-Galattosidasi: presente dalla nascita, l’enzima ha alta specificità
per il lattosio ed è indispensabile ai neonati per il metabolismo del
latte materno. La quantità dell’enzima diminuisce con l’età.