Elementi di Chimica Biologica: alimenti e diabete mellito

Alimenti e Nutrizione

Gli alimenti sono quelle sostanze che introdotte nell'organismo vengono digerite, assimilate
e distribuite, e sono necessarie al mantenimento delle funzioni del corpo (omeostasi).

• Fonti di energia
• Fonti di materia
• Fonti di «piacere» (ruolo edonistico dell'alimentazione)
• Ruolo prebiotico e nutraceutico

Col termine alimentazione si intende sia l'assunzione di alimenti come attività fisiologica in
risposta a stimoli fisici e psichici (fame e appetito) sia più in generale il regime alimentare
adottato dall'uomo (che è piu correttamente definito dieta).Elementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Processo Digestivo

Lipidi
Oligo-/Poli-
saccaridi
Proteine
bocca
1 minuto
esofago
10 secondi
stomaco
1-5 ore
Acidi grassi
Monogliceridi
Glicerolo
Aminoacidi
Monosaccaridi
Oligopeptidi
intestino tenue
1-6 ore
Assorbimento
intestino crasso
10 ore-alcuni giorni
Distribuzione
0
CatabolismoElementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Funzione Edonistica del Cibo

Recettori Olfatto e Gusto

La funzione edonistica del cibo: i recettori dell'olfatto e del
gusto
Amaro
Acido / Aspro
1
Udito
Umami
Salato
Olfatto'
Gusto
Dolce
Tatto
CAPACITÀ Di
RILEVARE LE PROTEINE
VistaElementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Percezione Extra-Orale del Gusto

Gut-Brain Axis

La percezione extra-orale del gusto: il gut-brain axis
nasal
epithelium
taste bud
trachea
stomach
bile duct
TRASMETTERE
INFORMAZIONI
A DELLE AREE
Gut-brain axis
GBA
The ability of the brain to
influence the intestinal
microbiota
The ability of the
microbiota to influence
brain and behavior
Microbiota-
gut interplay
Figure 1: Interaction between gut-brain axis.
CAPITANO QUELLO (MICROBIOTA)
CHE C'È DEL INTESTINO
E SEGERNONO CELLULE
Tastants
Hypothalamus
Food intake
LCFA
MCFA
Bitter
TASZR?
GPR120
TASZR
?
?
?
Gastric emptying
GI contractility
c-Gustducin
a-Gustducin
a-Gust dudn
Ghrelin cell
Endocrine cel
Ghrelin cell
Ghrelin cell
Brush cell
...
?
DANNOSi
DEL CERVELLO TIPO I POTALATRO

• Neuroni afferenti
• Cellule enteroendocrine
  Sistema immunitario
  PROTEGGE DA MICRORGANISMI POTENZIALMENTE
  D
  GLP-1, CCK?
  TRENDS in Endocrinology & Metabolism
  A
• intestineElementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Funzione Modulatoria del Microbiota Intestinale

Microbiota-Gut-Brain Axis

Funzione modulatoria del microbiota intestinale: il «microbiota-gut-
brain axis»
MONITORATO DA
Hypothalamus
Mood, cognition,
emotion
CFR
Pituitary
ACTH
Brainstem
Adrenals
Vagus nerve
Circulation
Spinal cord
Cytokines
Cortisol
IPAN
Immune cells
Enteric muscles
5-HT
GI peptides
Gut epithelium
M
Enterocyte
EC
EEC
SCFAS
Tryptophan
metabolites
Gut microbiota
Neurotransmitters
Gut lumen
Interazioni fra microbiota intestinale e
gut-brain axis:

• Modificazione
  del
  contenuto
  intestinale -> PARTECIPARE ALLA
  DIGESTIONE
  PROTEINE E AUTRE STRUTTURE
• Interazione fra antigeni microbici e
  recettori dell'ospite (es. TLRs)
• Produzione di molecole neuroattive
  (GABA, glutamato, tiramina, ecc ... )Elementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Probiotici, Prebiotici e Nutraceutici

Probiotici, prebiotici e nutraceutici

• Probiotics are defined by the Food and Agriculture Organization (FAO) of the
  United Nations and the WHO (FAO/WHO) as "live microorganisms that, when
  administered in adequate amounts, confer a health benefit on the host".
• A prebiotic is "a selectively fermented ingredient that allows specific changes,
  both in the composition and/or activity in the gastrointestinal microbiota that
  confers benefits upon host well-being and health" NUTRIRE I PROBIOTICI
• Nutraceutical, a portmanteau of the words "nutrition" and "pharmaceutical",
  was coined in 1989 by Stephen L. DeFelice. Nutraceuticals are products derived
  from food sources that are purported to provide extra health benefits, in
  addition to the basic nutritional value found in foods.Elementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Catabolismo dei Carboidrati

CATABOLISMO DEI CARBOIDRATIElementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Digestione dei Carboidrati

Processo di Scissione dei Legami Glicosidici

Digestione dei carboidrati
SCISSIONE DEi LEGATI GLICOSIDICI
I carboidrati non sono generalmente presenti nella dieta in
forma semplice (glucosio, fruttosio, galattosio, ecc) ma
prevalgono in forma complessa (amido, lattosio, saccarosio,
glicogeno, cellulosa).
nostro apparato digerente pertanto biosintetizza e riversa
nella bocca e nel lume gastrointestinale delle glicosil idrolasi
che riducono i carboidrati complessi ai loro monosaccaridi
costituenti
«-amilasi
BOCCA
Destrine dell'amido
Isomaltosio
Maltosio
Lattosio
Saccarosio
Cellulosa
Amido
Lattosio
Saccarosio:
Cellulosa
STOMACO
Il pH basso
arresta
l'attività della
amilasi salivare
INTESTINO
TENUE
PANCREAS
a-amilasi
pancreatica
1
al
FEGATO
Isomaltosio
Maltosio
Lattosio
Saccarosio
Circolazione
portale
Enzimi della
membrana delle
cellule della mucosa
Glucosio
Fruttosio
Galattosio
(isomaltasi,
-
maltasi,
lattasi,
saccarasi)
V
CellulosaElementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Enzimi e Idrolisi dei Carboidrati

1.
La digestione degli zuccheri inizia nella bocca, per effetto dell'enzima a-amilasi salivare
(endoglucanasi in grado di idrolizzare i legami di tipo a 1-4). Per esempio l'amido viene
parzialmente idrolizzato dall' a-amilasi: l'amilosio può essere completamente idrolizzato
a maltosio (e oligosaccaridi, cioè destrine) mentre i legami a 1-6 dell'amilopectina non
possono essere idrolizzati dall' a-amilasi. Sono quindi generate a-destrine (destrine
limite). Le destrine limite sono idrolizzate da enzimi deramificanti a-destrinasi
nell'intestino tenue.
NON POSSONO
ESSEREI IDRIVIZATE
DAVI 2-MILAS
G
G
G
G
G
G
a-destrine
G
G
G
G
isomaltoso
a-amilasi
G
IDROLIZZA
G
G
G
maltotrioso
G
G
G
G
G
G
G
G
G
amilopectina
G
G
maltosio
G
legami a 1-6
GElementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Azione dell'Amilasi e Disaccaridasi

2. L'azione dell'a-amilasi salivare si arresta nello stomaco, dove viene disattivata dall'acidità
gastrica. La digestione degli zuccheri prosegue nell'intestino per azione dell'amilasi
pancreatica (endoglicosidasi, idrolizza legame a 1-4), che scinde le destrine in disaccaridi.
3. I disaccaridi sono ancora troppo grossi per essere assorbiti dall'intestino e vengono quindi
scissi da enzimi specifici (oligo- e disaccaridasi) presenti sulla superficie delle cellule
della mucosa intestinale (enterociti).
TRASFORMANO L'ATIDO IN GLUCOSIO
Enzima
Substrati
Prodotti
->à1 -4
Maltasi
Maltotriosio
Maltosio
Glucosio
amido
a 1-6
Isomaltasi
SCINDE a-DESTRINE
a-destrina ramificata
Glucosio
Saccarasi
Saccarosio
Glucosio e fruttosio
altri carboidrati
Lattasi (ß-galattosidasi)
Lattosio
Glucosio e galattosio
INTOLLERANZA LATTOSIO > MANCANZA Di GALATTOSIDAS, CHE SCINDE IL LATTOSIO
"NON SIGERISCONO IL LATTOSIOElementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Assorbimento dei Monosaccaridi

4.
monosaccaridi ottenuti grazie alle disaccaridasi della mucosa intestinale vengono
assorbiti dall'intestino con un meccanismo di trasporto di tipo attivo o passivo. Nel caso
dei trasportatori attivi, essi permettono di trasferire gli zuccheri nel sangue anche quando
la loro concentrazione nel sangue è più alta di quella nel lume intestinale. A questo punto
i monosaccaridi passano dalle venule dell'intestino alla vena porta, attraverso la quale
vengono trasportati al fegato e quindi al resto dell'organismo.
Lume del tratto digestivo ->Parete>
Liquido
interstiziale
*- Sangue+
Cibo
SECREZIONE
DIGESTIONE
ASSORBIMENTO
MOTILITÀ
TElementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Intolleranza al Lattosio

Intolleranza al lattosio
L' intolleranza al lattosio (principale zucchero del latte)
è relativa alla carenza dell'enzima ß-galattosidasi
(lattasi) che catalizza:
lattosio + H2O -> galattosio + glucosio
Il lattosio viene quindi utilizzato dalla flora microbica
intestinale dalla quale
viene fermentato
con
produzione di vari metaboliti compresi CO2 e H2
I sintomi più comuni dell'intolleranza al lattosio sono
gastrointestinali:
dolore
addominale,
crampi
addominali diffusi, gonfiore e tensione intestinale,
aumento della peristalsi, etc.
La carenza congenita di lattasi è rara e determina
intolleranza al lattosio fin dalla nascita. Nella
maggiorparte degli esseri umani tuttavia, l'attività
della lattasi diminuisce con l'età e può determinare
un intolleranza al lattosio più tardiva (tarda
adolescenza).
Carenza
di lattasi
INTESTINO TENUE
Lattosio
Galattosio
+
Glucosio
INTESTINO CRASSO
Lattosio
A
BATTERI
È possibile
misurare il livello
dell'H2 nel respiro
H2
Metaboliti
a 2 atomi di
carbonio
CO2
Metaboliti
a 3 atomi di
carbonio
H2O
GONFIORE
DIARREA
DISIDRATAZIONEElementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Assorbimento degli Esosi

Assorbimento degli esosi
Sono stati identificati due gruppi di trasportatori di esosi:
-Trasportatori uniporto che operano secondo
gradiente di concentrazione (GLUT1, GLUT2,
GLUT3, GLUT4, GLUT5).
Glucosio
Spazio
extracellulare
Trasportatore
del glucosio
(stato 1)
Membrana cellulare
Citosol
Spazio
extracellulare
Trasportatore
del glucosio
(stato 2)
Citosol
-Trasportatori simporto Na+ dipendenti (sGLUT1) che operano contro gradiente
di concentrazione utilizzando l'energia messa a disposizione dal gradiente
elettrochimico del Na+ che è mantenuto ad opera della pompa Na+/K + ATP
dipendente.Elementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Trasporto di Glucosio e Fruttosio

Il glucosio (e il galattosio) entra nelle cellule intestinali ad opera di un simporto glucosio/Na+
(sGLUT1) localizzato nella membrana luminale delle cellule dell'orletto a spazzola.
Il glucosio è invece trasportato nel circolo capillare attraverso uniporti (GLUT2, GLUT5)
localizzati nella membrana basale.
lumen
Intestinal cell
capillary
-tight junctions
Glucose
SGLUT1
Glucose
GLUT2
Glucose
Glucose-Na+ symporter
Na+/K+ pump
Na+
Na+
K+
ATP
ADP
Na+
K+
Glucose transporter
Gli altri monosaccaridi (come il fruttosio) o i polioli sono trasportati negli enterociti mediante
trasporto facilitato
(solo secondo gradiente di concentrazione): una parte consistente può
pertanto rimanere nel lume intestinale dove è fermentato dal microbioma intestinale (e può
eventualmente generare diarrea)Elementi di Chimica Biologica - SUISM-Dr. Mazzoli

Indice Glicemico degli Alimenti

Indice glicemico degli alimenti
ALTO
L'indice glicemico (IG) di un alimento rappresenta la velocità con cui aumenta la glicemia (e
cioè la concentrazione di glucosio nel sangue) in seguito all'assunzione di quell'alimento.
L'indice è espresso in termini percentuali rispetto alla velocità con cui la glicemia aumenta in
seguito all'assunzione di un alimento di riferimento (che ha indice glicemico 100): un indice
glicemico di 50 vuol dire che l'alimento innalza la glicemia con una velocità che è pari alla
metà di quella dell'alimento di riferimento.
I due alimenti di riferimento più utilizzati sono il
glucosio e il pane bianco: è quindi possibile trovare
indici diversi per lo stesso alimento: quando si
confrontano gli indici glicemici di due alimenti (ricavati
da fonti diverse) occorre accertarsi che siano calcolati
in base allo stesso alimento di riferimento. Per
calcolare l'indice glicemico rispetto al pane bianco
basta moltiplicare per 1,37 quello calcolato rispetto al
glucosio.
Risposta glicemica
in adulti sani
IG alto
IG basso
livelli di glucosio nel olası
6
0.5 1 1.5 2 25 3
tempo = ore