Digestione dei Carboidrati - Università San Raffaele

• Sara Baldelli è la docente, e la lezione verte sulla digestione dei carboidrati all'Università San Raffaele di Roma.

Funzioni dei Carboidrati

• Metabolica (glucosio, fruttosio, amido).
• Strutturale come la cellulosa nelle piante.
• La chitina negli esoscheletri di insetti e crostacei.
• I glicosamminoglicani nei tessuti connettivi sono strutturali.
• Informazione e riconoscimento attraverso glicoproteine di membrana (gruppi sanguigni).
• Funge da anticoagulante (eparina).
• Eliminazione epatica di composti lipofili (acido glucuronico).

Definizione Chimica dei Carboidrati

• Un glucide è il derivato aldeidico o chetonico di un alcol polivalente.
• La molecola deve avere almeno tre atomi di carbonio.

Fonti Alimentari di Carboidrati

• Carboidrati naturalmente presenti negli alimenti.
• Carboidrati aggiunti durante la preparazione di alimenti e bevande.
• La maggior parte degli zuccheri aggiunti si trova in succhi di frutta, bibite, dolci e caramelle.

Fonti Alimentari di Monosaccaridi

• Glucosio e fruttosio si trovano in piccole quantità in miele e frutta.
• La frutta contiene fruttosio (0,1-7,4 g/100g) e saccarosio (0,1 – 5,2 g/100g).
• Il miele contiene fruttosio (41,8 g/100g) e glucosio (34,6 g/100g).
• Dal 1970, negli USA, l'industria alimentare ha sostituito gli zuccheri raffinati con monosaccaridi a basso costo derivati dall'amido di mais.
• Nel 2005 i monosaccaridi costituivano il 50% dei dolcificanti negli USA, meno diffusi in Europa.
• Il corn syrup è 100% glucosio.
• High-fructose corn syrup è sciroppo di glucosio-fruttosio, generalmente con circa il 50% di glucosio e il 50% di fruttosio. Esistono vari tipi con diverse concentrazioni di fruttosio (40-90%).
• HFCS-55 (55% fruttosio): utilizzato nelle bevande (soft drinks).
• HFCS-42 (42% fruttosio): utilizzato in dolci, gelati, yogurt e succhi.

Fonti Alimentari di Disaccaridi

• Lattosio: galattosio + glucosio (legame β 1-4), sintetizzato dalla ghiandola mammaria; il latte e i suoi derivati sono l'unica fonte.
• Nel latte umano ci sono 6,5 g/100 ml di lattosio, mentre nel latte vaccino ce ne sono 4,5 g/100 ml.
• Saccarosio: glucosio + fruttosio (legame Glc alfa1 → β 2 Fru), usato come dolcificante e conservante. Nelle etichette, "zucchero" si riferisce al saccarosio.
• Maltosio: glucosio + glucosio (legame a 1→4), presente in piccole quantità in grano, orzo e alimenti lavorati tramite idrolisi dell'amido.
• Trealosio: glucosio + glucosio (legame a 1→ a 1), presente in lieviti, funghi e crostacei di mare.
• FAO e WHO usano il termine "ZUCCHERI (SUGARS)" per riferirsi a disaccaridi e monosaccaridi, come Glc, Fru, Gal e alcoli derivati.

Fonti Alimentari di Polisaccaridi

• Amido: sintetizzato dalle piante, con funzione di riserva di energia; accumulato in semi, tuberi, radici e alcuni frutti.
• Assunto dall'uomo con cereali (mais, frumento, riso, orzo), legumi, patate, carote, alcuni frutti (banana verde).
• L'amido può essere composto dal 20-30% di amilosio.
• L'amido può essere composto dal 70-80% di amilopectina.

Altri Oligosaccaridi e Polisaccaridi Alimentari

• I vegetali contengono oligosaccaridi e polisaccaridi non digeribili perché l'organismo non ha enzimi per idrolizzare i legami glicosidici tra i monomeri.
• Alcuni sono usati nell'industria alimentare come additivi o emulsionanti.
• La fibra alimentare ha effetti benefici sulla salute ed è fermentabile dai batteri nel colon.
• Stachiosio e raffinosio sono oligosaccaridi presenti nei legumi.
• Cellulosa è un polisaccaride presente nei cereali integrali, legumi, verdure e frutta.
• Emicellulosa è formata da pentosi ed esosi, presente nella parete cellulare di cereali integrali, legumi, verdure e frutta.
• Inulina è un polimero di fruttosio con legame β 2→1, presente in legumi, carciofo, cicoria e cipolla.
• Le pectine sono alte quantità di acido galatturonico e glucuronico, formano gel in soluzione e si trovano nella buccia di molti frutti.
• Le gomme sono formate da mannosio e galattosio, presenti in legumi e crusca d'avena.

Derivati Alcolici dei Carboidrati

• Non sono definiti zuccheri ma sono considerati carboidrati dalla legislazione europea.
• Sono prodotti per sintesi o presenti in piccole quantità in frutta e vegetali.
• Derivati da monosaccaridi: xilitolo, sorbitolo, mannitolo.
• Derivati da disaccaridi: lattitolo, maltitolo.
• Derivati da polisaccaridi: idrolisato d'amido idrogenato.
• Possono essere etichettati come "privi di zucchero".
• Hanno ridotto apporto calorico e bassa risposta glicemica quindi sono meno cariogeni.
• Diventano substrato della microflora presente nel colon.
• Un eccessivo consuma può causare diarrea osmotica.

Valore Energetico dei Carboidrati

• Varia tra 3,7 e 4,2 kcal/g negli amidi più digeribili.
• Viene assegnato un valore energetico di 4 kcal/g (17 kJ/g) per l'etichettatura nutrizionale.
• Il valore energetico della fibra può variare tra 0 e 2,3 kcal/g.
• FAO/WHO hanno stabilito 2 kcal/g per la fibra alimentare.
• Il valore calorico dei derivati alcolici può variare tra 0 e 2,3 kcal/g.
• Per l'etichettatura la CE ha assegnato un valore standard di 2,3 kcal/g.

Amido

• Polimero del glucosio (C6H10O5) estratto macinando i semi dei cereali (farine) o raspando le patate (fecola).
• È la parte più cospicua dei carboidrati alimentari, presente in pane, pasta, pizza, dolci e patate.
• Polisaccaride di riserva formato da amilosio (catena non ramificata) e amilopectina (catena ramificata).

Digestione dell'Amido: Caratteristiche Generali

• Digestione catalizzata da enzimi alfa-amilasi.
• Le alfa-amilasi sono endoglicosidasi che idrolizzano casualmente i legami glicosidici α-(1→4) interni alle catene di amilopectina e amilosio, liberando maltosio, maltotrioso, e alfa-destrine.
• Le alfa-destrine sono oligosaccaridi ramificati formati da diverse molecole di glucosio legate da legami glicosidici α-(1→4) e uno α-(1→6). Quelle composte da 5-6 unità rappresentano circa un terzo del prodotto finale.
• Dalla digestione dell'amilosio si formano solo maltosio e maltotrioso.

Glicogeno

• Il glicogeno è interessato in minima parte da queste reazioni poiché, dopo la morte dell'animale, va incontro ad una rapida degradazione, prevalentemente a glucosio e acido lattico.

Digestione dei Carboidrati: Le Fasi

• Inizia nella bocca con l'alfa-amilasi salivare (ptialina); il tasso di masticazione e il tempo di permanenza influenzano l'interazione tra l'enzima e l'amido e quindi la digestione.
• L'alfa-amilasi salivare scinde l'amido in maltosio (o isomaltosio) e destrine.
• Nello stomaco l'acidità gastrica inattiva l'alfa-amilasi salivare (pH ottimale di circa 7), ma la presenza di amido può proteggere l'enzima. Il pH dello stomaco è tra 1,5 e 2.
• Nell'intestino tenue, lo ione bicarbonato secreto dal pancreas neutralizza l'acidità portando il pH a circa 7, favorendo l'azione degli enzimi pancreatici e intestinali (inclusa l'alfa-amilasi salivare residua).
• Nel duodeno vengono riversati bile e succhi pancreatici.
• Il pancreas produce l'amilasi pancreatica.
• La digestione dell'amido ricomincia nel duodeno grazie all'alfa-amilasi pancreatica.
• L'ultima fase è realizzata dagli enzimi prodotti dagli enterociti sulla superficie dell'orletto a spazzola.
• Gli enzimi prodotti dagli enterociti sono glicoproteine con attività idrolasica che agiscono su maltosio, maltotrioso e α-destrine, e sui disaccaridi saccarosio e lattosio.
• Le glicosidasi agiscono solo sui legami alfa-glicosidici.
• Le alfa-glucosidasi di enterociti sono specifiche per il legame glicosidico α-(1→4) che lega, all'estremità non riducente della catena, l'ultimo al penultimo residuo di glucosio.
• I prodotti finali (glucosio, fruttosio e galattosio) sono trasportati attraverso la parete intestinale nel circolo ematico verso il fegato e gli altri tessuti.

Assorbimento dei Carboidrati

• I prodotti sono generalmente glucosio, galattosio e fruttosio.
• L'assorbimento del glucosio avviene dal lume attraverso l'epitelio e nel sangue.
• Il trasportatore per glucosio e galattosio nell'enterocita è SGLT-1, un trasportatore per gli esosi sodio-dipendente.
• Il trasportatore è inizialmente rivolto verso il lume e può legare Na+, non glucosio.
• Il sodio si lega, inducendo un cambiamento conformazionale che apre una tasca per il glucosio.
• Il glucosio si lega e il trasportatore si orienta nella membrana.
• Il sodio è rilasciato nel citoplasma causando instabilità del legame con il glucosio.
• Il glucosio è rilasciato e il trasportatore riacquista la sua configurazione originale.
• L'assorbimento del fruttosio a livello dell'enterocita prevede un trasporto facilitato, internalizzato secondo gradiente con l'ausilio di un trasportatore specifico: GLUT5.
• La fuoriuscita nel torrente ematico per tutti e tre i monosaccaridi avviene tramite GLUT2, un trasporto facilitato secondo gradiente.
• I GLUT sono trasportatori specifici con 12 isoforme:
  • GLUT1 negli eritrociti.
  • GLUT2 nell'intestino, fegato e cellule beta del pancreas.
  • GLUT3 nel cervello e nella placenta.
  • GLUT4 nel muscolo e tessuto adiposo.
  • GLUT5 specifico per il fruttosio.
• GLUT4 è l'unico regolato dall'insulina: rimuove l'eccesso di glucosio dopo un pasto. Nelle cellule muscolari GLUT4 è sequestrato in vescicole e, in seguito a stimoli come insulina o attività fisica, trasloca sulla superficie cellulare per internalizzare il glucosio in condizioni di iperglicemia.