Seconda Università degli Studi di Napoli
DiSTABiF
Anno Accademico 2013-14
Corso di Laurea Magistrale in
SCIENZE DEGLI ALIMENTI E DELLA NUTRIZIONE UMANA
Insegnamento di
BIOCHIMICA e BIOTECNOLOGIE
degli ALIMENTI
Prof. Augusto Parente
Lezione 6- 28.03.14
- Gluconeogenesi
- Degradazione dell’amido nella germinazione dei cereali
- Carboidrati complessi [cellulosa, -galattosani,
-glucani (emicellulosa), pectina];
- Degradazione di carboidrati complessi
- Biochimica delle proteine alimentari
GLUCONEOGENESI
Le vie anaplerotiche
Piruvato carbossilasi Biotina
1
Piruvato + HCO3
2
Fosfoenolpiruvato + HCO + GDP
3
3
Fosfoenolpiruvato + HCO
3
4
Piruvato + HCO 3
ATP
ADP + Pi
PEP carbossichinasi
PEP carbossilasi
Enzima malico
NAD(P)H
Ossalacetato
NAD(P)+
Ossalacetato + GTP
Ossalacetato + Pi
Malato
Degradazione dell’amido nella germinazione dei cereali
Intermedi del metabolismo dei carboidrati svolgono ruoli importanti in molti
prodotti alimentari
- Acido lattico
- rigor mortis
- Inacidimento e cagliatura del latte
- preparazione dei crauti (cavoli acidi) e altri vegetali fermentati (cetriolini e olive)
- Etanolo
- preparazione di bevande alcooliche
- preparazione del pane
- in alcuni frutti troppo maturi, in misura minore
- Ciclo TCA, fermentazione alcoolica, maturazione dei formaggi e maturazione della frutta.
DEGRADAZIONE DELL’AMIDO DURANTE LA GERMINAZIONE DI CEREALI
(CHICCHI di GRANO)
Enzima
Reazione____________________
α-amilasi (EC 3.2.1.1)
Amido —> glucosio + maltosio + maltotriosio + α –destrine limite
+ maltosaccaridi lineari
β-amilasi (EC 3.2.1.2)
maltosaccaridi lineari—> β-maltosio (inversione)
Esochinasi (EC 2.7.1.1)
D-esoso (glucosio) + ATP --> D-esoso (glucosio)-6-fosfato + ADP
α -glucosidasi
(maltasi, EC 3.2.1.20)
Idrolisi, a partire dalla estremità non riducente di α -D-glucosio
legato con legami α-1,4, con rilascio di α-D-glucosio
oligo-1,6 glucosidasi
(destrinasi limite, isomaltasi,
EC 3.2.1.10)
α-destrina limite —> maltosaccaridi lineari
Fosforilasi (EC 2.4.1.1)
Maltosaccaridi lineari + fosfato —> α-D-glucosio-1-fosfato
Fosfoglucomutasi
(EC 5.4.2.2)
α -D-glucosio-1-fosfato —> α-D-glucosio-6-fosfato
Glucosio-fosfato isomerasi
(EC 5.3.1.9)
D-glucosio-6-fosfato —> D-fruttosio-6-fosfato
DEGRADAZIONE DELL’ AMIDO DURANTE LA GERMINAZIONE DI CEREALI
(CHICCHI DI GRANO)
Enzima
Reazione
Prodotto
UTP-glucosio 1-fosfato uridil
transferasi (UDP- glucosio pirofosforilasi
EC 2.7.7.9)
UTP + -D-glucosio-1-fosfato —> UDP-glucosio
+ pirofosfato
Saccarosio fosfato sintetasi
(EC 2.4.1.14)
UDP-glucosio+ D-fructosio-6-fosfato —> saccarosio
fosfato + UDP
Zucchero fosfatasi (EC 3.1.3.23)
Zucchero fosfato (fruttosio-6-fosfato) —> zucchero
(fruttosio) + fosfato inorganico
Saccarosio -6-fosfato —> saccarosio + fosfato inorganico
Saccarosio fosfatasi (EC 3.1.3.24)
Saccarosio sintetasi (EC 2.4.1.13)
NDP-glucosio + D-fruttosio —> saccarosio + NDP
(nucleoside difosfato)
-fruttosio-furanosidasi (invertasi,
saccarasi, EC 3.2.1.26)
Saccarosio --> glucosio + fruttosio
Glucosio
Fruttosio
α-D-glucosio-1-fosfato
α-D-glucosio-6-fosfato
D-fruttosio-6-fosfato
Piruvato
Utilizzabile in
varie reazioni
Utilizzabile per la sintesi
varie strutture vegetali
(cellulosa)
CARBOIDRATI COMPLESSI
- Cellulosa
- -Glucani (emicellulosa)
- Pectine: collante cellulare nei
tessuti vegetali
Fibra alimentare
CELLULOSA
EMICELLULOSE
Attualmente si conoscono tre tipi di emicellulose o glucani concatenati:
• Xilani (-D-xilosio- epimero in C3 del ribosio; tegumento dei chicchi dei
cereali, crusca);
• Galattani-o galattosani/arabinolattani
• Mannani/glucomannani
In contrapposizione alla cellulosa, la cui molecola lineare è formata da
unità di solo glucosio, le emicellulose sono invece costituite da zuccheri
differenti.
Inoltre hanno una struttura ramificata e non fibrosa.
XILANI
La catena principale degli xilani è costituita da D-β-xilopiranosio le cui unità
sono legate fra loro con legame 1→4.
acido 4-O-metil-glucuronico
Solubilità ridottissima o nulla in acqua
Irregolarmente e con frequenza variabile a seconda della specie vegetale e/o
della parte della pianta interessata, su questa catena possono innestarsi
ramificazioni, costituite ancora da xilosio, oppure da
(in ordine di frequenza decrescente):
arabinosio (in forma L-arabinofuranosidica), acido 4-O-metil-glucuronico,
mannosio, galattosio, ramnosio.
L'abbondanza delle ramificazioni costituite da arabinosio, nel più dei casi singole
unità legate in posizione 2 e/o 3 sullo xilosio, giustifica l'identificazione di una
sottoclasse di emicellulose anch'essa molto frequente in natura,
gli arabino-xilani.
INULINA (prebiotico- sostanza che, presente nel cibo, non viene assorbita
dall'organismo ma è utilizzata dalla flora intestinale).
FOS - Frutto-oligosaccaridi)
L'inulina è un polimero glucidico con peso molecolare minore dell'amido,
solubile in acqua e totalmente accumulato nei vacuoli.
Si ottiene dalla polimerizzazione del β-D-fruttosio. Per azione dell'enzima
inulasi l'idrolisi risultante produce fruttosio (zucchero consigliato per i
diabetici).
- I β-glucani (dal lievito di birra-zimosan. -D-glucosio con legami 1-3 e 1-6)
sono i maggiori componenti della frazione solubile della fibra alimentare e
come tali esercitano, nel nostro organismo, una serie di effetti benefici
correlati alla fibra alimentare, quali:
- rallentamento dello svuotamento gastrico,
- incremento della peristalsi intestinale.
Inoltre, numerose evidenze sperimentali, negli ultimi anni, hanno
evidenziato il ruolo dei β-glucani dell’orzo e dell’avena nel contenimento del
livello di colesterolo e di glucosio ematico nell’uomo e in animali da
laboratorio .
- glucano di lievito
Grado di esterificazione*
PECTINA
composto estratto dalla fruttaMELE E PERE- gelificante
Molecole di acido galatturonico unite da legami α-(1-4).
Lungo la catena a base poligalatturonica sono intercalati in
proporzione variabile residui di ramnosio.
Tali residui si addensano in zone particolari della catena dando vita a
strutture le cui ramificazioni assomigliano a peli (dette per questo
hairy). Infatti in corrispondenza di tali residui di ramnosio si
innestano catene laterali più o meno lunghe, che contengono ancora
ramnosio, D-galattosio, L-arabinosio, e D-xilosio,
*Pectine fluide per aggiunte di metili ai gruppi carbossilici
metilesterasi.
ad opera di
PROPECTINA
Forma colloidi nella parete.
Conferisce durezza.
Alla maturazione viene metabolizzata in molecole più piccole
e quindi i frutti diventano più soffici. Questi cambiamenti sono importanti
nella maturazione di pomodori, mele, caki.
Innovazioni tecnologiche: pomodori geneticamente modificati
e mele fuji con una più lunga shelf life.
Nella maturazione anche importante l’idrolisi dell’amido.
Proprietà gelificante in presenza di zuccheri (naturale in mela,
pere, limone);
Pectine fluide per aggiunte di metili ai gruppi carbossilici
(metilesterasi);
Possono contenere ramnosio (metile in posizione 6)
DEGRADAZIONE DI CARBOIDRATI COMPLESSI
Enzima
Reazione
Degradazione della cellulosa nella germinazione dei semi e
maturazione della frutta
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Cellulasi (EC 3.2.1.4)
Endoidrolisi di legami 1,4-β-glicosidici
nella cellulosa e nei β-D-glucani di cereali
Glucan 1,4-β-glucosidasi
(Eso-1,4-β-glucosidasi,
EC 3.2.1.74)
Idrolisi di legami 1,4 dell’ 1,4 β-D-glucano in
modo da rimuovere unità successive di glucosio
Cellulosa 1,4-β-cellubiosidasi
(EC3.2.I.91)
Idrolisi di legami 1,4-β-D-glucosidici nella cellulosa
e cellotetraoso, con rilascio di cellobiosio dalle
estremità non riducenti della molecola
Degradazione di β-galattosano
β-galattosidasi (EC 3.21.1.23)
Galattani legati con legame β-(1-4) —> D-galattosio
Segue
DEGRADAZIONE di CARBOIDRATI COMPLESSI
Enzima
Reazione
Degradazione di β–glucani
Glucano endo -1, 6-glucosidasi
(EC 3.2.1.75)
Idrolisi random di legami 1,6 in 1,6- β-D-glucani
Glucano endo β-1,4-glucosidasi
(EC 3.2.1.74)
Idrolisi di legami 1,4 in 1,4--D-glucani in modo
da rimuovere successive unità di glucosio
Glucano endo-1,3 β -D-glucanasi
(EC 3.2.1.58)
Idrolisi successiva di unità di β-D-glucosio a partire
dalle estremità non riducenti di 1,3-β-D-glucani,
con rilascio di β-glucosio
Glucan 1,3-β–glucosidasi
(EC 3.2.1.39)
1-3- β-D-glucani-> α-D-glucosio
SEGUE
DEGRADAZIONE di CARBOIDRATI COMPLESSI
Enzima
Reazione
Degradazione della pectina
Idrolisi random di legami 1,4-α-D-galattosiduronici
in pectati e altri galatturonani
Galatturan 1,4- α galatturonidasi
[Esopoligalatturonasi, poli
(galatturonato) idrolasi,
EC 3.2.1.67)
(1,4- α -D-galatturoniside)n + H2O —> (1,4--Dgalatturoniside)n-1 + D-galatturonato
Pectato liasi
(pectato transeliminasi,
EC 4.2.2.2)
Scissione eliminativa di pectato per dare oligosaccaridi
con gruppi 4-deossi-α-D-galact-4-enuronosilici
alle loro estremità non-riducenti
Pectina liasi (EC 4.2.2.10)
Scissione eliminativa di pectina per dare oligosaccaridi
con gruppi terminali 4-deossi-6-metil--D-galact-4enduronosiIici.
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Poligalatturonasi
(EC 3.2.1.15)
CAMBIAMENTI NEI CARBOIDRATI NELLA PREPARAZIONE DEL FORMAGGIO
Azione, Enzima o Sistema enzimatico
Reazione
Formazione di acido lattico
Lattase (EC 3.2.1.108)
Lattose + H2O --> D-glucosio + D-galattosio
Via metabolica del Tagatosio
Via metabolica Embden-Meyerhof
Galactosio-6-P —> acido lattico
Glucosio —> piruvato —> acido lattico
Formazione di piruvato da acido citrico
Citrato (pro-3S) liasi (EC 4. 1.3.6)
Ossalacetato decarbossilasi
(EC 4.1.1.3)
Citrato ---> ossalacetato
Ossalacetato —> piruvato + CO2
Formazione di acido acetico e propionico
Via metabolica del propionato
Formazione di acido succinico
Via metabolica acida mista
3 lattato —> 2 propionato + 1 acetato + CO2 + H20
3 alanina —> acido propionico + 1 acetato + CO2 +
3 ammoniaca
Acido propionico + CO2 --> acido succinico
Batteri lattici: metabolismo del galattosio
Quando è trasportato come galattosio 6P mediante PTS
(fosfotransferasi), è fermentato secondo la via del D-Tagatosio-6P.
FIG. 1. Schematic representation of pathways involved in sugar fermentation
via glycolysis to lactate and/or other acids and biosynthesis of EPS in L. lactis.
Glucose and lactose are transported via phosphotranseferase systems. The
following enzymes are involved: Glk, Pgi, Pfk, Gap (glyceraldehyde 3phosphate dehydrogenase), LacABCD (tagatose-6-phosphate pathway), Pyk
(pyruvate kinase), Ldh (lactate dehydrogenase), Pgm, GalU (UDP-glucose
pyrophosphorylase), GalE (UDP-galactose epimerase), Rfb (dTDP-rhamnose
biosynthetic system consisting of RfbA and glucose-1P
thymidylyltransferase), RfbB (dTDP-glucose-4,6 dehydratase), RfbC (dTDP-4keto-6-deoxy-D-glucose-3,5 epimerase), and RfbD (dTDP-4-keto-L-rhamnose
reductase).
segue
CAMBIAMENTI NEI CARBOIDRATI NELLA PREPARAZIONE DEL FORMAGGIO
Azione, Enzima o Sistema enzimatico
Reaction
Formazione di acido butirrico *
Via metabolica dell’acido butirrico
2 lattato —> 1 butirrato + CO2 + 2H2
Formazione di etanolo
Via metabolica fosfochetolasica
Piruvato decarbossilasi (EC 4.1.1.1)
Alcool deidrogenasi (EC 1.1.1.1)
Glucosio —> acetaldeide —> etanolo
Piruvato —> acetaldeide + CO2
acetaldeide + NADH + H+ —> etanolo + NAD+
Formazione di acido formico
Piruvato-formiato liasi (EC 2.3.1.54)
Piruvato + CoA —> acido formico + acetil CoA
Formazione di diacetil, acetoina, 2-3 butilen glicole
Via metabolica di fermentazione del citrato Citrato —> piruvato —> acetil CoA —> diacetil —>
acetoina —> 2-3 butilen glicol
Formazione di acido acetico
Piruvato-formiato liasi (EC 2.3.1.54)
Piruvato + CoA —> acido formico + acetil CoA
Acetil-CoA idrolasi (EC 3.1.2.1)
Acetil CoA + H2O —> acido acetico + CoA
* Nel Pecorino Romano, per esempio, c'è prevalenza di acido butirrico.
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