Funzioni e Fonti dei Carboidrati

Funzioni dei Carboidrati

• Metabolismo: glucosio, fruttosio e amido
• Struttura: cellulosa (piante), chitina (esoscheletro insetti e crostacei), glicosamminoglicani (tessuti connettivi)
• Informazione e riconoscimento: glicoproteine di membrana (gruppi sanguigni)
• Anticoagulante: eparina
• Eliminazione epatica di composti lipofili: acido glucuronico

Definizione di Carboidrati

• I glucidi sono derivati aldeidici o chetonici di alcoli polivalenti
• Richiedono almeno tre atomi di carbonio per formare la molecola

Fonti Alimentari

• Comprendono carboidrati naturali e aggiunti durante la preparazione di cibi e bevande
• Zuccheri aggiunti si trovano principalmente in succhi di frutta, bibite, dolci e caramelle

Fonti Alimentari di Monosaccaridi

• Glucosio e fruttosio sono naturalmente presenti in piccole quantità in miele e frutta
• Dal 1970, l'industria alimentare statunitense ha sostituito gli zuccheri raffinati (saccarosio) con monosaccaridi a basso costo derivati dall'amido di mais
• Negli USA, nel 2005, questi rappresentavano il 50% dei dolcificanti
• Il corn syrup al 100% è glucosio
• L'High-fructose corn syrup (HFCS) contiene generalmente il 50% di glucosio e il 50% di fruttosio, simile al saccarosio
• Esistono vari tipi di HFCS con contenuto di fruttosio variabile (40-90%)
• HFCS-55 (55% fruttosio) è utilizzato nelle bevande (soft drinks)
• HFCS-42 (42% fruttosio) è impiegato in dolci, gelati, yogurt e succhi

Fonti Alimentari di Disaccaridi

• Lattosio = galattosio + glucosio (legame β 1-4), sintetizzato dalla ghiandola mammaria dei mammiferi
• Latte e derivati sono l'unica fonte di lattosio
• Saccarosio = glucosio + fruttosio (legame Glc alfa1 β 2 Fru), usato come dolcificante e conservante
• Nelle etichette, il termine "zucchero" si riferisce al saccarosio
• Maltosio = glucosio + glucosio (legame a 1-4), presente in piccole quantità in grano e orzo e in alimenti lavorati
• 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, inclusi Glc, Fru, Gal e alcoli derivati.

Fonti Alimentari di Polisaccaridi

• Amido: sintetizzato dalle piante come riserva di energia, accumulato in semi, tuberi, radici e frutti
• Assunto dall'uomo attraverso cereali (mais, frumento, riso, orzo), legumi, patate, carote e alcuni frutti (banana verde)
• Formato da amilosio (20-30%) e amilopectina (70-80%)

Altri Oligosaccaridi e Polisaccaridi Alimentari

• Vegetali (frutta, verdura, alimenti integrali) contengono oligosaccaridi e polisaccaridi non importanti come nutrienti, resistenti alla digestione per via della mancanza di enzimi in grado di idrolizzare il legame glicosidico
• Alcuni sono usati come additivi o emulsionanti
• Possono entrare a far parte della fibra alimentare, fermentabile dai batteri nel colon
• Oligosaccaridi: stachiosio e raffinosio (nei legumi, formati da saccarosio legato a unità di alfa galattosio)
• Polisaccaridi: cellulosa (nei cereali integrali, legumi, verdure e frutta), emicellulosa (parete cellulare di cereali integrali, legumi, verdure e frutta, formata da pentosi ed esosi), inulina (polimero di fruttosio con legame β 21, presente in legumi, carciofo, cicoria e cipolla), pectine (alte quantità di acido galatturonico e glucuronico, formano gel in soluzione nella buccia di molti frutti), gomme (formate da mannosio e galattosio, presenti in legumi e crusca d'avena)

Derivati Alcolici

• Non sono definiti zuccheri, ma sono considerati carboidrati dalla legislazione europea
• Prodotti di sintesi presenti in piccole quantità in frutta e vegetali
• Derivati da monosaccaridi: xilitolo, sorbitolo, mannitolo
• Derivati da disaccaridi: lattitolo, maltitolo
• Derivati da polisaccaridi: idrolizzato d'amido idrogenato
• Usati come dolcificanti nell'industria alimentare, prodotti (caramelle, gomme da masticare, bibite) che contengono alcoli al posto di zucchero o sciroppo d'amido possono essere etichettati come "privi di zucchero"
• Sono a basso tenore calorico, con ridotto apporto calorico e bassa risposta glicemica
• Meno cariogeni
• Diventano substrato della microflora presente nel colon
• Scarso assorbimento può portare a diarrea osmotica; l'etichetta può avvertire di un effetto lassativo con un eccessivo consumo

Valore Energetico

• Carboidrati: 3,7-4,2 kcal/g (negli amidi più digeribili), ma per l'etichettatura viene assegnato un valore di 4 kcal/g (17 kJ/g)
• Fibra: 0-2,3 kcal/g (a seconda della fermentazione, con formazione di acidi metabolizzati); FAO/WHO stabiliscono 2 kcal/g per la fibra alimentare
• Derivati alcolici: 0-2,3 kcal/g (per l'etichettatura la CE ha assegnato 2,3 kcal/g, in USA varia in base al composto)

Amido

• Polimero di glucosio (C6H10O5) estratto dai semi dei cereali (farine) o dalle patate (fecola)
• Rappresenta la maggior parte dei carboidrati alimentari introdotti con pane, pasta, pizza, dolci o 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
• Enzimi endoglicosidasi idrolizzano i legami glicosidici α-(1→4) interni all'amilopectina e all'amilosio
• Liberano maltosio, maltotrioso (trisaccaride di tre unità di glucosio) e alfa-destrine (destrine alfa-limite)
• Alfa-destrine sono oligosaccaridi ramificati formati da molecole di glucosio legate da legami glicosidici α-(1→4) e α-(1→6)
• Quelle composte da 5-6 unità rappresentano circa un terzo del prodotto finale della digestione dell'amilopectina tramite alfa-amilasi
• Dalla digestione dell'amilosio si formano solo maltosio e maltotrioso, non avendo punti di ramificazione
• Il glicogeno è interessato solo in minima parte perché, dopo la morte dell'animale, va incontro a rapida degradazione in glucosio e acido lattico

Digestione dei Carboidrati:Le Fasi

• Inizia nella bocca con l'azione dell'alfa-amilasi salivare (ptialina)
• Il tasso di masticazione e il tempo di permanenza del cibo in bocca influenzano l'interazione tra enzima e amido
• L'alfa-amilasi salivare scinde l'amido in maltosio (o isomaltosio) e destrine
• Nello stomaco, l'acidità gastrica inattiva l'alfa-amilasi salivare, ma l'amido può proteggere l'enzima dalla degradazione
• Il pH dello stomaco è compreso tra 1,5 e 2
• Nell'intestino tenue, lo ione bicarbonato dal pancreas neutralizza l'acidità gastrica, portando il pH a circa 7
• Questo pH è ottimale per l'azione degli enzimi pancreatici (alfa-amilasi) e intestinali, e per la alfa-amilasi salivare residua
• Nel duodeno vengono riversati bile e succhi pancreatici dal dotto coledoco
• Il pancreas produce l'amilasi pancreatica
• Nel duodeno riprende la digestione dell'amido con l'alfa-amilasi pancreatica secreta in quantità maggiori

Processo Digestivo Finale

• L'ultima fase si conclude grazie agli enzimi degli enterociti localizzati sulla superficie dell'orletto a spazzola
• Le glicoproteine con attività idrolasica agiscono su maltosio, maltotrioso, α-destrine e sui disaccaridi saccarosio e lattosio
• Glicosidasi sono in grado di agire solo su legami alfa-glicosidici
• Esistono saccarasi, glucoamilasi e alfa-destrinasi
• Alfa-glucosidasi sull'orletto a spazzola agiscono sul legame glicosidico α-(1→4) all'estremità non riducente della catena
• I prodotti finali (glucosio, fruttosio, galattosio) sono trasportati attraverso la parete intestinale e riversati nel circolo ematico per raggiungere il fegato e gli altri tessuti

Assorbimento dei Carboidrati: Prodotti Finali

• Glucosio, galattosio e fruttosio

Modello di Assorbimento di Glucosio e Galattosio

• Grazie al trasportatore SGLT-1 (trasportatore di esosi Na-dipendente) avviene dal lume all’epitelio e sangue
• Il trasportatore si rivolge prima verso il lume e lega sodio, ma non glucosio
• Il legame del sodio induce un cambiamento conformazionale che permette il legame con il glucosio
• Il trasportatore si orienta nella membrana, permettendo alle tasche del sodio e del glucosio di rivolgersi verso l’interno della cellula
• Il sodio viene rilasciato nel citoplasma, causando un’instabilità del legame con glucosio, che viene rilasciato a sua volta
• Il trasportatore riacquista la sua configurazione originale.

Modello di Assorbimento di Fruttosio

• Prevede un trasporto facilitato tramite il trasportatore specifico GLUT5

Glut2

• Comune per tutti e tre i torrente ematico, passaggio attraverso GLUT2, trasporto facilitato secondo gradiente

Glut

• Sono stati identificati 12 isoforme
• GLUT1: negli eritrociti
• GLUT2: nell'intestino, nel fegato e nelle cellule beta del pancreas
• GLUT3: nel cervello e nella placenta
• GLUT4: nel muscolo e nel tessuto adiposo
• GLUT5: specifico per il fruttosio

Glut 4

• Unico regolato dall'insulina.
• Rimuove l'eccesso di glucosio dopo un pasto abbondante
• Nelle cellule muscolari è sequestrato in vescicole
• In seguito alla secrezione di insulina o all'attività fisica, va incontro a traslocazione sulla superficie cellulare per permettere l'internalizzazione del glucosio e rispondere a una condizione di iperglicemia