Corso di laurea in Scienze
Infermieristiche ed Ostetriche
AA 2013-2014
Biochimica
Prof. Laura Mazzanti
Programma di Biochimica
Principali classi di composti organici. Reattività dei gruppi funzionali.
L'equilibrio chimico. Le soluzioni. Acidi e basi. Il pH e i sistemi
tampone. Bioenergetica e ossidazioni biologiche. Struttura e
metabolismo molecole di interesse biomedico
Aspetti biochimici della digestione degli alimenti. Ciclo alimentare
Carboidrati: Glucosio, Fruttosio, Saccarosio, Amido, Cellulosa.
Metabolismo del glicogeno. Gluconeogenesi. Controllo del glucosio
ematico. Glicolisi. Fermentazioni. Ciclo di Krebs. Fosforilazione
ossidativa.
Proteine:
del
plasma,
(Mioglobina,
Emoglobina
e trasporto
dell’ossigeno), Enzimi e coenzimi. Vitamine. Vie di formazione
dell’ammoniaca, urea, acido urico e pigmenti biliari.
Lipidi: Acidi Grassi, Fosfolipidi, colesterolo, Lipoproteine e trasporto.
Lipolisi, Corpi chetonici, lipogenesi, sintesi del colesterolo.
Ormoni metabolici
Significato
dei
principali
parametri
ematoclinici:
glicemia,
colesterolemia, GOT e GPT, bilirubinemia.
Per Ostetricia
La Placenta: organizzazione di un tessuto
speciale
Metabolismo e dismetabolismo maternofetale
Fra i vertebrati l’uomo è quello più sociale a tal punto da poter essere
considerato l’unico ad aver sviluppato questa caratteristica. Questo aspetto
ci riporta all’uso in biologia della cooperatività fra le cellule, che porta un
network tessutale ad acquisire capacità che superano di gran lunga quelle
della singola cellula.
Accumulo di ordine
e di complessità
Lo schema presenta
l’organizzazione delle
varie strutture secondo
una scala di complessità
crescente verso l’alto; la
complessità cresce
assieme all’ordine del
sistema.
A sinistra una definizione
dell’insieme, a destra
alcune tipologie di
componenti dell’insieme
di quel livello.
Gli alimenti sono sostanze che, immesse nel nostro corpo ne
permettono la crescita e il mantenimento, fornendogli i materiali per i
processi di costruzione e di riparazione.
L’alimentazione della specie umana è basata sull’assunzione di
organismi o porzioni di organismi, animali o vegetali o provenienti da
altri animali che a loro volta si nutrono di vegetali. Gli animali
compreso l’uomo sono organismi ETEROTROFI (esseri viventi che si
nutrono di sostanze organiche già elaborate) che al contrario delle
piante verdi, AUTOTROFI (organismi che si nutrono di sostanze
inorganiche trasformandole in organiche), possono vivere introducendo
tutti i costituenti organici essenziali per fornire loro l’energia
necessaria alle attività, alla crescita ed al rinnovo dei tessuti
attraverso il processo di digestione ed il conseguente assorbimento a
livello cellulare.
E’ importante ricordare che:
Nessun alimento, preso singolarmente, è in grado di
soddisfare tutte le esigenze del nostro corpo.
Ci sono delle molecole che l’uomo è incapace di
sintetizzare e che devono essere introdotte con la dieta:
le vitamine, i sali minerali o aminoacidi e acidi grassi
essenziali.
La piramide alimentare
Zuccheri
Grassi da condimento
Uova, carne,
pesce, legumi
Latte e derivati
(formaggi, yogurt)
Frutta e ortaggi
Cereali e tuberi
Ciascun gruppo deve essere presente nella nostra dieta in modo proporzionale
alla grandezza della sua sezione.
FUNZIONE PLASTICA
E’ svolta da quegli alimenti che procurano al corpo
la materia
necessaria alla formazione e
alla conservazione dei tessuti.
Le sostanze
proteine.
con
funzione
plastica
sono
dette
Le proteine sono nelle uova, nella carne, nel pesce e
nei suoi derivati, nei legumi.
Sono indispensabili durante la crescita. Oltre a
formare tessuti li riparano dalla naturale usura che
si verifica nel corso della vita.
FUNZIONE ENERGETICA:
E’ svolta da quegli alimenti che forniscono al corpo l’
energia necessaria per tenersi in vita.
I carboidrati (glucidi) e i grassi sono le sostanze che
svolgono la funzione energetica. I carboidrati, contenuti
nello zucchero, nel miele, nei cereali e nei loro derivati
(pane, pasta, riso) servono per ottenere energia
immediatamente disponibile.
I grassi (lipidi), contenuti negli oli, nel latte e nei suoi
derivati, nella carne e nel pesce, vengono immagazzinati
sotto la pelle con funzione di restare e utilizzati solo in caso
di necessità.
I grassi permettono l'utilizzo delle vitamine disponibili come
la A e la D, che proteggono l'organismo dalle infezioni e
facilitano lo sviluppo delle ossa. Sono da consumare
preferibilmente, ma non esclusivamente, quelli vegetali
crudi.
FUNZIONE PROTETTIVA E REGOLATRICE
E’ svolta da quegli alimenti che favoriscono le funzioni vitali come ad esempio la
crescita del corpo e la difesa dalle malattie.
La funzione protettiva è svolta dalle vitamine e dai sali minerali (ferro, calcio, sodio
ecc..........) che sono contenuti praticamente in tutti gli alimenti, nella frutta e
verdura fresca.
Fra i sali minerali, quelli di calcio e di fosforo, sono i principali componenti delle
ossa, il ferro invece lo è dei globuli rossi, lo iodio svolge un ruolo importante nella
crescita.
La loro mancanza può essere causa di gravi disturbi. Una dieta variata è sufficiente
per dare al corpo tutti i sali minerali di cui ha bisogno.
Le vitamine sono sostanze necessarie per il buon funzionamento dell'organismo. Si
trovano nella frutta e nella verdura fresca e vengono definite con il nome delle
lettere dell'alfabeto: A; B; C; D ecc.............
La loro insufficienza nell'alimentazione, mette a rischio il funzionamento di organi o
di strutture.
UTILIZZAZIONE DELL'AMIDO NELLA
ALIMENTAZIONE
L' amido, che è un polimero del glucosio (C6H10O5) si
estrae macinando i semi dei cereali (farine) o raspando
le patate (fecola). Per l'uomo rappresenta la più
cospicua parte dei carboidrati alimentari, infatti la
introduciamo sotto forma di: pane, pasta, pizza, dolci,
patate
Rappresenta un polisaccaride di riserva
ed è formato da amilosio (catena non
ramificata) ed amilopectina (catena
ramificata)
La Digestione
La prima digestione avviene in bocca e
grazie alla masticazione e all’azione degli
enzimi contenuti nelle ghiandole salivari,
come la ptialina e la saliva, trasformano il
cibo in bolo alimentare. Il bolo passa poi
nell’esofago dove viene riscaldato se freddo e
viceversa. Dopodiché attraverso il cardias
giunge nello stomaco dove si mantiene due
ore e grazie ai succhi gastrici viene digerito e
diventa una massa fluida ed acida il chimo.
Dopo passa nell’intestino tenue tramite il
piloro che grazie alla bile vengono digeriti i
grassi, poi passa attraverso l’intestino crasso
e si trasforma in chilo e vengono assorbite le
sostanze come acqua e proteine e le altre
vengono trasformate in feci ed espulse
tramite l’ano.
I lipidi alimentari sono costituiti più che altro da trigliceridi, in
minima parte da fosfolipidi e colesterolo libero o esterificato. I
trigliceridi vengono digeriti grazie alla lipasi pancreatica che
idrolizza i legami estere tra glicerolo e acidi grassi nelle posizioni 1 e
3, formando 2-monogliceridi e acidi grass liberi. La lipasi viene resa
attiva tramite il legame con un peptide pancreatico detto colipasi.
Azione analoga viene svolta dalla fosfolipasi pancreatica sui
glicerofosfolipidi. Anche il colesterolo esterificato viene idrolizzato, da
un apposito enzima, in colesterolo libero e acidi grassi liberi.
Prima che intervengano gli enzimi digestivi, le grosse gocce di grasso
provenienti dagli alimenti, devono venir emulsionate, ridotte cioè a
minutissime goccioline. Ciò avviene ad opera dei sali biliari, secreti
dal fegato e raccolti nella cistifellea.
Per quanto riguarda i glucidi, le destrine, provenienti dalla parziale
idrolisi dell'amido nella bocca, subiscono l'azione idrolitica della
amilasi
pancreatica
e
vengono
trasformate
in
maltosi.
Il maltosio e gli altri disaccaridi presenti nei cibi sono idrolizzati a
monosaccaridi da specifiche disaccaridasi situate sull'orletto a
spazzola degli enterociti.
I peptidi provenienti dalla parziale digestione delle proteine nello
stomaco vengono idrolizzati da una serie di enzimi di origine
pancreatica che li trasformano in oligopeptidi, tripeptidi e dipeptidi:
- tripsina (endopeptidasi),
- chimotripsina (endopeptidasi),
- carbossipeptidasi (esopeptidasi),
- elastasi (endopeptidasi)
anch'essi secreti in forma inattiva e attivati successivamente.
L'idrolisi completa delle proteine nei singoli amminoacidi si ha grazie
anche ad enzimi enterici: amminopeptidasi (esopeptidasi), situata
sull'orletto a spazzola e dipeptidasi e tripetidasi presenti nel
citoplasma degli enterociti.
Il pancreas è un organo a doppia funzione: esocrina ed endocrina.
La sua funzione è importantissima, secerne infatti due ormoni ad
azione antagonista che controllano l' omeostasi del glucosio,
agendo sul fegato, sui muscoli e sul tessuto adiposo: questi ormoni
sono l' insulina ed il glucagone , prodotti entrambi da gruppi di
cellule del pancreas denominate isole di Langerhans.
L'assorbimento dei nutrienti digeriti avviene con modalità diverse:
- i prodotti della digestione dei lipidi (monogliceridi, acidi grassi,
lisofosfolipidi, colesterolo libero e le vitamine liposolubili) formano micelle
che
entrano
negli
entrociti
per
semplice
diffusione,
- gli amminocidi, il glucosio e il galattosio, per varcare la membrana degli
enterociti, richiedono un trasporto attivo (carrier proteico sodio dipendente),
con consumo di energia,
- gli altri monosaccaridi utilizzano carrier proteici, senza consumo di
energia (diffusione facilitata).
Con queste ultime due modalità vengono assorbite anche le vitamine
idrosolubili
Lungo il tenue si assorbe anche la maggior parte dell'acqua e dei minerali.
I lipidi, con poche eccezioni, prendono la via linfatica, in forma di
chilomicroni (lipoproteine), gli altri nutrienti la via ematica (sangue
portale).
I processi digestivi hanno termine nell'intestino tenue, ma
l'assorbimento di alcuni principi nutritivi, in particolare dell'acqua e
dei minerali continua anche nel crasso.
Ogni giorno nel canale digerente si riversano da 6 a 10 litri di acqua
proveniente dalle bevande, dagli alimenti e dalle secrezioni. L'acqua
viene assorbita nel tenue e in minor misura nel crasso con un
meccanismo passivo seguendo per osmosi i monosaccaridi, gli
ammioacidi e i Sali
L'assorbimento intestinale dei minerali avviene con diverse modalità
ed è condizionato dal tipo di alimenti che compongono il pasto: sodio,
potassio e cloruro vengono assorbiti insieme all'acqua. Per
l'assorbimento del calcio è necessaria la vitamina D.
Nell'intestino crasso la flora batterica si riproduce attaccando la fibra,
con formazione di molecole volatili, gas e aumento della massa fecale.
I batteri intestinali producono inoltre vitamine (gruppo B e K), che
contribuiscono ad arricchire l'apporto alimentare.
Idrolisi ed assorbimento delle sostanze nutritizie
TRASPORTO DEL GLUCOSIO ALL'INTERNO
DELL'ORGANISMO
Il
glucosio
(prodotto
dalla
digestione dell'amido) immesso
nel circolo sanguigno, viene
trasportato dalla vena porta al
fegato, che è in grado di
accumularlo sotto forma di
glicogeno
(polisaccaride
di
riserva) quindi a tutte le cellule
dell'organismo, per poter essere
ossidato
Il glicogeno
Il glicogeno rappresenta
una riserva di carboidrati
dalla quale possono essere
liberati
glucosio-6-P
e
glucosio.
L’organismo
può
immagazzinare fino a 450 g
di glicogeno di cui circa due
terzi nel fegato e il restante
nella muscolatura.
Il glicogeno del fegato serve
soprattutto a mantenere
costante il livello ematico di
glucosio.
Il glicogeno dei muscoli è
invece
una
riserva
energetica
Combustione cellulare del glucosio
Il glucosio viene ceduto dal sangue alle
cellule. All'interno di esse, nei mitocondri,
avviene la combustione del glucosio in
presenza di ossigeno secondo la seguente
reazione
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O
sviluppo di energia
L'energia liberata sottoforma di ATP sarà
utilizzata per svolgere le funzioni vitali
Il ciclo di Krebs
“ Posso resistere a tutto tranne che alle tentazioni.„
Oscar Wilde 1854-1898
Il carbonio e le sue specie chimiche
L'importanza del carbonio è legata essenzialmente alla sua
presenza negli organismi viventi (ciclo biologico del carbonio):
la vita, nelle forme a noi note, si basa infatti sui composti del
carbonio.
Gli organismi viventi hanno, infatti, il carbonio come elemento
chiave in tutte le loro molecole principali e caratterizzanti e, in
particolare, in tutte le macromolecole.
Non sono molti gli elementi chimici che possono aspirare al ruolo di
protagonista nel partecipare alla costruzione di strutture molecolari
elaborate che, ordinate secondo una gerarchia-molecolare di crescente
complessità, sono destinate a formare sistemi biologici ben organizzati
come i viventi (modalità di descrizione dei sistemi complessi).
Soltanto il carbonio, con quattro elettroni per atomo disponibili
per formare quattro legami covalenti, può costruire
l'impalcatura necessaria alla costruzione di molecole stabili, di
grandi e diverse dimensioni e forme, con una grande varietà di
gruppi funzionali. Queste proprietà caratteristiche hanno la loro
origine nella posizione centrale del carbonio nel sistema
periodico.
Il carbonio occupa una posizione al centro del secondo periodo del
sistema periodico degli elementi chimici e possiede esattamente
metà degli elettroni necessari per riempire le sue orbite elettroniche
più esterne.
Sono sinteticamente rappresentate
alcune tipologie di catene caratteristiche
di varie sostanze organiche:
catene lineari
catene ramificate
catene cicliche
catene con legami doppi
Nelle sostanze organiche possono essere
presenti
più
tipi
di
catene
contemporaneamente.
Gruppi funzionali
Sono rappresentati alcuni dei più importanti gruppi funzionali
(gruppi di atomi collegati tra loro che danno caratteristiche
chimiche specifiche alle molecole in cui sono presenti).
I gruppi funzionali sono stati raggruppati sulla base degli atomi
legati a C.
Per alcuni sono indicati esempi di molecole in cui sono presenti (per
esempio la cisteina per il gruppo funzionale CSH) o pirimidine e
purine per strutture costruite con C ed N
Glucidi da GLUCOS = dolce
I più semplici hanno sapore dolce
Glucidi vengono impropriamente chiamati anche carboidrati perché sono composti
organici contenenti idrogeno e ossigeno combinati al carbonio nelle stesse proporzioni
della molecola d'acqua (H2O).
Hanno formula generale
Cn(H2O)n
da cui Idrati di carbonio o carboidrati
Si distinguono tre tipi di glucidi: i più semplici sono chiamati monosaccaridi se sono
costituiti da una sola molecola oppure oligosaccaridi se sono composti da 2 a 10
molecole; molti di questi carboidrati semplici hanno sapore dolce e per questo motivo
spesso sono anche chiamati zuccheri. I carboidrati composti da più di 10 molecole di
monosaccaridi vengono invece chiamati polisaccaridi.
MONOSACCARIDI
omosaccaridi
DISACCARIDI – OLIGOSACCARIDI
POLISACCARIDI
eterosaccaridi
MONOSACCARIDI
I monosaccaridi più importanti sono il
glucosio (il comune zucchero da tavola,
lo stesso che circola nel nostro sangue)
e il fruttosio.
o Triosi -C-C-Co Tetrosi –C-C-C-Co Pentosi –C-C-C-C-Co Esosi -C-C-C-C-C-C-
 aldosi
O
||
-C--H
 chetosi
 Forme D e forme L
 Forme alfa e forme beta
O
||
-C-
MONOSACCARIDI
PENTOSI
Ribosio (e desossiribosio): acidi nucleici – ATP - coenzimi
Chetopentoso – anello a 5 atomi
ESOSI
Glucosio: piante (fotosintesi) – sangue – carburante cellule
Aldoesoso – anello a 6 atomi
Fruttosio: miele - frutta - presente nel saccarosio
Chetoesoso – anello a 5 atomi
Galattosio: strutture nervose – presente nel lattosio
Aldoesoso – anello a 6 atomi
Mannosio: frassino della manna – presente in polisaccaridi
Aldoesoso – anello a 6 atomi
DISACCARIDI
Saccarosio: comune zucchero da cucina – barbabietola e canna
Glucosio + Fruttosio - legame alfa - 1,2
Lattosio: latte
Glucosio + Galattosio- legame beta - 1,6
Maltosio: malto di birra – degradazione amido
Glucosio + Glucosio – legame alfa- 1,4
Cellobiosio: degradazione cellulosa
Glucosio + Glucosio – legame beta
POLISACCARIDI
Amido: tuberi, semi, frutti, piante
(carboidrato di riserva vegetale)
Funzione di riserva
Glucosio
legami alfa 1,4 – 1,6
amilosio
amilopectina
Glicogeno: fegato, muscoli
(tipico carboidrato di riserva
animale)
Cellulosa: piante
(funzione strutturale, glucosio – legami beta
1,4)
Principali
glucidi
Fonti alimentari principali
Digeribilità
Prodotti della
digestione
Monosaccaridi
Glucosio
Frutta e miele
Ottima
Glucosio
Fruttosio
Frutta e miele
Ottima
Fruttosio
Disaccaridi
Saccarosio
Canne e barbabietole da zucchero
Ottima
Glucosio
e Fruttosio
Lattosio
Latte e latticini
Incompleta negli adulti
Glucosio e
Galattosio
Polisaccaridi
Amido e
destrine
Cereali, tuberi, legumi, ecc.
Ottima
Glucosio
Glicogeno
Carne e pesce
Ottima
Glucosio
Inulina
Topinambur e cipolle
Parziale
Fruttosio
Mannosani
Legumi
Molto bassa
Mannosio
Pentosani
Frutta e gomme
Molto bassa
Pentosi
Cellulosa
Foglie e gambi di vegetali,involucro esterno di semi
(crusca),cereali integrali,legumi,frutta
Digeribili parzialmente per azione dei
batteri nell'intestino crasso
Glucosio
Pectine
Frutta, carote, patate dolci
Digeribili parzialmente per azione dei
batteri nell'intestino crasso
Galattosio
Arabinosio
POTERE DOLCIFICANTE
Saccarina 40000
Aspartame 20000
Fruttosio
150
SACCAROSIO 100
Glucosio
75
Maltosio
32
Galattosio
22
Lattosio
20
FUNZIONI nell’organismo umano
ENERGETICA
1 g = 4 kcal
Energia immediata (glucosio)
Energia di riserva (glicogeno)
STRUTTURALE
REGOLATRICE
Glicolipidi e glicoproteine delle membrane cellulari
Acidi nucleici
Gli oligosaccaridi sulla superficie della cellula servono da segnali
ALTRE FUNZIONI PARTICOLARI
Acido jaluronico – condroitine - eparina
LARN
torta dell'energia
15%
glucidi
lipidi
protidi
25%
60%
50% complessi
10% semplici
FIBRA
Glucidi non disponibili
INSOLUBILE
SOLUBILE
Cellulosa
Emicellulose
lignina
Pectine
Gomme
Mucillagini
Polisaccaridi alghe
DIGESTIONE DELL’AMIDO
I carboidrati sono la principale fonte di energia per i processi organici, in
quanto forniscono il glucosio come combustibile, risparmiando quindi le
proteine. La loro digestione inizia nella bocca.
Quando le sostanze contenenti amido vengono masticate, l’amilasi salivare
(un enzima secreto dalla ghiandola parotide), inizia la scissione dell'amido in
glucosio e maltosio. Quando il cibo giunge nello stomaco, l'acidità gastrica
neutralizza l'amilasi ed i carboidrati, insieme ad altri nutrienti, vengono spinti
nell'intestino tenue dove si verifica gran parte della loro digestione. Altri
enzimi, come ad esempio l'amilasi pancreatica, raggiungono il duodeno
attraverso i dotti pancreatici e continuano la scissione dell'amido in glucosio e
maltosio.
La superficie della mucosa dell'intestino tenue è caratterizzata dalla
presenza di particolari strutture chiamate villi e microvilli che aumentano
notevolmente la superficie di assorbimento: infatti circa il 90% dei
nutrienti contenuti negli alimenti digeriti è assorbito a questo livello. Una
volta assorbiti, il glucosio e gli altri zuccheri semplici vengono trasportati
nel fegato attraverso la circolazione sanguigna e qui gli altri zuccheri
semplici sono convertiti in glucosio che viene conservato sotto forma di
glicogeno. In caso di bisogno, i depositi di glicogeno nel fegato o nel
muscolo scheletrico possono essere nuovamente scissi (processo di
glicolisi), con conseguente rilascio di glucosio nel sangue.
DIGESTIONE DELL’AMIDO
AMIDO
Amilasi salivare
DESTRINE
Amilasi pancreatica
MALTOSIO
Enzimi parete intestinale
GLUCOSIO
Vena porta
DISACCARIDI
DIGESTIONE DEI DISACCARIDI
Enzimi parete intestinale
MONOSACCARIDI
Vena porta
METABOLISMO DEI GLUCIDI
CATABOLISMO
ANABOLISMO
Glicogeno
fegato e
muscoli
glicogenolisi
glicolisi
Acido piruvico
glicolisi
anaerobia
Acido lattico
gluconeogenesi
fegato
Glucosio
Glucosio
tutte le cellule
Acido piruvico
glicolisi aerobia
AcetilCoA
+ 2 ATP
CO2 H2O + 38 ATP
fegato e muscoli
glicogenosintesi
Glicogeno
La glicemia, cioè il livello ematico di glucosio, è regolata dall'insulina (ormone
prodotto dal pancreas) secondo il fabbisogno corporeo.
L'insulina può:
1) stimolare la trasformazione del glucosio in glicogeno, come riserva di
energia a pronto rilascio;
2) stimolare la trasformazione del glucosio in lipidi, costituendo una riserva
energetica a lungo termine nel tessuto adiposo;
3) stimolare il passaggio del glucosio nelle cellule per fornire l'energia
cellulare necessaria.
All’interno delle cellule il glucosio, se è presente ossigeno in quantità sufficiente,
viene usato per produrre le importanti molecole energetiche di ATP (adenosina
trifosfato) attraverso un complesso processo chimico definito ciclo di Krebs : questa
appena descritta è la cosiddetta glicolisi aerobica, che è molto efficiente e determina
la produzione di 38 molecole di ATP , oltre che acqua e anidride carbonica.
Quando invece l'ossigeno non è disponibile o è disponibilie solo in scarsa quantità,
come nel caso di attività fisica notevole e prolungata, si avvia un processo chimico
poco efficiente che porta alla produzione di acido lattico e solo 2 molecole di ATP.
L'acido lattico viene poi ritrasportato al fegato, dove viene convertito in glicogeno
attraverso il cosiddetto ciclo di Cori. Tutto questo processo viene chiamato glicolisi
anaerobica.
Fa che il cibo sia la tua medicina e che la
medicina sia il tuo cibo
(Ippocrate, ca 460-377 a.C, medico greco)