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Carboidrati

 

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I CARBOIDRATI

I CARBOIDRATI, chiamati anche glucidi, saccaridi o zuccheri, hanno numerose funzioni biologiche.
Sono composti chimici sostanzialmente formati da carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O) nel rapporto di 1:2:1, ovvero per ogni atomo di carbonio ce ne sono due di idrogeno e uno di ossigeno (C H2 O)n: da qui il loro nome, carboidrati o idrati di carbonio.

Hanno principalmente funzione energetica, ovvero forniscono energia tramite il processo di respirazione cellulare.
Essi forniscono 4 kcal per grammo ingerito: la stessa quantità è data dalle proteine mentre i lipidi forniscono 9 kcal per grammo; l’energia fornita dai carboidrati è tuttavia di rapida utilizzazione mentre quella dei lipidi è rilasciata più lentamente.
Le proteine, infine, vengono utilizzate a scopo energetico solo in caso vi sia carenza di carboidrati o lipidi.

I carboidrati hanno anche funzione di riserva energetica: infatti vengono accumulati come amido nei vegetali e come glicogeno negli animali.
Infine hanno funzione strutturale: per esempio la parete cellulare delle cellule vegetali è fatta di cellulosa, mentre l’esoscheletro degli Artropodi è fatto di chitina.

 

 

 

 

 

 

LA RESPIRAZIONE CELLULARE

La respirazione cellulare è il meccanismo attraverso il quale i viventi, in presenza di ossigeno, ricavano energia dalla molecola del carboidrato glucosio.

I carboidrati forniscono al nostro corpo in media 4 Kcal per grammo.

La respirazione avviene nei mitocondri delle cellule animali e vegetali che, pertanto, possono essere considerati come le centrali energetiche della cellula.

Glucosio     +      ossigeno               →                 Energia                      +      anidride carbonica                    +   acqua

C6H12O6     +          6 O2       →        Energia       +             6 CO2                   +          6 H2O   

 

I prodotti di scarto della respirazione cellulare (CO2 e H2O) vengono eliminati attraverso l’espirazione (CO2) e la minzione (H2O), ovvero attraverso le urine.

 

 

 

 

 

CLASSIFICAZIONE DEI CARBOIDRATI - MONOSACCARIDI

I carboidrati vengono suddivisi in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.
I monosaccaridi sono micromolecole: essi si uniscono a formare molecole più grandi che, a seconda del numero, prendono il nome di disaccaridi e polisaccaridi.
Monosaccaridi e disaccaridi sono classificati anche come carboidrati semplici, mentre i polisaccaridi come carboidrati complessi.
I monosaccaridi contengono da 3 a 7 atomi di carbonio e sono le strutture più semplici dei glucidi. La formula generale di un monosaccaride è (C·H2O)n, dove n è un numero maggiore o uguale a tre.
I monosaccaridi con tre atomi di carbonio sono chiamati triosi, con quattro sono chiamati tetrosi, con cinque pentosi, con sei esosi, con sette eptosi.
Nelle molecole dei monosaccaridi è sempre presente un atomo di carbonio legato ad un ossigeno con un doppio legame (gruppo carbonilico C=O) che reagisce con il solfato di rame (CuSO4), di colore blu, trasformandolo in ossido di rame (Cu2O), un composto di colore rosso-mattone: tale reazione viene utilizzata per il riconoscimento degli zuccheri semplici negli alimenti (saggio di Fehling).
I monosaccaridi di maggior importanza biologica sono gli esosi glucosio, fruttosio e galattosio che presentano la stessa formula bruta (ovvero lo stesso numero di atomi - C6H12O6) ma diversa formula di struttura (disposizione degli atomi).
La struttura può essere lineare o ad anello.
GLUCOSIO, GALATTOSIO E FRUTTOSIO → C6H12O6

Forme lineari e cicliche

Glucosio                                 Galattosio                         Fruttosio

    

 

 

 

 

 

 

 

 

GLUCOSIO, FRUTTOSIO, GALATTOSIO

Il GLUCOSIO si trova nella frutta (zucchero d'uva) e nella verdura; è anche presente nel sangue umano e la sua concentrazione è chiamata glicemia.
L'organismo trasforma qualunque tipo di glucide in glucosio che, pertanto, rappresenta il carburante di più rapido consumo nel processo di respirazione cellulare:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energia

Viene sintetizzato dalle piante verdi a partire dall'anidride carbonica (dell'aria) e dall'acqua (del suolo) tramite l'energia solare catturata dalla clorofilla (fotosintesi):

6 CO2 + 6 H2O + energia solare → C6H12O6 + 6 O2

Successivamente viene accumulato, sempre nelle piante, come amido oppure trasformato in cellulosa.
Il glucosio è assorbito nel sangue attraverso le pareti intestinali. Parte di esso viene indirizzato direttamente alle cellule cerebrali, mentre il rimanente si accumula nei tessuti del fegato e dei muscoli in una forma simile all'amido, il glicogeno.

Il FRUTTOSIO è un monosaccaride molto diffuso nel regno vegetale, nella frutta e nel miele. Ha un potere dolcificante superiore al saccarosio (lo zucchero comune).

Il GALATTOSIO è un altro monosaccaride metabolizzato dal nostro organismo.
Esso fa parte della molecola del disaccaride lattosio per cui viene introdotto nell’organismo ogniqualvolta ci si nutre di latte o dei suoi derivati: il galattosio viene successivamente trasformato in glucosio.
La galattosemia, una grave malattia genetica, è dovuta alla carenza dell'enzima preposto alla trasformazione del galattosio in glucosio. Questo comporta un accumulo di galattosio nel sangue che può recare danni al sistema nervoso e causare una morte precoce.
La galattosemia è individuabile fin dalla nascita e si cura eliminando completamente il galattosio dalla dieta.

 

CONTENUTO DI GLUCOSIO E FRUTTOSIO in frutta e verdura

DISACCARIDI

 

Derivano dall’unione di due molecole di monosaccaridi.
I disaccaridi di importanza biologica comprendono il saccarosio, il lattosio e il maltosio.

SACCAROSIO
Il saccarosio è composto da glucosio e fruttosio: il legame si forma tra il carbonio 1 del glucosio e il carbonio 2 del fruttosio; poiché nel legame sono coinvolti entrambi gli atomi di carbonio con il doppio legame con l’ossigeno, il saccarosio è l’unico zucchero semplice a non dare reazione positiva al saggio di Fehling.
Molto comune in natura, è presente nel miele, nelle barbabietole e nella canna da zucchero da cui viene estratto per produrre lo zucchero da tavola.

LATTOSIO
Il lattosio è composto da glucosio e galattosio: nel legame sono coinvolti il carbonio 1 del glucosio e il carbonio 4 del galattosio; poiché il carbonio 1 (con il doppio legame con l’ossigeno) del galattosio rimane libero, il lattosio dà reazione positiva al saggio di Fehling.
E’ lo zucchero del latte ed è il meno dolce tra i disaccaridi.

MALTOSIO
Il maltosio è composto da glucosio e glucosio: nel legame sono coinvolti il carbonio 1 del primo glucosio e il carbonio 4 del secondo glucosio; poiché uno dei carboni con il doppio legame con l’ossigeno rimane libero, il maltosio dà reazione positiva al saggio di Fehling.
Si trova principalmente nella birra, nei cereali e nei germogli.

DISACCARIDI

 

SACCAROSIO (glucosio + fruttosio)

 

  LATTOSIO (glucosio + galattosio)

 

 

 

  MALTOSIO (glucosio + glucosio)

 

AMIDO

L'amido è un polisaccaride complesso, accumulato come riserva energetica nelle cellule vegetali.
E’ sintetizzato nelle piante a partire dal glucosio, a sua volta prodotto dalla fotosintesi clorofilliana

                        Anidride carbonica    +       Acqua       +       luce      →        Glucosio     +                         Ossigeno

                               6 CO2                 +       6 H2O       +       luce      →        C6H12O6      +     6 O2

Il glucosio viene quindi trasformato in amido grazie ad un enzima specifico, l’amido sintetasi.
Si tratta di una reazione di condensazione, per ogni due molecole di glucosio che si legano, viene eliminata una molecola d’acqua:

                                    Glucosio            +     enzima (amido sintetasi)        →   Amido        +                        Acqua

                                    n C6H12O6   +     enzima (amido sintetasi)   →      (C6H12O6)n +       n-1 H2O

 

L'amido si trova nei semi, nei cereali, nei tuberi delle piante e in larga quantità anche in piselli, fagioli e patate dolci.
Nell'industria alimentare le cinque fonti principali di amido sono il mais, le patate, il riso, la tapioca e il grano.

Una semplice analisi che indica la presenza dell'amido negli alimenti può essere condotta in laboratorio saggiando la sostanza con il reattivo di Lugol: il reattivo tende a legarsi  con la molecola dell’amido dando un complesso che assorbe la luce, virando verso il blu scuro.

CELLULOSA

 

La cellulosa è costituita da un gran numero di molecole di glucosio (da circa 300 a 3.000 unità) che formano catene non ramificate.
Le catene sono disposte parallelamente le une alle altre e si legano fra loro per mezzo di legami ad idrogeno, formando fibrille resistenti.
La cellulosa è, infatti, il costituente fondamentale delle pareti cellulari delle piante.

L’uomo non è in grado di digerire la cellulosa poiché non possiede gli enzimi per rompere il legame tra le unità di glucosio (il legame è diverso da quello dell’amido che pertanto risulta digeribile dall’uomo).
Per questo motivo, la cellulosa, per l’uomo, non rappresenta una fonte energetica e viene espulsa con le feci, alle quali conferisce volume e consistenza.

Giunta pressoché inalterata fino al colon, la cellulosa viene parzialmente fermentata dalla flora batterica locale, con liberazione di acidi grassi dotati di effetto lassativo. Gli stessi acidi grassi favoriscono la salute della mucosa intestinale e, in virtù della loro acidità, creano condizioni ambientali favorevoli alla crescita dei batteri buoni, ma ostili per i patogeni.

Gli enzimi per digerire la cellulosa sono presenti invece nello stomaco dei ruminanti: infatti nel rumine di alcuni animali e nell'apparato digerente degli insetti che si nutrono di legno, esistono microbi (Ruminococchi e Bacteroides succinogenes) dotati di particolari enzimi (cellulasi e cellobiasi), capaci di trasformare la cellulosa in glucosio.

La cellulosa è un composto organico molto diffuso in natura, perché trama di sostegno dei tessuti vegetali.  Abbonda pertanto anche nei cereali, nella frutta ed in modo particolare nella crusca ed in alcune verdure (radicchio e lattuga).
La cellulosa è ampiamente utilizzata non solo nel settore dietetico (utile nei programmi dimagranti e come lassativo), ma anche in quello farmaceutico (produzione di garze e rivestimenti capaci di modulare il rilascio di principi attivi dalla compressa), cosmetico (per la preparazione di gel, dentifrici), bellico (fabbricazione di esplosivi), tessile (rayon, lyocel) ed in molti altri (famoso è l’utilizzo di cellulosa  per la produzione della carta).

GLICOGENO

 

È un polisaccaride simile all’amido (è un polimero ramificato del glucosio), utilizzato come fonte di riserva energetica negli animali, compreso l’uomo.
Il glucosio introdotto con gli alimenti viene utilizzato come fonte energetica: quello in eccesso viene immagazzinato nel fegato e nei muscoli sotto forma di glicogeno.
La glicogenosintesi è un processo che avviene nel citoplasma delle cellule del fegato e dei muscoli e consiste nella conversione del glucosio in glicogeno. La glicogenolisi è invece il processo inverso che porta a demolire la molecola di glicogeno per ottenere glucosio.
Il glicogeno presente negli animali viene quasi completamente degradato al momento del macello per cui è presente in quantità estremamente ridotta negli alimenti.

 

 

 

Catene ramificate di glicogeno:
il legame tra le varie molecole di glucosio avviene tra il carbonio 1 di una unità e il carbonio 4 dell’altra; nelle ramificazioni, invece, il legame è tra il carbonio 1 e il carbonio 6.

CHITINA

 

La chitina (C8H13NO5)n, scoperta dal chimico e farmacista francese Henri Braconnot nel 1811, è uno dei principali componenti dell'esoscheletro degli insetti e di altri artropodi, della parete cellulare di funghi e batteri, ed è presente anche in altre strutture superficiali di molti altri invertebrati.

Dal punto di vista chimico assomiglia alla cellulosa solo che al posto delle unità di glucosio si trova l’acetilglucosammina.

È una sostanza dotata di notevole durezza. Tale caratteristica, unita alla sua flessibilità e al fatto che è degradabile dagli enzimi, fa della chitina un ottimo materiale per la produzione di fili per suture chirurgiche, bende e anche pelle sintetica.

La chitina ha anche l'insolita proprietà di accelerare la guarigione delle ferite negli esseri umani.

 

 

 

http://cmapspublic2.ihmc.us/rid=1H0JLGL87-196M0R5-HQ8/CARBOIDRATI.doc

 

Carboidrati

 

I principali carboidrati di interesse alimentare possono essere distinti (in base alla struttura chimica in:
- semplici              monosaccaridi (glucosio, fruttosio)
disaccaridi (saccarosio, maltosio, lattosio)

- complessi          polisaccaridi (amido e fibra)
L’amido è costituito da polimeri di glucosio lineari (amilosio) e ramificati (amilopectina) in proporzioni variabili ed è la principale fonte di carboidrati disponibili all’assorbimento ed utilizzabili dal metabolismo cellulare.

- polialcoli (anche detti alcol zuccheri o polioli) contenuti in piccola parte nella frutta (sorbitolo) e sempre più presente nei prodotti dietetici e acariogeni.

Il valore energetico dei carboidrati è variabile: il D.L. 16/2/93 n.77 (G.U. n. 69, 24/3/93) attribuisce 4 kcal/g (17 kJ/g) ai carboidrati disponibili e di 2,4 kcal/g (10 kJ/g) ai polialcoli.

Il sistema nervoso, midollare, surrene ed eritrociti, in condizioni normali utilizzano il glucosio come fonte elettiva di energia; la biodisponibilità di glucosio è pertanto essenziale per il corretto funzionamento di tali tessuti e riduzioni della glicemia comportano gravi conseguenze cliniche.
E’ stato calcolato che per un soggetto adulto in condizioni normali sono necessari circa 180 g/die di glucosio per soddisfare i bisogni di energia del SN e degli eritrociti.

L’uomo è capace di trasformare alcuni aa e glicerolo in glucosio per questo non si può parlare per i carboidrati di “essenzialità” ma di necessarietà (è bene che una ragionevole proporzione del fabbisogno energetico derivi dai carboidrati).

La % di energia consigliata per i carboidrati varia dal 55 al 65% dell’energia totale della dieta. Nelle ultime linee guida vengono visti in associazione ai grassi monoinsaturi (HC + Acmonoins. 60-70% dell’introito calorico totale).
Gli zuccheri semplici sono contenuti in numerosi alimenti primari (latte, frutta, verdure) e non dovrebbero superare il 10-12% dell’energia totale. Poiché la dieta del bambino è generalmente più ricca di zuccheri semplici può essere accettabile fino al 15-16% dell’energia totale.
La flora intestinale di una persona adulta trasforma parte dei carboidrati inassorbibili che possono fornire una quota calorica non indifferente ( anche di 540 kcal/die)

INDICE GLICEMICO
Nelle formulazioni tradizionali delle diete gli alimenti venivano scelti semplicemente in base al contenuto di carboidrati ed alla distinzione in semplici e complessi. Verso la fine degli anni '80 si è osservato che alimenti contenenti stesse quantità di carboidrati possono indurre diverse risposte glicemiche. E' stato introdotto pertanto un nuovo concetto dietetico, l'indice glicemico, che rappresenta percentualmente il rapporto tra area di incremento glicemico indotta dall'alimento in questione e quella di un alimento di riferimento contenente la stessa quantità di carboidrati:

     area di incremento glicemico indotta dall'alim.
I.G. =                                                                                               X 100
area di incremento glicemico indotta da pane o glucosio

Come alimento di riferimento in un primo tempo è stato considerato il glucosio e successivamente il pane bianco di nota composizione in quanto alimento comune e sempre presente nei vari tipi di alimentazione.
L'I.G. di un alimento è influenzato da vari fattori: una correlazione negativa e stata dimostrata fra I.G. e contenuto in grassi e proteine; forme fisiche diverse possono influenzare l'I.G. (chicco intero o sfarinato) presenza di fibre (alimenti integrali e legumi); modalità di cottura e di preparazione delle pietanze, l'interazione fra i vari componenti dell'alimento, ecc. Va infine ricordato che gli alimenti inseriti nel contesto di un pasto misto perdono le loro individuali caratteristiche ed acquisisce quindi valore "l'indice glicemico del pasto".

CARICO GLICEMICO (GLUCOSE LOAD: GL)
Se l’indice glicemico compara quantità equivalenti, con una valutazione qualitativa dell’assorbimento del glucosio, nel 1997 i ricercatori Harvard hanno introdotto il  concetto di Carico Glicemico per quantificare la variazione glicemica riferita alla singola porzione di cibo.

quantità di HC della porzione di cibo X I.G.
GL =
100

 

FIBRA ALIMENTARE

Fibra alimentare:

• polisaccaridi non amidacei

                                                        resistenti alla digestione da parte  
Þ   degli enzimi dell’intestino tenue    
dell’uomo

• lignina (dal punto di vista chimico è un alcol)

La definizione di fibra è stata oggetto di discussione infatti oltre ai polisaccaridi non amidacei, numerosi altri composti (esempio amido resistente, parte del lattosio, proteine alimentari) raggiungono l’intestino crasso senza essere digeriti o assorbiti a livello del tenue.
La fibra alimentare viene parzialmente sottoposta nell’intestino crasso a fermentazione batterica con produzione di acidi grassi a catena corta SCFA (acido acetico, propionico e butirrico), i quali vengono assorbiti fornendo un apporto calorico di 1,5 Kcal/g.

ACIDO ACETICO (C2): viene quasi totalmente convertito ad acidi grassi a catena lunga e chetoni nel fegato
ACIDO PROPIONICO (C3):

• 50% viene utilizzato dai colonciti
• 50% entra nella gluconeogenesi epatica

ACIDO BUTIRRICO (C4): viene quasi completamente utilizzato come fonte energetica a livello del colon

Fibre non idrosolubili:

• cellulosa
• parte delle emicellulose
• lignina

Sono presenti soprattutto nella crusca e nei cereali, sono caratterizzate dalla capacità di fissare acqua Þ sono in grado di adsorbire.
Sono in grado di determinare:

• aumento della massa fecale
• accelerato transito intestinale
• minore pressione endoluminale
• riduzione del tempo di contatto fra mucosa intestinale e sostanze potenzialmente nocive (tossiche, cancerogene…)

Þ tali fibre sono particolarmente indicate nella regolazione delle funzioni intestinali (prevenzione e trattamento della stipsi e della diverticolosi intestinale)

Fibre solubili:

-    galattomannani

• pectine
• gomme
• mucillagini

Hanno la proprietà di formare gel e di essere altamente fermentabili
Sono in grado di determinare:

• rallentato svuotamento gastrico e senso di sazietà
• rallentato transito intestinale
• aumentata eliminazione di acidi biliari, effetto che viene favorito anche dalla lignina e dalla crusca dei cereali
• riduzione dell’assorbimento e modulazione metabolica nell’utilizzazione dei nutrienti glucidici e lipidici (colesterolo)

Þ tali fibre sono utili:

• nell’alimentazione di soggetti con disturbi metabolici che traggono vantaggio da un 

      assorbimento dei nutrienti lento e/o ridotto (diabetici, ipercolesterolemici, dislipidemici)

• nelle diete per la riduzione di peso (inducono senso di sazietà)

 

Fabbisogno di fibra nell’adulto LARN 1996:
L’alimentazione italiana media ne apporta circa 20 – 25 g/die, la quota considerata ottimale è intorno ai 30 g/die. (Nei gruppi di popolazione di età estrema (bambini e anziani) la tolleranza, anche a livello gastrointestinale, è variabile, e potrebbe verificarsi il problema della chelazione di sali minerali o la perdita di nutrienti Þ non è indicata una quota ottimale.)
Un elevato consumo di alimenti ricchi in fibra può determinare, anche per la presenza di ossalati e fitati, una riduzione della biodisponibilità di elementi minerali (ferro, calcio, zinco) di origine alimentare. L’assunzione contemporanea di proteine animali nello stesso pasto può ridurre questo effetto chelante.

Gli alimenti più ricchi di fibra sono:

• legumi secchi                 15,7 g/100g
• verdure e ortaggi           2,5 g/100 g
• frutta fresca                 1,7 g/100 g
• cereali e derivati               1 g/100g

fonte: http://www.personalweb.unito.it/franco.demichieli/CARBOIDRATI.doc

 

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