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Catabolismo energetico umano

P. Forster

Mitocondri

a cura di Daniela Rüegg

1.  Introduzione

Un organismo per sopravvivere necessita di energia che si procura biochimicamente, decomponendo delle molecole complesse organiche in molecole meno complesse, di solito anorganiche. Il classico esempio è quello della decomposizione degli zuccheri (prevalentemente prodotti da piante con impegno energetico solare) e ossigeno, in acqua e anidride carbonica. In questo modo l'organismo recupera l'energia (solare) che la pianta ha investito per costruirsi delle molecole complesse (p.es. glucosio) a partire da molecole semplici anorganiche (come acqua e anidride carbonica).

I mammiferi sono forniti di apparati digestivi specializzati per una determinata nutrizione, erbivora o carnivora. L'uomo è un animale onnivoro che riesce a digerire sia prodotti animali che vegetali.
Tra i vegetali ci sono poche qualità ben digeribili; per contro, carne, pesce, latticini, uova e miele pongono pochi problemi. Grazie alle arti culinarie sviluppate in decine di migliaia di anni, la trasformazione dei vegetali (graminacee in pane e pasta, legumi e patate resi commestibili con la cottura, zucchero cristallizzato estratto da rape o canna, ...) li rende ben digeribili.

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1.1  Fabbisogno alimentare

Il fabbisogno alimentare vegetativo (funzionale, strutturale) dell'uomo è di ca. 150gr di glucidi e ca. 1gr/kg di proteine e di grassi al giorno.

A questo si aggiungono i fabbisogni per le attività fisiche (stare in piedi, seduti, camminare, parlare, lavoro fisico, ...) che possono essere coperti da glucidi, grassi e proteine in qualsiasi combinazione. Per un lavoro sedentario si stima un fabbisogno totale energetico di ca. 30kCal per kg di peso corporeo.
Per un ciclista, questi valori possono duplicare o triplicare il fabbisogno di un sedentario, coperto in parte da notevole quantità di cibo. Ciò dimostra anche che delle stime su un fabbisogno alimentare personale sono aleatorie, in quanto è impossibile tenere in considerazione tutte le variabili coinvolte.
I diagrammi cui sopra illustrano le proporzioni.

Per la composizione della dieta in proteine, grassi e glucidi un organismo umano sano regge benissimo le più diverse combinazioni e questo lo si può notare dalle diverse culture: dalla dieta prevalentemente lipidica dei popoli indigeni nordici, all'alimentazione proteica dei pescatori e dei popoli nomadi fino alla nostra dieta glucidica.

Il latte materno contiene ca. 6% di proteine, 54% di grassi e 40% di glucidi.

Il fabbisogno minimo calorico fisiologico consiste in ca. 20% di proteine e 40% di glucidi e 40% di lipidi. Secondo le esigenze energetiche la si può aumentare a piacere del 30 ... 100% con glucidi, lipidi e proteine.

La Società Italiana di nutrizione umana SINU propone una ripartizione calorica di ca 10% di proteine, 30% di grassi e 60% di glucidi.

Paragonando i dati si nota, che gli "esperti" propongono una nutrizione glucidica a scapito di oli, grassi e proteine al limite del fisiologico. Le differenze proteiche con il latte materno in realtà non sono differenze, perchè le proteine consumate in media da adulti hanno una qualità molto inferiore (valore biologico delle proteine) di quelli contenuti nel latte materno (o nell'uovo che è quasi identico come composizione di protidi).

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1.2  Digestione alimentare

La digestione alimentare è la prima tappa nel metabolismo di un organismo. Ha la funzione di decomporre (catabolizzare) biochimicamente le complessissime molecole degli alimenti nelle loro molecole basilari per renderli assorbibili per il seguente usofrutto:

  • glucidi (amidi, zuccheri) in zuccheri semplici (glucosio, fruttosio, ...)
  • lipidi (oli, grassi) in trigliceridi, fosfolipidi e acidi grassi
  • proteine nei loro 20 tipi di amminoacidi

Naturalmente sono digerite (resi assorbibili) anche acqua, spezie, minerali, vitamine e numerose altre sostanze. Non essendo energeticamente rilevanti qui non sono trattate.

La decomposizione degli alimenti avviene con processi biochimici tramite enzimi:

amilasi per i glucidi

lipasi per i lipidi

proteasi per le proteine


Gli enzimi sono delle proteine funzionali specifiche per una determinata sostanza da decomporre (p.es. sucrasi per lo zucchero) che vengono sintetizzati dall'organismo stesso in base alle informazioni genetiche.
Come avvio della reazione ci vuole una determinata energia di attivazione. Avviata si apre il legame chimico e libera l'energia di dissociazione.

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1.3  Catabolismo energetico

è la possibilità di trasformare i principali ingredienti dell'alimentazione in sostanze energeticamente sfruttabili. Questa decomposizione si chiama catabolica (in contrasto a "anabolica" che indica la "composizione" di sostanze che richiede energia per fare nuovi legami molecolari).

Il complesso di processi biochimici anabolici e catabolici si chiama metabolismo. In realtà le catene di processi biochimici sono un continuo seguirsi di composizioni anaboliche e scissioni cataboliche.

Per il trasporto dell'energia servono maggiormente delle "batterie cariche" ATP (adenosintrifosfato, anche FADH, NADH, ...) che si scaricano con la scissione in ADP (adenosindifosfato, FAD, NAD) e P (fosforo risp. idrogeno H).

La prima decomposizione viene effettuata nell'intestino tenue: i glucidi in glucosio e altri zuccheri, i grassi in trigliceridi (poi "imballati" come colesterolo) e le proteine in aminoacidi.

In queste forme passano nella circolazione sanguigna ed escono nel tessuto connettivo lasso dove c'è bisogno (i trigliceridi ev. separati in glicerolo e acidi grassi).

Le cellule assorbono queste sostanze e, se necessario,le usano per dei compiti funzionali e strutturali; il resto per scopi energetici.

Glicerolo, glucosio e certi aminoacidi a scopo energetico vengono trasformati in piruvato per poi entrare nei mitocondri: "centrali" energetiche di ogni cellula. Il piruvato, gli acidi grassi e certi aminoacidi sono ridotti poi in acetilcolina che entra nel ciclo di Krebs (ciclo di acido citrico).

Nel ciclo di Krebs viene decomposto l'acetilcoenzima (assistita dall'ossigeno) in acqua e anidride carbonica. Questa azione libera l'energia dei legami molecolari e carica 36 ADP & P (adenosindifosfato & fosforo) in 36 ATP (adenosintrifosfato).

In questa forma sono esportati dai mitocondri e messi a disposizione di processi cellulari richiedenti dell'energia. Si scaricano con la scissione in ADP & P tornando nei mitocondri per essere "ricaricati".

Nei seguenti capitoli saranno trattati più in dettaglio i singoli processi catabolici per glucidi, lipidi e aminoacidi, le trasformazioni tra di loro, lo stoccaggio di riserve e la regolazione di questi processi.

1.4  Principali processi biochimici


Respirazione cellulare

Il catabolismo energetico intracellulare si chiama anche catabolismo intermediaro e respirazione cellulare. Consiste nella trasformazione di glucosio (o glicerolo, acidi grassi, aminoacidi) e ossigeno in acqua e anidride carbonica. Durante questa trasformazione si libera dell'energia che viene accumulata in molecole di ATP (adenosintrifosfato) per scopi biochimici che richiedono energia. Ogni molecola di glucosio trasferisce l'energia legata nella struttura della molecola in 38 molecole di ATP.

Il processo è alquanto complesso e consiste grossolanamente in tre gruppi:

  • glicolisi (il che divide il glucosio in due molecole di piruvato)
  • di seguito il ciclo di Krebs (o di acido citrico) (che decompone l'acido citrico in otto tappe in acido oxalacetico per legare poi quest'ultima ad una nuova molecola di piruvato per ricominciare il ciclo)
  • di seguito del processo di scambio di elettroni e- / idrogeno H+ (energetico) che trasforma le "valuta energetiche" NADH e FADH2 in ADP.

Il processo è efficace a ca. 40% (motori umani a ca. 10 ... 40%), 60% vengono trasformati in calore.
Calcolato a "brutto", 1 ATP richiede ca. 18kcal di "combustibile" delle quali 7kcal vanno trasformati in un'unità di energia chimica ATP e 11kcal finiscono in calore.

L'immagine a fianco dimostra sommariamente le vie cataboliche energetiche con le principali molecole biochimiche in merito per i principali gruppi alimentari da catabolizzare:
  • proteine → amminoacidi
  • glucidi → glucosio
  • olii e grassi → acidi grassi
Per avere una pur pallida idea del catabolismo energetico conviene considerare tutti tre i gruppi alimentari: proteine, glucidi e grassi anche se sembra complicato (ed è invece ridotto al minimo indispensabile).

Mettendo invece l'accento sul percorso catabolico del solo glucosio (come lo fa la maggioranza dei testi per laici) si nota, che questo è una "terribile semplificazione" che condiziona in senso unilaterale tutte le riflessioni metaboliche e dietetiche del lettore: un pò come se non centrassero gli aminoacidi e i grassi che di fatti sono più importanti per la sopravvivenza dell'organismo, mentre i glucidi servono a poco di più che a materiale combustibile.

I seguenti capitoli descrivono in dettaglio questi processi biochimici all'interno di ogni cellula animale.

Sono trattati i seguenti argomenti:
Ciclo del acido citrico Catabolismo anaerobico Beta-ossidazione Ciclo dell'urea Gluconeogenesi

Ciclo dell'acido citrico

Il catabolismo aerobico è un circuito chiuso di trasformazioni biochimiche nelle quali vengono trasmesse porzioni di energia chimica a delle molecole adatte per il trasporto di energia.

Punto di partenza è una molecola di piruvato che viene legata ad una molecola di coenzima A (CoA) per formare l'acetil-CoA.


Molecole principali del
ciclo di Krebs

Molecole di trasporto
del ciclo di Krebs

A questa molecola viene aggiunta una molecola di oxaloacetate e poi separata la CoA per formare l'acido citrico.
L'acido citrico è poi degradato in otto passi fino all' oxaloacetate, che si lega di nuovo al CoA e così via ...

La consecutiva degradazione di acido citrico in oxaloacetate libera l'energia di legami e-, degli atomi di idrogeno H+ e (con l'assistenza di CoA) anche due molecole di anidride carbonica.
L'energia liberata viene usata per "caricare" delle molecole di trasporto energetico NADH, FADH2 e ATP.

Tutto questo avviene nell' involucro interno degli organelli cellulari chiamati mitocondri.


Catabolismo energetico aerobico:
ciclo dell' acido citrico (di Krebs)

Le molecole di trasporto d'energia vengono poi "scaricate" nell' involucro esterno mitocondriale in forma di atomi di idrogeno e elettroni. Una parte di loro si lega con ossigeno (proveniente dalla respirazione) ad acqua 2H + 1/2O2 → H20.

La maggior parte invece serve a caricare delle molecole di trasporto nella cellula adenosindifosfato ADP e fosfato P in adenosintrifosfato: la cellula ne ha continuamente bisogno per svolgere i suoi compiti di trasporto di ioni e molecole e per la sintetizzazione di molecole come proteine e materiale genetico.
Per questo scopo c'è un continuo pellegrinaggio di ADP scariche alle membrane esterne mitocondriali e il ritorno di ATP cariche nei luoghi di bisogno della cellula (un pò come le formiche che portano del materiale nel nido).

Per chi intende approfondire l'argomento può visionare i seguenti filmini che spiegano molto bene (in inglese con sottotitoli) il funzionamento, in parte anche animato:

La khanacademy si impegna di mettere gratuitamente sul web delle relazioni scolastiche su alto livello didattico su YouTube con un elenco completo.


Catabolismo anaerobico

C'è anche un "circuito di emergenza" energetica che di solito entra in funzione nei casi di ossigeno scarso (che occorre per il circolo dell'acido citrico): il piruvato nei muscoli e negli eritrociti è trasformato invece di acetil-CoA in acido lattico (acido carbossilico a grasso C3:0). Questo circuito anaerobico fornisce poca energia (3 ATP) in confronto al ciclo di Krebs (36 ATP) per molecola di glucosio.

Il cuore e gli eritrociti riescono ad usare l'acido lattico direttamente per scopi energetici. Il resto dell' acido lattico finisce nel fegato che lo trasforma di nuovo in glucosio.

Beta-ossidazione


β-ossidazione

La β-ossidazione o "spiraglio di acidi grassi" degrada passo per passso nei mitocondri le lunghe catene di carboni in acetil-CoA che entra poi nel ciclo di Krebs per poi essere degradato con ossigeno in anidride carbonica e acqua.

Prima di entrare nel mitocondrio, l'acido grasso va preparato: aggiungendo AMP (adenosinmonofosfato), CoA e come sostanza di trasporto la carnitina. Dopo l'entrata nel mitocondrio, la carnitina viene restituita alla cellula per un altro uso.

Energeticamente all'entrata nel mitocondrio ci vuole 1ATP per la preparazione di un acido grasso . Il seguente spiraglio libera 1FADH2 e un NADH (corrispondente a 5 ATP) per ogni due carboni formando il acetil-CoA: (per un acido grasso C16:0 quindi 8*(5-1) = 32ATP nello spiraglio).
Nel susseguente ciclo di Krebs si aggiungono 12ATP per acetil-CoA (per un acido grasso C16:0 quindi 8*12 = 96ATP).

La β-ossidazione di per sè non richiede ossigeno ed è quindi "anaerobica" mentre il susseguente ciclo di Krebs richiede 2O2 per acetil-CoA e quindi 2*8 = 16 O2 per un acido grasso C16:0.

Ciclo dell'urea


Ammonio


Urea

Il ciclo dell'urea serve al catabolismo degli aminoacidi: allontana da loro l'azoto in forma di ammonio e lo trasforma in urea innocua che viene escreta con l'urina.

Il ciclo dell'urea consuma 3ATP il che viene poi compensato dalla degradazione del rimanente fumarato nel ciclo di Krebs (che procura 1NADH = 3ATP).



Gluconeogenesi

La gluconeogenesi è la sintesi di glucosio a partire da precursori non saccaridici.
Negli animali superiori ha luogo prevalentemente nel fegato e in piccola parte nella corteccia surrenale.

La gluconeogenesi è attiva principalmente in condizioni di digiuno o durante un intenso sforzo fisico, e consente il mantenimento dei livelli normali di glicemia dopo l'esaurimento del glicogeno immagazzinato.

La gluconeogenesi è fondamentale per rifornire di glucosio il cervello, gli eritrociti, il cristallino, la midollare del surrene, i tessuti embrionali, per tutti questi il glucosio è l’unica o la principale sostanza nutriente.

I precursori del glucosio negli animali sono il lattato, il piruvato, il glicerolo e gli aminoacidi glucogenici federica.unina.it

È evidente che prima della trasformazione di un amainoacido in glucosio l'azoto deve essere allontanatonel ciclo dell'urea.
Gli aminoacidi glucogenetici sono: Alanina, Arginina, Asparagina, Aspartato, Cisteina, Glutammato, Glutammina, Glicina, Istidina, Prolina, Serina, Metionina*, Treonina*, Valina*
(* → essenziali).

La gluconeogenesi come processo catabolico è evidentemente un consumatore di energia chimica. Ad equilibrarlo energeticamente sono i precedenti processi catabolici che formavano gli ingredienti.

1.5  Riserve energetiche

In contrasto all'opinione pubblica, a pasto digerito, i glucidi non entrano in circolazione sanguigna : nell'organismo si trovano dei "magazzini" glucidici (di glicogeno) che dopo i pasti vengono riempiti e tra i pasti svuotati secondo le esigenze dell'organismo.

Nel fegato si trovano ca. 150 gr di glicogeno e nei muscoli altri 300 gr per un ammontare di ca. 450 gr (corrispondente a ca. 9 tavolette di cioccolato).

Inoltre nell'intestino tenue e nei reni (in caso di necessità) possono essere sintetizzati dei glucidi a partire da proteine e lipidi (provenienti dall'organismo o dall'alimentazione), in totale fino a 400 gr al giorno (corrispondente ad altre 8 tavolette di cioccolato).

Se la quantità di glucidi assimilati è sovrabbondante, la parte eccedente viene trasformato in lipidi (grassi), immagazzinabili nell'organismo anche in grandi quantità e usabili dalla muscolatura direttamente oppure ritrasformabili in glucosio.

L'immagine sopra elenca i passi basilari del trasporto e dell'elaborazione dei glucidi in energia.

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1.6  Escrezione di residui

I residui del catabolismo energetico sono escreti per diverse vie:

  • le scorie digestive, la flora intestinale e il colesterolo (in forma di acidi biliari) tramite le feci
  • l'anidride carbonica CO2 tramite l'espirazione
  • l'acqua e del sale (NaCl) tramite la transpirazione e le vie urinarie che escreta anche gli altri minerali e metaboliti di sostanze non energeticamente sfruttate
  • l'azoto dal catabolismo proteico in forma di urea tramite l'urina
  • ev. chetoni dal catabolismo di lipidi tramite l'urina
  • ev. glucosio da glicemia elevata tramite l'urina


2.  Catabolismo dei glucidi

Iglucidi sono gli amidi e gli zuccheri della nostra alimentazione.

I glucidi complessi vengono decomposti nell'intestino tenue in monozuccheri (singole molecole di glucosio, fruttosio, galattosio, ribosio) ed assorbiti in questa forma con delle "pompe di sodio" dall'intestino nella vena porta. Nel fegato vengono traformate a necessità e ripartite nel sangue o nei "magazzini energetici".

Nelle zone bisognose dell'organismo escono dal sangue e sono assorbite delle cellule. Il glucosio viene poi degradato (catabolizzato) liberando energia per il lavoro muscolare, il trasporto di molecole e la generazione biochimica di nuove molecole (anabolismo).

La concentrazione di glucosio nel sangue circolante si chiama glicemia e si misura in mg/dl o mmol/l.

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2.1  Alimentazione e digestione glucidica

I glucidi oltre ai lipidi sono i maggiori fornitori per le esigenze energetiche dell'essere umano. Consistono maggiormente in amidi da graminacee (pane, pasta), patate e granoturco e da zuccheri di frutta, barbabietola e canna.

Al contrario delle bestie, l'essere umano coltiva i nutrienti nell'artigianato agricolo, li raffina nell'artigianato e nell'industria alimentare e li prepara con arti culinarie per renderle ben digeribile. C'è quindi una enorme differenza tra un prodotto "selvaggio" e un alimento umano.

La digestione nell'intestino tenue decompone i vari glucidi in molecole assorbibili dalla mucosa intestinale e trasferibili nel sangue: glucosio e fruttosio. I glucidi più frequenti nella nostra alimentazione sono gli amidi e gli zuccheri (saccarosio) di rapa e di canna.

Sono trattati i seguenti argomenti:
Amidi Zucchero Fruttosio Lattosio Ribosio

Amidi

Le molecole degli amidi (pane, pasta, patate, ...) invece sono lunge catene di glucosio diramate (300 ... 600 molecole di glucosio per molecola di amido).

Vengono decomposte passo per passo nell'intestino tenue a partire dei terminali dall'enzima amilase

prima in maltosio (coppia di glucosio) e poi dall'enzima maltase in singole molecole di glucosio. in numerosi processi culinari, dalla cottura fino alla frittura,molti amidi sono degradati in molecole più corte amidiche fino al maltosio

Zucchero

Le molecole dello zucchero saccharosio (zucchero da cucina) consistono nel concatenamento di una molecola di glucosio e di fruttosio.

Sono divise nell'intestino tenue dall'enzima sucrose e passano tramite la vena porta nel fegato. Il glucosio può poi entrare in circolazione arteriale ed essere sfruttato dalle cellule oppure va immagazzinato in forma di glicogene.

Fruttosio

Il fruttosio invece dev'essere trasformato in glucosio nel fegato con l'enzima fruttosio-bifosfatase e non incide quindi direttamente sulla glicemia postprandiale.

Per questo motivo è spesso usato (puro) dai diabetici per tenere a bada gli sbalzi di glicemia (salvo di diabetici con fegato leso per non sovracaricarlo).

Nella nostra alimentazione ci sono altri zuccheri come p.es. il lattosio e il ribosio:

Lattosio

Il lattosio (zucchero del latte) è il primo glucide che consumiamo con il latte materno (che contiene ca. 7gr / 100gr). Il lattosio è composto di una molecola di glucosio e di galattosio che vengono separati dall'enzima lattasi. Il galattosio è anche direttamente assorbibile.
In persone "intolleranti al lattosio", l'intestino ha difficoltà a fabbricare l'enzima della decomposizione (lattasi) e quindi prodotti contenenti lattosio (come latte o globuli omeopatici) sono maldigeriti. Si può rimediare consumando,assieme a questi alimenti, un pò di lattasi .

Ribosio

Il ribosio è uno zucchero strutturale di tutto il materiale genetico (DNA, RNA). È contenuto in tutte le sostanze "cellulari" che consumiamo (vegetali e animali) e può essere assimilato direttamente.
Nelle tabelle alimentari non è elencato perché non serve primordialmente come fornitore di energia ma come molecola strutturale.

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2.2  La distribuzione di glucosio

La circolazione sanguigna distribuisce il glucosio (dopo la preparazione nel tratto gastrointestinale e l'immagazzinamento temporaneo nel fegato) in tutto il corpo. Finisce nelle cellule che lo trasformano in acqua e anidride carbonica fornendo l'energia che gli serve per svolgere i loro compiti oppure in glicogene o in lipidi.

È una superstizione quella di credere o di pretendere che il glucosio isolato nella digestione vada direttamente in circolazione e nelle cellule. In realtà il glucosio dopo un pasto va nel fegato (tramite la vena porta che raccoglie il sangue del completo apparato digestico). La vena porta stessa è dotata di uno sfintere per dosare la mescolanza di sangue arterioso epatico (povero di glucosio) con il sangue della vena porta in modo, che la concentrazione totale postprandiale non supera più di 1.7 volte il valore a digiuno. Il glucosio eccedente viene trasformato in glicogene e immagazzinato.

Nel medesimo tempo le cellule aprono le saracinesche per l'afflusso di glucosio. Questo viene "succhiato" fuori dal sangue, la concentrazione (glicemia) si abbassa e la vena porta fa passare più sangue dalla digestione o, se non c'è più una concentrazione sufficente di glucosio, decompone del glicogene e lo manda in circolazione, svuotando così i magazzini glicogenici.

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2.3  Fabbisogno di glucosio

Il consumo di glucidi non è da confondere con il fabbisogno di glucosio dell'organismo.

Sono trattati i seguenti argomenti:
Consumo di glucidi Fabbisogno di glucosio

Consumo di glucidi

Il fabbisogno di glucosio dell'organismo ha poco a che fare con i glucidi che ingeriamo, visto che metabolicamente siamo organizzati in modo che qualsiasi cibo ricco di energia può essere trasformato o in glucosio e/o piruvato e/o acetilcolina. Alla fine non è energeticamente importante se ci nutriamo prevalentemente di glucidi, grassi o proteine. Questo è dimostrato dalle culture (o persone) prevalentemente carnivore o prevalentemente erbivore.

Il consumo di glucidi non è quindi obbligatorio, perché il glucosio ha poche funzioni strutturali o funzionali. E le esigenze energetiche si possono coprire benissimo anche con proteine e grassi. D'altronde, due tipi di cellule non sono in grado di coprire il loro fabbisogno energetico direttamente dai grassi: le cellule nervose e gli eritrociti. Si stimano, che necessitano l'equivalentee di 120 ... 150 gr di glucidi al giorno in forma di glucosio. Se mancano dei glucidi per questi compiti, l'organismo se li procura facilmente dai lipidi (via lipolisi) e dalle proteine (via gliconeogenesi).

D'altro canto funziona benissimo anche una nutrizione prevalentemente glucidica, perchè gli eccedenti vanno prima immagazzinati come glicogeno e se i "serbatoi" sono pieni sono facilmente trasformati in grassi di riserva.
Con questo genere abitudine di alimentazione basta consumare sufficentemente proteine e oli / grassi (animali e/o vegetali) per i compiti funzionali e strutturali dell'organismo (al minimo di ciascuno ca. 0.7gr/kg di peso corporeo al dì) e quindi per non ledere strutturalmente o funzionalmente l'organismo.

Fabbisogno di glucosio

Il fabbisogno di glucosio (energetico) varia notevolmente durante la giornata. Ad una base (di ca. 1kCal/min) per le funzioni elementari si somma il fabbisogno per il lavoro muscolare che dipende evidentemente delle attività fisiche svolte.

L'assunzione di cibo e quindi anche di glucidi avviene di solito in 2 ... 5 pasti / spuntini in 24 ore in quantità che dovrebbero coprire il fabbisogno giornaliero. Un esempio per un'alimentazione tipo si trova nell'immagine a fianco: uomo di 80kg di peso corporeo e un lavoro sedentario,mangia ascetico la mattina, modesto a pranzo e abbondante la sera per un ammontare di ca. 2'400 kCal/dì.

Sarebbe sbagliato includere nelle analisi energetiche solo i glucidi, perché anche i lipidi sono usati come "materiale di combustione" e in fine, anche proteine ed alcol vanno trasformati in glucosio e servono come "combustibile".

Si vede che l'apporto di "materiale da combustione" (i pasti) non coincide con l'uso del materiale. Necessitano quindi dei "magazzini", una logistica e regolazione sofisticate per tenere in equilibrio spesa e consumo.

Il processo di regolazione della glicemia è molto raffinato e complesso e per niente chiaro in tutti dettagli. In esso partecipano sia il sistema nervoso vegetativo sia il sistema ormonale con tutte le loro interdipendenze.

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2.4  Controllo di valori glucidici

Sono trattati i seguenti argomenti:
Glicemia Glicoemoglobina

Glicemia

La concentrazione di glucosio nel sangue (glicemia) viene regolata in modo che si trova ca. tra 3.9 e 6.4 mmol/l (corrispondente a 70 ... 115 mg/dl). Valori sotto i 3.5 mmol/l provocano debolezza, stanchezza immediata mentre dei valori superiore a 6.4 mmol/l non si sentono, ma se la media è a lungo sopra questo limite, con gli anni aumenta il rischio di intasamenti di capillari con i relativi sintomi.

Il compito regolativo è difficile. Da una parte l'assunzione di cibo in 2 ... 5 pasti / spuntini in 24 ore, d'altra le esigenze energetiche basilari dell'organismo (respirazione, circolazione, sistema nervoso, digestione, fegato, reni) di ca. 20kCal/kg&dì con delle punte per le attività muscolari.
Per questo motivo nel sangue circolano continuamente ca. 4 grammi di glucosio (corrisponde ca. a una zolletta di zucchero) che vengono continuamente consumate e sostituite. In caso di "pericolo" (stress) la regolazione neurovegetativa l'aumenta entro pochi secondi preventivamente di ca. il doppio.

Glicoemoglobina

Il valore medio degli ultimi mesi si può determinare con la glicoemoglobina HbA1c:
L'emoglobina degli eritrociti (cellule sanguigne rosse) riesce a legare con del glucosio circolante nel sangue ("emoglobina glicosilato"). "Memorizza" quindi la concentrazione media della glicemia nella durata di vita di una molecola di emoglobina (sopravvivenza media di 100 ... 120 giorni).
Misurando la percentuale di emoglobina glicosilata si raggiunge un valore proporzionale alla media della glicemia. Il valore è misurato in percento e viene poi trasformato in "glicemia media" mmol/l o mg/dl con le funzioni a fianco.

Il valore è importante per la diagnosi e il controllo terapeutico di disturbi metabolici come il diabete mellito. Si ritiene "normale" un valore tra 4 ... 6%.

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2.5  Indice glicemico di alimentari


Indici glicemici

L'indice glicemico indica l'incidenza del consumo di un alimento sul percorso della glicemia in relazione al consumo di glucosio puro.

Ci sono grandi differenze non solo tra alimenti ma altrettanto secondo la loro preparazione prefabbricazione/culinaria.

La seguente tabella elenca l'indice glicemico di diversi alimenti. Ai diabetici conviene consultatarla per comporre i loro pasti esenti da grandi sbalzi glicemici.

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Il Suo Browser non riesce a far vedere il link. Lo trova sotto IndiceGlicemico

3.  Catabolismo dei lipidi

Nell'alimentazione oli e grassi consistono maggiormente in trigliceridi (tre acidi grassi uniti con un glicerolo) e un pò di fosfolipidi (due acidi grassi uniti con un fosforo e normalmente un gruppo nitrogenico) e piccole quantità di colesterolo o fitosterolo.

I lipidi sono contenuti sia in alimenti animali (normalmente grassi, tipicamente composti da acidi grassi C16:0 e C16:1) che in alimenti vegetali (normalmente oli da semi, tipicamente composti da acidi grassi C18:1 e C18:0).

3.1  Tipi di olii e grassi alimentari

Gli oli e i grassi vegetali e animali nei nostri alimenti sono composti da una larga gamma di diversi acidi grassi; ogni alimento ha le sue proprie caratteristiche quantitative ma poche qualitative. Analizzando le composizioni non sono razionali i discorsi pubblici sul più o meno "sano" di "grassi animali" e "oli vegetali". Tanto le riserve corporee in grassi consistono in acidi grassi C16:0 e un pò di C16:1 nelle quali sono trasformati partendo da quelle ingerite.

Il metodo per paragonare dei lipidi di varia provenienza è di paragonare i profili di acidi grassi che li compongono.

per leggere meglio le percentuali minori, conviene rappresentarli su una scala logaritmica. .

Si nota che gli oli vegetali hanno più catene lunghe, mentre quelli animali catene più corte. La ripartizione tra ω3 e ω6 (ideale ipotizzato 1:3) è più adatta alle esigenze umane tra i grassi animali che tra i quelli vegetali.

Per i fosfolipidi ("lecitina") dei dati affidabili sono scarsi. I contenuti più alti si trovano in uovo, prodotti lattici, pesce, interiora e in soia, noccioline, cavolfiore, granoturco.
Il fabbisogno si stima attorno a un mezzo grammo per giorno mentre la media consumata in paesi industrializzzati è intorno a 4 ... 8gr per dì.

Sono trattati i seguenti argomenti:
Trigliceridi Fosfolipidi

Trigliceridi


Trigliceride

I trigliceridi consistono nel legame di un glicerolo con tre acidi grassi. Gli acidi grassi possono essere uguali o diversi, saturi o insaturi. I trigliceridi di un olio o grasso sono variatissimi e consistono di solito di una dozzina di acidi grassi diversi in tutte le combinazioni di tre.

La composizione in acidi grassi determina la media consistenza espressa per il punto di fusione. Più corte sono le catene, meno sono insaturi e più legami sono del tipo "trans", più denso diventa e più alto è il punto di fusione in °C.


Fosfolipidi

I fosfolipidi consistono nel legame di due acidi grassi, un fosfato legato a un gruppo azotico e un glicerolo.

Non sono essenziali e quindi l'organismo li sintetizza secondo il bisogno delle membrane cellulari e le micelle occorrenti.

Una piccola quantità è pur sempre contenuta in cellule vegetali e animali, qualche percento negli oli e grassi alimentari e fino a 10% nell'uovo.

La lecitina è un cholin-fosfolipide quasi puro (estratto dall'olio di soia) e viene impiegato come emulgatore. Anche il lievito medicinale ne contiene notevoli dosi.

I fosfolipidi formano le membrane cellulari e di organelli. In assenza di fosfolipidi nutrizionali, le cellule riescono a sintetizzarli da acidi grassi liberi, glicerolo, fosfato e colina.

I fosfolipidi hanno un'affinità con i lipidi grassi insaturi. Questo è anche razionale, perché se una cellula deve sintetizzare degli ormoni tessutali / neurotrasmettitori, isola dalla propria membrana dei fosfolipidi adatti, li decompone in acidi grassi, glicerolo, fosfato e colina e sintetizza poi da acidi grassi ω3 e ω6 le relative sostanze.

Più lipidi grassi insaturi sono a disposizione più posto "orizzontale" occupano i fosfolipidi sintetizzati e più elastica diventa la membrana.

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3.2  Distribuzione di lipidi

L'elaborazione di lipidi alimentari è un processo complesso a multiple tappe, visto che i lipidi nel substrato acquoso dell'organismo devono essere "imballati".

  • nelle cellule intestinali vanno assorbiti trigliceridi e fosfolipidi per essere assemblati in micelle e fornite di una proteina di riconoscimento. Il tutto si chiama chilomicrone.
  • viene esportato dalla cellula intestinale e viene poi assorbito dal sistema linfatico il quale lo conduce nella circolazione sanguigna.
  • raggiunto il fegato, quest'ultimo modifica l'imballaggio
    • con altre proteine di riconoscimento per le cellule di destinazione e
    • con colesterolo per l'armatura delle membrane cellulari e
    • aumenta la quantità di fosfolipidi
    • tutto a costo dei trigliceridi e
  • li restituisce in circolazione. La micella si chiama allora LDL (low density lipid → lipide ad bassa densità) o come lo chiamano medici e profani: "colesterolo cattivo" (anche se contiene solo ca. 1/3 di colesterolo).
  • gli acidi grassi liberi sono invece legati a delle proteine p.es. albumina FFA ed entrano in circolazione in questo modo
  • gli aggregati LDL escono dalla circolazione in "zone bisognose" e si connettono a dei ricettori di lipidi di cellule.
  • in seguito vengono "scaricate" di una parte di trigliceridi e di colesterolo e in compenso "caricate" di proteine e di fosfolipidi prodotti dalla cellula.
  • dopo questo scambio tornano in circolazione chiamandosi allora HDL (hight density lipid → lipide ad alta densità) o come lo chiamano medici e profani: "colesterolo buono" (anche se contiene ancora ca. 1/4 di colesterolo) e tornano al fegato.
  • nel fegato vengono caricate di trigliceridi e colesterolo e scaricate di fosfolipidi e proteine
  • per poi riprendere il viaggio verso le cellule.

Si nota che le micelle LDL e HDL non sono solo mezzi di trasporto per trigliceridi e colesterolo tra fegato e cellule ma altrettanto mezzi di trasporto per proteine e fosfolipidi tra cellule e fegato.

Sono trattati i seguenti argomenti:
Lipidi e micelle Composizione di micelle Uso delle sostanze trasportate

Lipidi e micelle

I trigliceridi non si amalgamano con l'ambiente acquoso e hanno la tendenza di riunirsi con altri grassi formando delle goccioline o strati galleggianti su superfici acquose.

Nell'intestino duodenale alla "pappa prandiale" viene aggiunto del liquido biliare, un potente emulgatore, capace di legarsi da una parte con molecole acquose e dall'altra con molecole lipidiche (grasse). Evita così l'aggregazione di trigliceridi.

Nei fosfolipidi invece, il terminale con il gruppo fosfato è idrofilo (si mescola con l'acqua) mentre l'altro terminale è lipofile (si mescola con grassi). Un gruppo di fosfolipidi forma (in ambiente acquoso) una piccola sfera detto micella con le teste verso l'esterno e le code verso l'interno.

Queste micelle sono in grado di aggregare nel loro interno delle sostanze lipidiche come trigliceridi o acidi grassi. In questo modo i lipidi vengono trasportati nei substrati acquosi dell'organismo.

Si distinguono diversi tipi di micelle e altri aggregati di trasporto di lipidi:


Chilomicrone

VLDL

LDL
"cattivo"

HDL
"buono"

Lipoproteina
albumina FFA

Ci sono altri tipi di micelle come IDL, HDL2, HDL3, ... . Visto che la distinzione viene fatta in base al loro peso specifico (centrifugazione) bastano i pochi tipi qui citati per seguire il discorso.


Composizione di lipoproteine

Le lipoproteine micellari sono composti di trigliceridi, fosfolipidi, acidi grassi e colesterolo in varie percentuali. Si distinguono in:

  • chilomicroni che contengono maggiormente trigliceridi,
  • LDL che contengono maggiormente trigliceridi e colesterolo
  • HDL che contengono maggiormente fosfolipidi e proteine
  • Albumine ematiche che contengono acidi grassi e proteine

Nota: gli acidi grassi a catena corta C<12 sono trasportati dall'albumina, mentre quelli a catena media e lunga C≥12 sono trasportati in micelle.

Visto che la composizione di questi ingegni di trasporto non è facilmente determinabile e ogni "pacchetto" è differente dall'altro, le particelle "lipidecontenenti" secondo la loro densità si separano in una centrifuga (oppure peso specifico γ in gr/cm3: acqua a 4°C → 1 gr/cm3). Ci sono anche delle "scale più fini" ed altre denominazioni, tutte secondo convenzioni, mentre in realtà il passaggio è continuo (metodo di setaggio).

Le dimensioni delle lipoproteine sono mollto variate e si estendono tra 8 ... 1'000nm (1nm → 1 millesimo di un millesimo di un millimetro).

Calcolando che il volume di una sfera aumenta nella terza potenza al diametro, è facile da immaginare che un "pacchetto" HDL pesa "1gr" mentre un "pacchetto" chilomicronico ne può contenere fino una "tonnallata" in confronto. In altri termini il peso di una moneta di un centesimo verso un cubo di granito con lati fino a un metro.

Nel gergo medico si chiamano:

  • "Trigliceridi" → γ<0.94gr/cm3: la frazione dei chilomicroni
  • "Colesterolo" → γ=0.94 ... gr/cm3: le frazioni sommate di LDL+HDL
  • "Colesterolo cattivo" → γ=0.98 ... 1.04gr/cm3: la frazione LDL
  • "Colesterolo buono" → γ=1.09 ... 1.17gr/cm3: la frazione HDL
  • "Acidi grassi" → γ=1.20 ... 1.28gr/cm3: la frazione delle albumine ematiche

L'isteria pubblica / sanitocratica concernente la colesterolemia è grande come l'indisciplina e l'autismo medico in fronte alle scarse possibiltà di misurarle affidabilmente. Speriamo solo che i venditori di pastiglie "anticolesterolemiche" non riescono di cambiare i valori di referenza al punto che tutti siamo "colesterolemiche".


Uso delle sostanze trasportate

Le cellule si servono dell'apporto di trigliceridi a scopo energetico, decomponendoli in ATP (energia), acqua, anidride carbonica e chetoni mentre il colesterolo serve loro come "armatura" delle membrane cellulari. Come controparte producono e forniscono proteine e fosfolipidi scarsi al fegato.

Dopo una prima decomposizione delle molecole lipidiche in glicerolo e acidi grassi, i polinsaturi vengono separati per degli scopi strutturali e funzionali, mentre gli altri servono in primo luogo al fabbisogno energetico.

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3.3  Controllo di valori lipidici

Il controllo dei valori lipidici nel plasma sanguigno ha importanza per delle prvisioni di cure mediche come il controllo della glicemia (glucosio) e della proteinemia. Non si tratta di "malattie", ma del controllo, se i valori si trovano entro limiti plausibili o se fuoriescono in ambiti ritenuti "critici" o "patologici".

La determinazione (misurazione) e l'interpretazione di valori lipidemici pone una serie di difficoltà:

Colesterolemia

La colesterolemia medica non è la concentrazione di colesterolo nel sangue ma la concentrazione di tutte le particelle contenenti colesterolo: LDL ... HDL.

I primi valori statistici rilevati da Rifkind (JAMA 1983;250:1869-1872) dimostrano i seguenti risultati:

Si nota che i valori aumentano con l'età e che valori per le donne con l'età coprono un ambito più vasto che dagli uomini.


Paragonando i valori evidenti con la cartella di una mia cliente rimango perplesso:

  • a una mia paziente di 52 anni il medico prefigge un'valore massimo di 5mmol/l (indistinto da sesso ed età) contro un valore plausibile di 7mmol/l di Rifkind o una gamma di valori tra 4 ... 7mmol/l.
  • Non tiene in considerazione il HDL (non misurato) senza il quale è impossibile di stimare un rischio.
  • La dice che la colesterolemia è troppo alta e che bisogna intraprendere qualcosa.


Basandosi su dei dati meno aleatori si può chiedere quale è il rischio di mortalità in funzione della colesterolemia. L'Organizzazione mondiale per la Salute fornisce dei relativi dati per tutte le nazioni che forniscono una buona sovravisione anche se non c'è distinzione tra i sessi e l'età.

Ritiene, che una colesterolemia tra 200 ... 240ml/dl (corrispondente a 5.1 ... 6.2 mmol/l) porti il minimo rischio per la mortalità.

Si nota anche, che una colesterolemia inferiore a 5mmol/l aumenta il rischio di più che una colesterolemia superiore a 6.5mmol/l.

Considerando anche dei dati che tengono in considerazione le differenze tra i sessi si arriva ai seguenti valori:

Conversione mg/dl ←→ mmol/l
per sostanze lipoproteiche
riempire le caselle e premere: ↓ Vai ↓
Unità : mg/dl mmol/l
trigliceridi colesterolo, HDL, LDL
Valore:
 
converso: secondo tellmed


Statisticamente i valori per la minima mortalità si trovano per le donne da 5.1 ... 6.2 mmol/l (200 ... 240 ml/dl) e per gli uomini da 4.1 ... 5.1 mmol/l (160 ... 200 ml/dl).

Individualmente questi valori sono irrilevanti: basta che il valore HDL sia almeno 25% del valore totale e i "trigliceridi" (chilomicroni) e le lipoproteine non si trovano alle stelle, per ipotizzare un minimo rischio cardiovascolare da quel punto di vista.

Esempi:

  • donna Col=6.8mmol/l HDL=1.9mmol/l → HDL/Col=1.9/6.8=28% nessun rischio elevato
  • uomo Col=4.7mmol/l HDL=0.9mmol/l → HDL/Col=0.9/4.7=19% elevato rischio


3.4  Componenti di oli e grassi

Le componenti di oli e grassi vegetali e animali sono:

  • glicerolo
  • acidi grassi
  • nei fosfolipidi inoltre
    • acido fosforico
    • cholina
  • steroli


Sono trattati i seguenti argomenti:
Glicerolo Acidi grassi Steroli Acido fosforico Colina

Glicerolo

Il glicerolo è un componente dei lipidi (oli e grassi) e dei fosfolipidi o glicolipidi, ... . Quando l'organismo utilizza le sue riserve di grasso, dapprima le scinde in acidi grassi e glicerolo, quest'ultimo viene trasformato nel fegato in glucosio diventando una fonte di energia per il metabolismo cellulare.

A temperatura ambiente è un liquido incolore piuttosto denso, viscoso e dolciastro; la presenza di tre gruppi -OH lo rende miscibile con l'acqua in ogni proporzione.

... trova impiego nella produzione di sciroppi, creme per uso farmaceutico e cosmetico, nonché come additivo alimentare, identificato dalla sigla E422. it.Wikipedia


Acidi grassi

Gli acidi grassi sono degli acidi (-COOH) monocarbossilici alifatici, cioè delle molecole di carbonio "a catena" legate a idrogeno (-CH2-). Nell'alimentazione umana sono presenti ca. una trentina di tipi ; la maggior parte di loro in minime dosi.

Gli acidi grassi si distinguono spesso in saturi, monoinsaturi e polinsaturi. Nelle molecole sature tutti carboni sono legati con un singolo legame chimico e formano quindi una linea retta. Nei monoinsaturi, uno dei legami carbonici è doppio a scapito di un idrogeno. Nei polinsaturi ci sono due o più legami doppi.

In acidi grassi insaturi genuini gli idrogeni adiacenti al doppio legame si trovano dalla stessa parte → cis, mentre in quelli elaborati con calore o certi agenti, una parte degli idrogeni si spostano sull'altra parte → trans. Questo cambia notevolmente non solo le caratteristiche fisiche (oli diventano grassi per fabbricare la margarina) ma anche le proprietà fisiologiche / metaboliche. Certi acidi grassi esistono anche genuine in forme "trans".

Esempi:

  • lipide elaborato
    • acido palmitoleico C16:1 ωcis9 punto di fusione -0.5°C (oleoso)
    • acido palmitoleico C16:1 ωtrans9 punto di fusione ca. 40°C (grassoso)
  • lipidi genuini
    • acido oleico C18:1 ωcis9 punto di fusione 16°C (olio d'oliva, in tutti gli oli e grassi genuini) →
    • acido elaidinico (oppure trans-oleico) C18:1 ωtrans9 punto di fusione 46°C (in grassi di ruminanti).

Gli acidi grassi polinsaturi sono essenziali; in gruppo: Si chiamano omega-3 (ω3) quelli che hanno il primo doppio legame (contando dalla coda) tra il terzo e il quarto carbonio, mentre quelli che ce l'hanno tra il sesto e il settimo carbonio si classificano omega-6 (ω6).
Di ω3 abbiamo un fabbisogno di ca. 0.5 gr/dì e degli ω6 di ca. 1.5gr/dì.

Sono trattati i seguenti argomenti:
Acidi grassi insaturi Acidi grassi polinsaturi

Acidi grassi insaturi

Gli acidi grassi insaturi giocano un ruolo prominente:

  • nella struttura lipidica delle cellule specie delle membrane cellulari
  • come elemento di fosfolipidi di membrane cellulari e mitocondriali
  • nelle gonadi femminili e maschili
  • nelle funzioni immunitarie come precursori di sostanze tessutali ormonesimili: prostaglandine, leucotrieni e tromboxani.

Gli acidi grassi insaturi nei fosfolipidi delle membrane rendono quest'ultima elastica.
La composizione di diversi alimenti in acidi grassi saturi, monoinsaturi e polinsaturi si trovano qui.

Acidi grassi polinsaturi

PUFA's in alimenti

Gli acidi grassi polinsaturi del tipo omega-3 e omega-6 sono indispensabili per il funzionamento del sistema immunitario. Visto che sono essenziali, il consumo minimo giornaliero si stima a 0.5gr di ω3 e a 1.5gr di ω6.

Pare che un sovraconsumo non abbia conseguenze negative (tanto l'eccedente viene catabolizzato come gli altri acidi grassi). Basta che il rapporto tra ω3 e ω6 sia almeno 1:3 o superiore. Un eccessivo consumo di ω6 in relazione al ω3 si ripercuote in un'eccessiva stimolazione del sistema immunitario che non è benefico a chi soffre di malattie dermiche (p.es. eczemi) mucotiche (p.es. asma, retinopatia), autoimmunitarie (p.es. artrite reumatoide) o malattie connesse a costrizione vasale (p.es. Mb. Raynaud, ipertensione).

Malauguratamente i dati sul contenuto di PUFA's in alimenti sono molto scarsi, sono riuscito a fare solo un grafico poco completo in merito.


Steroli

Gli steroli sono delle sostanze lipidiche che svolgono delle funzioni basilari per la vita di piante e animali: sitosterolo nelle piante e colesterolo negli animali.

L'organismo umano sintetizza diversi grammi di colesterolo (endogeno) al giorno a partire della coenzima acetilcolina CoA. Il colesterolo extrageno proveniente dall'alimentazione è assorbito in parte. La sintetizzazione endogena viene adattata all'apporto dall'esterno in modo che il colesterolo circolante non può essere influenzato dall'alimentazione.

Le funzioni principali del colesterolo nell'organismo sono i seguenti:

  • impalcatura membrane cellulari
  • precursore di sali biliari come emulsionanti di lipidi alimentari
  • precursore di vitamina D
  • precursore di ormoni steroidei: pregnenolone, progesterone, aldosterone, testosterone, estrogeni, cortisoni, ...

L'ingerimento di "normali" quantità di steroli vegetali (sitosterole in nigella, avocados, semi di cocomero, crusca di riso, germe di grano, olio di mais, soia, ...) pare che non abbia particolari effetti. In dosi alte viene usato come medicamento per l'iperplasia prostatica.
L'uso contro l'ipercolesterolemia non è sufficentemente sicuro: ci sono degli indici che stabiliscono come un' elevata sitosterolemia sia correlata a aumentati rischi aterosclerotici.

Il "catabolismo energetico" degli steroidi non esiste: vengono escreti nell'intestino come acidi / sali biliari dal fegato .

Acido fosforico

Col nome di "acido fosforico" si intende generalmente l'acido ortofosforico; il prefisso orto- è usato per distinguerlo dagli altri acidi fosforici e polifosforici.

L'acido ortofosforico è un acido inorganico triprotico di media forza, corrosivo ma non tossico. Se puro, a temperatura e pressione ambiente è un solido e fonde a 42,35 °C in un liquido incolore viscoso.

L'acido ortofosforico e i fosfati sono molto diffusi in biologia, specialmente nei composti derivanti da zuccheri fosforilati, come il DNA, l'RNA o l'Adenosina trifosfato (ATP) e come parte costituente dei fosfolipidi che costituiscono le membrane cellulari e di organelli.

Trova impiego come additivo nell'industria alimentare, in special modo nelle bevande gassate (soprattutto la cola) come correttore di acidità, ma non senza controversie riguardanti i suoi effetti sulla salute. L'additivo, infatti, essendo un composto chimico prodotto in massa, è disponibile a prezzi molto bassi ed in grandi quantità. Ecco perché spesso è sostituito all'acido citrico prodotto dal limone e dal lime. Il suo codice identificativo secondo le norme dell'Unione Europea è E 338.

L'acido fosforico è usato nell'odontoiatria come soluzione per pulire ed irruvidire la superficie dei denti, nelle zone in cui applicare otturazioni o apparecchi odontoiatrici. È anche usato in molti dentifrici o trattamenti di schiarimento dei denti. È anche un ingrediente di farmaci anti-nausea.

L'acido fosforico tal quale,può essere usato per rimuovere la ruggine (lasciando il metallo vergine). it.Wikipedia


Colina

La colina è una sostanza organica classificata come nutriente essenziale. Viene denominata vitamina J e talvolta è accostata alle vitamine del Gruppo B.


È un costituente dei fosfolipidi che compongono la membrana cellulare e del neurotrasmettitore acetilcolina.

L'assunzione adeguata di questo micronutriente è stata calcolata dal Food and Nutrition Board of the Institute of Medicine of the National Academy of Sciences Statunitense, in 550 milligrammi per giorno.

Le principali fonti alimentari di colina sono il tuorlo d'uovo ed i semi di soia. La colina si trova anche nel fegato di vitello e di tacchino. Molti altri alimenti contengono piccole quantità di colina, che si trova persino nella lattuga. Non è chiaro se queste fonti siano utilizzabili attraverso assorbimento intestinale.

La colina è presente anche nella lecitina utilizzabile sia come additivo che come integratore alimentare. È disponibile anche la fosfatidil-colina in pillole o in polvere o anche come cloruro (liquida). Quest'ultima viene talvolta preferita a causa degli sgradevoli effetti collaterali legati alla somministrazione di fosfatidil-colina. L'assunzione di oltre 310mg/die di colina e di betaina riduce i livelli di CPR, TNF, omocisteina. it.Wikipedia

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3.5  Metabolismo lipidico

Digestione di lipidi

  • nella digestione i trigliceridi vengono emulsionati con degli acidi biliari aggiunti dal fegato alla "pappa digestiva" nel duodeno. Questi acidi sono dedotti dal colesterolo che il fegato produce in continuazione per diversi scopi.
  • con l'assorbimento dei trigliceridi attraverso le cellule epiteliali intestinali, gli acidi biliari si separano e sono a disposizione per emulsionare un altro trigliceride e così fino alla defecazione.
  • i fosfolipidi possono ma non devono aggregarsi agli acidi biliari: sono in grado di "autoemulsionarsi" con molecole acquose e sono facilmente assorbite.


I seguenti passi metabolici non si riferiscono più a lipidi o oli ma partono dai loro ingredienti descritti di seguito: glicerolo, acidi grassi, fosfolipidi, cholina, acidi fosforici e steroidi.

Catabolismo di acidi grassi


Catabolismo acidi grassi

Per il catabolismo energetico di acidi grassi, l'acido grasso,per il passaggio nel mitocondrio, viene prima trasformato in un grasso acilico con una molecola di carnitina.

Dopo essere entrato nel mitocondrio viene restituito la carnitina e aggiunta un CoA. Poi entra in un "spiraglio biochimico" nel quale viene degradato passo per passo in acetil-CoA's.

Come acetil-CoA entrano nel ciclo di Krebs dove vengono decomposte come già noto.

Catabolismo di glicerolo


Catabolismo energetico del glicerolo

Per essere usato come fonte energetica, il glicerolo viene fosforilizzato con un fosforo e acqua in fosfogliceraldeide e poi trasformato in piruvato per entrare nell' ordinario catabolismo del ciclo di Krebs.

D'altronde il fosfogliceraldeide proveniente dal glucosio può essere trasformato in glicerolo se c'è un bisogno di glicerolo non a scopi energetici.

4.  Metabolismo di proteine

4.1  Introduzione


Carne, uova, formaggio

Le proteine, o polipeptidi, sono tra i composti organici più complessi e sono i costituenti fondamentali di tutte le cellule animali e vegetali. Dal punto di vista chimico, una proteina è un polimero (e anche una macromolecola) di residui amminoacidici, uniti mediante un legame peptidico, spesso in associazione con altre molecole e/o ioni metallici (in questo caso si parla di proteina coniugata).

Le proteine hanno una organizzazione tridimensionale (struttura) molto complessa a cui è associata sempre una funzione biologica. Da questa considerazione deriva uno dei dogmi fondamentali della biologia: "Struttura ↔ Funzione", nel senso che ad ogni diversa organizzazione strutturale posseduta da una proteina (detta proteina nativa) è associata una specifica funzione biologica.


Pesce, noci, legumi

Da questo punto di vista le proteine possono essere classificate in due grandi famiglie: le proteine globulari e le proteine a struttura estesa o fibrosa. Queste due organizzazioni riflettono le due grosse separazioni funzionali che le contraddistinguono:

  • Le proteine estese o fibrose svolgono funzioni generalmente biomeccaniche, esse rientrano nella costituzione delle unghie, dei peli, dello strato corneo dell'epidermide, opponendo una valida difesa contro il mondo esterno.
  • Al contrario, le proteine globulari sono coinvolte in specifiche e molteplici funzioni biologiche, spesso di notevole importanza per l'economia cellulare, sono proteine gli enzimi, i pigmenti respiratori, molti ormoni e gli anticorpi, responsabili della difesa immunitaria.

Cibi particolarmente ricchi di proteine sono: carne, pesce, uova, formaggi, legumi e noci. it.Wikipedia

Metabolismo proteico

Il metabolismo delle proteine consiste nei seguenti passi:

  • digerire / decomporre / catabolizzare le complessissime proteine consumate di provenienza animale o vegetale fino a raggiungere i "mattoni" (venti tipi diversi chiamati amminoacidi).
  • costruire, sintetizzare, anabolizzare questi amminoacidi delle proteine specifiche per il proprio organismo.
  • catabolizzare gli avanzi e detriti in aminoacidi per le solite vie di catabolismo energetico fino all'anidride carbonica, acqua e urea.

Le proteine alimentari sono lunghe catene di aminoacidi provenienti da animali o vegetali. Per l'uso nell'organismo umano vanno dapprima "snaturate" (resi afunzionali) per ev. cottura e l'ambiente fortemente acido dello stomaco.

Nell'intestino, la proteina viene decomposta prima in peptidi e poi in singoli aminoacidi. In questa forma vanno assorbiti, trasportati nel fegato per un primo uso come materiale da costruzione, riserva o combustibile. La gran parte rimanente viene poi ripartita tramite il flusso sanguigno a tutte le cellule dell'organismo.

Le cellule sintetizzano le proteine specifiche per la continua ricostruzione e il funzionamento dell'organismo dagli aminoacidi. È quindi importante anche nel contesto del catabolismo di avere una vaga idea della sintetizazione delle proteine, perché a differenza dei glucidi e lipidi sono specifici all'uomo e non sostanze che si trovano ovunque.

Funzioni proteiche

Le proteine uomospecifiche sintetizzate nelle cellule giocano dei ruoli prominenti funzionali e strutturali nell'organismo umano.

  • "impalcature" di tessuti (tessuti connettivi): proteine fibrose come collageni, elastine, cheratine
  • enzimi metabolici: attrezzi dei processi biochimici
  • ormoni peptidici e proteici: messaggeri ormonali
  • proteine membranose: ricettori, trasduttori, trasportatori
  • proteine plasmatiche: albumina
  • proteine di trasporto: emoglobina, mioglobina, citocrome
  • anticorpi immunitari
  • fattori emocoagulanti
  • alloantigeni: fattori gruppo sanguigno
  • proteine di riserva: in fegato, milza, muscoli

Se necessario o in caso di sovrabbondanza i protidi autosintetizzati vengono catabolizzati prima in aominoacidi e poi trasformati tramite la gluconeogenesi in glucosio o usati come combustibile nel ciclo di Krebs dopo delle trasformazioni specifiche per ogni aominoacido.

Amminoacidi essenziali


Amminoacidi essenziali

In natura si trovano centinaia di diversi aominoacidi. Solo venti di loro sono usabili dall'organismo umano (gli α-L-amminoacidi), gli altri vengono escretati come le fibre. Tredici dei venti aminoacidi necessari, un adulto riesce a sintetizzarli autonomamente dall'azoto ed altri ingredienti, mentre gli altri sette devono arrivare tramite la nutrizione (aiminoacidi essenziali). Per i bimbi altri cinque amminoacidi sono essenziali, finché sono resi funzionali i geni per la sintesi dei relativi enzimi per la sintetizzazione degli aiminoacidi non essenziali.

Catabolismo di amminoacidi

Avendo dei compiti primordialmente funzionali e strutturali, le proteine sono usate catabolicamente come fonte di energia solo:

  • in caso di sovrabbondanza alimentare
  • come eliminazione di residui: da cellule morte come p.es. muscolari dopo sforzi fisici
  • in caso di mancanza di glucosio (gluconeogenesi): malnutrizione, malattie degenerative, malattie che portano a marasma, diete calorieminimizzanti, tossicodipendenza, ...

L'ammoniaca NH4+ (tossico) nel ciclo dell'urea viene legato all'ornitina. Dopo diverse trasformazioni in arginina è poi dissociato da quest'ultimo in forma di urea CO(NH2)2 (innocuo) ed escretato. La parte carboniosa dell'amminoacido viene catabolizzato per le ordinarie vie e il ciclo dell'acido citrico.

4.2  Alimentazione e digestione di proteine

Si stima che l'organismo umano necessita tra 1 ... 2gr di proteine per kg di peso corporeo al giorno. Se non li riceve tramite l'alimentazione, prende quelli del proprio organismo (decomponendo tessuto connettivo e muscolatura).

La variazione stimata dipende del tipo di dieta: persone piuttosto "carnivore" e con una dieta variata hanno bisogno piuttosto 1gr/kg mentre persone "erbivore" e con dieta monotona piuttosto 2gr/kg. Questo per la composizione degli alimenti in aminoacidi proteici e la varietà di alimenti abitualmente consumati.

Tutte le proteine consumate (molecole enormemente grosse) vengono decomposte nel tratto gastrointestinale nei loro frammenti molecolari aminoacidici (molecole molto piccole). In questa forma vengono assorbite dall'organismo per sintetizzare gli innumerevoli tipi di proteine specifiche del nostro organismo.

Aminoacidi non usati a questo scopo e detriti amminici vengono catabolizzati (per non perdere l'energia contenuta) ed escreti come acqua, anidride carbonica e urea.

Alimentazione

La nostra alimentazione contiene delle proteine un pò ovunque ma in qualità e quantità molto variabili:

  • prodotti animali e nocispece contengono in media intorno ai 20% di peso edibile di qualità proteiche alte
  • prodotti vegetali ne contengono in media intorno ai 5% di peso edibile di qualità proteica bassa.
Questo non significa che le esigenze proteiche non sono copribili con un'alimentazione puramente vegetariana, ma bisogna assumere ca. 4 ... 8 volte di più in alimenti vegetali con alte percentuali di proteine.


La qualità delle proteine consumate per l'organismo umano dipende della tipica composizione dei vari aminoacidi essenziali in un prodotto: più è completa in relazione al fabbisogno umano, più alta è la qualità.

L'uovo pur avendo uno basso contenuto di proteine (quantité ca. 13%) è dotato di una perfetta composizione di aominoacidi per le esigenze nutrizionali umane (qualità 100%). D'altronde le arachidi con un alto contenuto proteico () hanno composizione di aominoacidi meno ideale per le esigenze nutrizionali umane (). La "concentrazione proteica" dell'uovo è quindi 100*13% = 13% mentre la relativa concentrazione di arachidi è di 30*40% = 12%. Consumando un uovo di 60gr corrisponde quindi "proteicamente" corrisponde quindi al consumo di 60gr di arachidi tostati (perché la concentrazione è quasi la stessa). Lo stesso effetto avrebbe anche il consumo di ca. 30gr di formaggio (concentrazione proteica ca. 26%). Il tutto coprirebbe il fabbisogno giornaliero proteico per ca. i primi 8kg di peso corporeo.

Visto che fortunatamente non ci alimentiamo solo di arachidi o di uova, i diversi alimenti si completano per la fornitura di aminoacidi e non solo per un pasto, ma grazie a una certa capacità di deposito dell'organismo per i diversi aminoacidi, non ci vogliono nè calcoli complicati nè riflessioni per coprire il fabbisogno: basta che si consumano almeno da 1gr ("carnivori") fino a 2gr ("erbivori") di proteine per kg di peso corporeo al giorno di fonti preferibilmente ben variate.


Digestione proteica

Nel tratto gastrointestinale le proteine alimentari vengono decomposte (catasbolizzate) in singoli amminoacidi atti ad essere assorbiti nell'organismo.

La maggior parte di questi processi avviene nell'intestino tenue tramite degli enzimi digestivi forniti dal pancreas e dal intestino stesso. Gli enzimi buccali e gastrici servono alla preparazione del cibo mentre nell'intestino crasso vengono maggiormente riassorbiti delle sostanze processuali.

4.3  Aminoacidi

In biochimica il termine aminoacidi si riferisce più spesso agli L-α-aminoacidi, di formula generica NH2CHRCOOH, cioè quelli il cui gruppo amminico ed il cui gruppo carbossilico sono legati allo stesso atomo di carbonio (chiamato appunto carbonio α) in configurazione L (con l'unica eccezione della glicina, achirale, in cui _R = _H). È a questo tipo di aminoacidi che il presente articolo è dedicato. it.Wikipedia


4.4  Sintesi di proteine

Dei peptidi sono chimicamente assemblate a partire da singoli aminoacidi dai ribosomi delle cellule. I ribosomi eseguono la necessaria sequenza di aminoacidi basato sulle copie mRNA e tRNA per il relativo peptide del materiale genetico.

Ogni reazione chimica di due aminoacidi lascia una molecola di acqua.

Per il peptide o la proteina da assemblare ci vogliono il codice di assemblaggio e i moduli di trasporto degli aminoacidi. Questi sono copiati dal materiale genetico nel nucleo della cellula (DNA). Vengono esportati dal nucleo come mRNA (molecola messaggio ribonucleica) della proteina da produrre (p.es. emoglobina) e come tRNA (molecole di trasporto per gli amminoacidi) e dirette verso i ribosomi.

Nei ribosomi viene incorporato il codice di sequenza mRNA, mentre ogni aggregato di trasporto si lega ad un aminoacido congruente.
Il ribosoma importa il primo e il secondo aminoacido marcato con tRNA e li lega chimicamente slegando d'altronde le molecole di trasporto e liberando una molecola di acqua. I residui sono riciclati. Poi il ribosoma si sposta di un posto e segue lo stesso processo per il terzo aminoacido e così via fino al ultimo della catena (può trattarsi di pochi fino a migliaia).

La catena finita va nel reticolo endoplasmatico per essere annesso ad altre catene e poi nell' apparato del Golgi per ev. essere dotato di zuccheri (glicoproteine) o acidi grassi (lipoproteine) o di tutte due.


4.5  Catabolismo di amminoacidi

Degradazione degli aminoacidi

La degradazione degli aminoacidi segue i seguenti passi:

  • decomposizione del gruppo amminico e del gruppo carbossilico
  • il gruppo amminico viene subito poi:
    • caricato con un chetoglutarato per formare l'acido glutammico (visto che le molecole NH3 sono tossiche e l'acido glutammico è innocuo)
    • poi entra nel mitocondrio
    • viene staccato il chetoglutarato (che torna in dietro per essere riusato) mentre l'ammido (tossico) si lega subito a un fosfato a formare il carbamilfosfato (innocuo).
    • entra in questa forma nel ciclo dell'urea dove viene ridotto in urea ed escretato come descritto di seguito
  • la decomposizione del gruppo carbossillico -COOH è invece più facile:
    • viene separato il "radicale" caratteristico dell'aminoacido. La rimanente molecola viene trasformato in α-chetoacido noto come piruvato.
    • entra nel mitocondrio come acetil-CoA e segue il ciclo di Krebs per essere degradato con ossigeno in anidride carbonica, acqua ed energia ATP.


Ciclo dell'urea

2NH4+ + HCO3- + 3ATP4- + H2O ➞ CO(NH2)2 + 2ADP3- + 4Pi2- + AMP2- + 5H+
2ammonio + bicarbonato + 3adenosiltrifosfato + acqua ➞ urea + 2adenosindifosfato + 4fosfato + adenosinmonofosfato + 5idrogeno

L'escrezione dell'azoto dagli amminoacidi è un compito abbastanza impegnativo per gli organismi. I rettili, gli uccelli, certi pesci e i ruminanti riescono a gestire l'ammonio NH4+ che in genere è tossico per gli organismi, gli altri animali lo trasformano in urea CO(NH2)2 innocuo per escretarlo.

Il processo avviene nel "ciclo di urea" nel quale vengono trasformati diversi amminoacidi e uno, l'aspartato viene aggiunto. Nel mitocondrio agisce l'ammonio con bicarbonato al carbamidfosfato (1 azoto) e entra nel ciclo legandosi all'ornitina (2 azoti) per formare la citrullina (3 azoti). Aggiungendo l'aspartato (1 azoto) si forma l'argininosuccinato (4 azoti). Di questo va scisso il fumarato (0 azoto) che va poi nel ciclo di Krebs per essere degradato. Dala rimanente arginina (4 azoto) viene scisso l'urea (2 azoto) che va poi escretato come urina tramite sangue → rene.

la rimanente ornitina (2 azoto) termina e riinizia il ciclo dell'urea. Facilitando la faccenda si può parlare solo del ciclo dell'azoto che consiste nell'aggiunta di due azoto a un ciclo di due togliendo in ogni giro due azoto.


Catabolismo dei "radicali"

I "radicali" caratteristici dei venti aminoacidi hanno delle vie cataboliche molto diverse l'una dell'altra: sono comunque trasformate in molecole che sono tutte utilizzabili nel ciclo di Krebs per degradarli e sfruttare l'energia contenuta.

L'immagine di fianco dimostra, quali dei vento aminoacidi dopo delle dovute trasformazioni bio chimiche entrano nel ciclo dell'acido citrico.

5.  Regolazione energetica

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