Carboidrati - Generalità e Biochimica

Pubblicato da: Gabriele Grassadonia, visita il suo Blog. Pubblicato

nella sezione Alimentazione alle ore 01:05 del 30 Maggio 2014.


I carboidrati sono macromolecole organiche molto abbondanti in natura, che servono a svolgere funzioni sia metaboliche che strutturali. Dal punto di vista chimico, sono poliidrossialdeidi o poliidrossichetoni, e in base alla loro complessità sono distinti in:

Il glucosio rappresenta il monosaccaride più importante per la biochimica dei mammiferi, essendo il combustibile principale. Il ribosio, il galattosio e il glicogeno sono altri zuccheri con rilevanza biomedica.

La maggior parte dei carboidrati - detti anche saccaridi o glucidi - è riconducibile alla formula chimica generale Cn (H2O)n. Hanno almeno un gruppo aldeico o chetonico e funzioni alcoliche coniugate a ciascun atomo di carbonio. I monosaccaridi non possono essere idrolizzati a saccaridi più semplici. Diverse unità di monosaccaride portano alla formazione di oligosaccaridi e polisaccaridi. Le forme più diffuse in natura del glucosio (il monosaccaride biochimicamente più importante) sono il beta-glucopiranosio (62%) e l'alfa-glucopiranosio (37%). La disposizione equatoriale piuttosto che assiale dell'ossidrile anomerico giustifica la maggiore stabilità dell'anomero beta rispetto all'alfa.

Il principale ruolo biochimico dei carboidrati è di fornire energia (circa 4 kcal per grammo), oltre ad importanti ruoli strutturali. Dopo l'assorbimento intestinale, il glucosio è ridistribuito ai diversi tessuti ed organi. Ormoni specifici, quali insulina e glucagone, intervengono per regolare i valori glicemici e per mantenerli costanti; inoltre, sono molto importanti per il metabolismo glucidico e i processi di trasporto transepiteliale: la molecola di glucosio passa dal lume intestinale all'enterocita, poi al sangue ed infine alle cellule dell'organismo.

Nessun carboidrato è essenziale! In quanto possono essere comunque sintetizzati dall'organismo a partire da altre molecole, tuttavia svolgono funzioni fondamentali nell'organismo. Per esempio, il metabolismo neuronale si basa prevalentemente sul glucosio: infatti il cervello ne consuma circa 120 grammi al giorno.

L'amido è il polisaccaride principale, si trova soprattutto nelle patate e nei cereali ed è costituito solo da glucosio (lineare con legami α-1-4 glicosidici e ramificata, l'amilopectina, con legami α-1-6 glicosidici). La digestione dei carboidrati complessi inizia in bocca, grazie ad enzimi idrolitici presenti nella saliva e si completa a livello intestinale per l'intervento di enzimi secreti dal pancreas o presenti nella parete degli enterociti. La saliva è composta principalmente da acqua, mucina (lubrificante per la masticazione) e l'enzima α-amilasi salivare; essa serve a idratare i cibi secchi e a creare un ambiente idoneo per l'attacco enzimatico. L'azione dell'amilasi viene interrotta nello stomaco a causa della forte acidità, infatti il succo gastrico non effettua alcuna degradazione dei carboidrati. L'intestino tenue è la maggiore sede dell'assorbimento dei prodotti della digestione.

Le sostanze idrosolubili, come gli zuccheri, vengono trasferite all'interno dell'organismo attraverso il sistema portale epatico; quelle liposolubili raggiungono invece il sangue attraverso i vasi linfatici ed il dotto toracico. Il passaggio dei nutrienti avviene prima nella membrana apicale (fase 1), poi in quella baso-laterale (fase 2) e infine avviene l'ingresso nelle cellule dei vari tessuti. Il trasporto attivo di glucosio è mediato dalla proteina SGLT (Sodium Glucose Transporters), essa fa entrare nella cellula gli ioni di sodio. La pompa del sodio elimina lo ione consumando ATP. Per facilitare il trasporto del glucosio esiste nel nostro organismo una "famiglia" di molecole chiamate GLUT, che si trovano generalmente nella membrana apicale delle cellule, e poi effettuano il trasporto entrando nel torrente circolatorio. Quando la glicemia è bassa, la captazione è favorita da alcuni organi e tessuti, rispetto ad altri (la priorità nel consumo di monosaccaridi ce l'ha il cervello). Il più importante trasportatore della famiglia dei GLUT è il GLUT 4: si trova nelle cellule adipose, nel muscolo scheletrico e cardiaco, ed è attivato dall'insulina in condizioni di glicemia (glucosio plasmatico) elevata; GLUT-4 incrementa fino a 20-30 volte la velocità d'ingresso del glucosio in queste cellule.

Le funzioni della glicolisi sono: la produzione di ATP e intermedi necessari per l'anabolismo; la regolazione dipende da 2 fattori: Il fabbisogno cellulare di ATP e il fabbisogno degli intermedi metabolici. La resa energetica della glicolisi anaerobica è di 2 molecole di ATP. In condizioni di aerobiosi, invece, se ne formano 2 + 36 (2 derivate dall'ossidazione del glucosio a piruvato, e 36 grazie alla respirazione mitocondriale, ovvero fosforilazione ossidativa). Considerando la variazione di energia libera ottenuta da ciascun legame fosfoanidride dell'ATP, si può calcolare come il rendimento della glicolisi aerobia sia nettamente superiore (80% circa) rispetto a quello della glicolisi anaerobia (20% circa).

La glicolisi la possiamo suddividere in 3 fasi: la prima fase dove avviene prima la fosforilazione del glucosio in glucosio-6-fosfato (grazie all'enzima esochinasi, la reazione consuma una molecola di ATP); successivamente, il glucosio-6-fosfato diventa fruttosio-6-fosfato che a sua volta si "addiziona" con il fruttosio 1,6-difosfato (fino a questo punto la glicolisi invece di produrre energia ne ha richiesta); adesso comincia la seconda fase in cui il fruttosio si "rompe" per formare 2 molecole più semplici: diidrossiaceton fosfato e gliceraldeide 3-fosfato (l'enzima che catalizza questa reazione è l'aldolasi), in un secondo momento la molecola di diidrosssiaceton fosfato viene trasformata in gliceraldeide 3-fosfato (avviene grazie al triosofosfato isomerasi),: solo ora il gliceraldeide 3-fosfato si trasforma prima in 1,3-difosfoglicerato (l'enzima richiesto è la gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi e l'agente ossidante invece è il NAD+), e poi in 3-fosfoglicerato con produzione di 2 molecole di ATP e acido piruvico (piruvato); poi comincia la terza fase, in cui il 3-fosfoglicerato trasferisce il gruppo fosfato dal C3 al C2 del glicerato (2-fosfoglicerato), che a sua volta si trasforma in fosfoenolpiruvato, qui avviene una disidratazione che porta alla liberazione di energia tramite una molecola di acqua creando un gruppo fosfato ad alta energia (gluconeogenesi o neoglucogenesi, essa si può verificare nel fegato in condizioni di ipoglicemia; il glucagone blocca la glicolisi inducendo la fosforilazione ed inattivazione di 2 enzimi, la fosfofruttochinasi 2 e la piruvato chinasi), ed infine il fosfoenolpiruvato viene trasferito all'ADP per formare una molecola di ATP (l'enzima responsabile è la piruvato chinasi).

La gluconeogenesi è il processo opposto della glicolisi, ovvero la sintesi di glucosio a partire dalle molecole organiche di natura non glucidica (protidi, lattato, glicerolo). Se la glicolisi e la gluconeogenesi avvenissero contemporeanamente avverrebbe soltanto uno spreco di energia chimica. Per la glucogenesi sono fondamentali gli amminoacidi (soprattutto alanina), il lattato e il glicerolo. Per la neoglucogenesi gli enzimi che la regolano sono: piruvato carbossilasi, fosfoenolpiruvato carbossichinasi, fruttosio 1,6-bifosfatasi e glucosio-6-fosfatasi. Il glucosio-6-fosfato può essere inoltre metabolizzato in un'altra via ossidativa, che avviene a livello citosolico, definita via dei pentoso fosfati o shunt dei pentosi. Ha 2 funzioni:

  1. Produrre pentosi, necessari per la sintesi di macromolecole quali acidi nucleici;
  2. Produrre equivalenti riducenti sotto forma di NADPH, necessari per i processi anabolici cellulari.

Nel complesso in questa via metabolica, chiaramente attraverso più cicli, il glucosio viene ossidato a CO2, senza alcuna produzione di ATP. Questa via metabolica ha importanza significativa nei tessuti (adiposo, fegato, corteccia surrenale, testicoli, e ghiandola mammaria) che producono attivamente acidi grassi e colesterolo, oltre che negli eritrociti, dove il NAPH contribuisce a mantenere la disponibilità di ferro (II).

Il rendimento della glicolisi dall'ossidazione del glucosio nell'ambito della glicolisi e del ciclo di Krebs ha un rendimento elevato, vicino al 70%.

Valutazione: Articolo di discreta qualità
Home Blog
Vuoi commentare l'articolo ?
Fallo nel forum