Capitolo 2 - Glucidi

Generalità

Il nome glucidi allude al sapore dolce dei composti più semplici che fanno parte di questo gruppo di sostanze. In passato erano anche chiamati carboidrati, dato che, in molti di essi, carbonio, ossigeno e idrogeno sono presenti nel rapporto di 1:1:2; quindi ad ogni atomo di carbonio corrisponde una molecola d'acqua, anche se in realtà la struttura chimica è più complessa.

In natura sono diffusi soprattutto nei vegetali, che sono in grado di sintetizzarli, grazie alla fotosintesi clorofilliana, secondo lo scema generale:

Da questa reazione si deduce che i glucidi contengono una certa quantità di energia che è stata necessaria per sintetizzarli.

Classificazione

In base alla struttura chimica possiamo dividere i glucidi in monosaccaridi, disaccaridi, polisaccaridi ed eteropolisaccaridi.

I monosaccaridi sono alcoli polivalenti costituiti da un'unica molecola a più atomi di carbonio, e sono gli unici glucidi direttamente assimilabili. Vengono denominati aggiungendo il suffisso "oso" al numero degli atomi di carbonio (trioso, tertoso, pentoso, esoso... I monosaccaridi più importanti nell'alimentazione umana sono il glucosio (esoso), il galattosio (esoso) ed il fruttosio (pentoso). Il glucosio riveste una particolare importanza in quanto, nel nostro organismo, è il principale componente glucidico presente nel sangue.

I disaccaridi derivano dalla combinazione di due monosaccaridi con eliminazione di una molecola d'acqua. Nell'alimentazione umana i disaccaridi più importanti sono il saccarosio (costituito da una molecola di glucosio ed una di fruttosio), il lattosio (costituito da una molecola di glucosio ed una di galattosio) ed il maltosio (costituito da due molecole di glucosio).

I polisaccaridi sono costituiti da una catena di più di dieci molecole di monosaccaridi (se il numero di monosaccaridi è compreso tra tre e dieci si chiamano oligosaccaridi). Possono essere costituiti da un solo tipo di monosaccaride o da diversi monosaccaridi. I più importanti nell'alimentazione umana sono polisaccaridi costituiti da molecole di glucosio. In natura i polisaccaridi sono largamente diffusi soprattutto nel regno vegetale; sono ben rappresentati anche nel regno animale, ma hanno minore significato nell'alimentazione umana. Negli esseri viventi la loro funzione può essere quella di sostanze di riserva oppure quella di materiali di sostegno. I polisaccaridi più importanti sono i seguenti:

Amido: costituisce la fonte principale di glucidi negli alimenti di origine vegetale, ed in generale la fonte principale di glucidi nell'alimentazione umana. Nei vegetali ha una funzione di riserva, ed è costituito da amilosio con piccole quantità di amilopectina: il primo è una catena lineare di molecole di glucosio, il secondo è sempre un polimero del glucosio, ma ha una struttura ramificata.

Glicogeno: è un polisaccaride di origine animale, con una struttura ramificata simile all'amilopectina. Negli organismi animali ha la funzione di sostanza di riserva, ed è presente soprattutto nel fegato e nel muscolo.

Cellulosa: costituisce la sostanza di sostegno dei vegetali, ed è formata da una catena lineare di molecole di glucosio simile a quella dell'amilosio; tuttavia i legami che uniscono le molecole di glucosio non sono attaccabili dagli enzimi del nostro organismo, quindi la cellulosa non può essere digerita né assimilata. Di conseguenza non ha valore nutritivo, ma risulta importante nell'alimentazione perchè aumenta il volume del contenuto intestinale e favorisce quindi la peristalsi.

Inulina: è una catena lineare di molecole di fruttofuranosio, presente come sostanza di riserva soprattutto nei carciofi. La sua importanza non è legata tanto all'alimentazione, quanto al fatto che viene impiegata clinicamente in test di funzionalità renale.

Gli eteropolisaccaridi sono catene che incorporano sia monosaccaridi che loro derivati sono: le pectine e le gomme, hanno scarso o nullo significato alimentare, ma sono spesso usate come addensanti in alcune preparazioni alimentari. La chitina ha struttura e caratteristiche simili a quelle della cellulosa, ma è caratteristica del regno animale (molluschi ed artropodi). I mucopolisaccaridi sono sostanze più complesse, costituite da diverse catene di polisaccaridi, e sono importanti come sostanze di sostegno nel regno animale. Sempre nel regno animale possiamo trovare anche complessi costituiti da una frazione proteica ed una polisaccaridica, detti glicoproteine o mucoproteine.

Metabolismo

Nei processi digestivi i glucidi vengono trasformati in monosaccaridi, e come tali vengono assorbiti e trasportati al fegato, dove avviene la maggior parte dei processi metabolici. La prima trasformazione cui vengono sottoposti tutti i monosaccaridi è la trasformazione in glucosio. In seguito, il glucosio può essere degradato ad acqua ed anidride carbonica per produrre energia attraverso i processi della glicolisi, oppure, se la disponibilità supera le necessità dell'organismo, può essere immagazzinato sotto forma di glicogeno tramite i processi della glicogenosintesi. In caso di carenza di glucosio, l'organismo è in grado di ricavarlo dalle riserve di glicogeno attraverso la glicogenolisi, oppure di sintetizzarlo a partire da altre sostanze mediante i processi della gliconeogenesi.

Glicolisi

La glicolisi è in pratica un processo inverso a quello della fotosintesi clorofilliana: la reazione tra glucosio e ossigeno (ossidazione) produce acqua e anidride carbonica, rendendo disponibile parte dell'energia che era stata spesa per produrre il glucosio (energia solare). L'energia non viene liberata, ma immagazzinata in particolari molecole di fosfati organici che la possono poi cedere facilmente quando vengono idrolizzati; le molecole in questione sono l'adenosin-trifosfato (ATP), l'adenosin-difosfato (ADP) e l'adenosin-monofosfato (AMP). L'ATP, in particolare, costituisce la moneta di scambio energetico in tutti i processi biochimici dell'organismo; quando viene idrolizzato ad ADP libera 12 kcal per mole. Nel processo della glicolisi le molecole di ADP vengono rigenerate ad ATP.

Il processo della glicolisi si articola in due fasi distinte: nella prima non viene impiegato ossigeno, ed è perciò detta fase anaerobica, o glicolisi vera e propria; la seconda, invece, utilizza ossigeno ed è quindi detta fase aerobica o ciclo di Krebs.

Nella fase anaerobica ogni molecola di glucosio, attraverso una serie di reazioni, ognuna catalizzata da uno specifico enzima, viene trasformata in due molecole di acido piruvico. Questi processi richiedono l'impiego di due molecole di ATP, e quindi dispendio energetico, ma in compenso trasformano quattro molecole di ADP in altrettante di ATP; in pratica, quindi, il bilancio netto della degradazione di una molecola di glucosio è la produzione di due molecole di ATP. Alla fine di questo processo, se non è disponibile ossigeno, l'acido piruvico viene convertito in acido lattico, che si accumula nei tessuti. Se invece è presente ossigeno, l'acido piruvico entra nella fase aerobica della glicolisi, comunemente detta ciclo di Krebs.

Nel ciclo di Krebs, l'acido piruvico viene dapprima trasformato in acetil-coenzima A, quindi, attraverso una serie ciclica di reazioni, viene degradato ad acqua ed anidride carbonica. Questa serie di reazioni è detta aerobica perchè richiede l'impiego di ossigeno, e porta alla formazione di quindici molecole di ATP per ogni molecola di acido piruvico degradata. Va assolutamente ricordato che il ciclo di Krebs costituisce la fase finale non solo della degradazione dei glucidi, ma anche di quella dei lipidi, il che rende interdipendenti questi due metabolismi.

Glicogenosintesi e glicogenolisi

Quando la disponibilità di glucosio è maggiore delle necessità dell'organismo, una parte di questo glucosio viene immagazzinata sotto forma di glicogeno. Questo metodo di immagazzinamento presenta vari vantaggi: in primo luogo il glicogeno, in caso di necessità, può essere rapidamente degradato rendendo prontamente disponibile glucosio. In secondo luogo, il fatto di immagazzinare una grossa molecola anziché moltissime piccole molecole riduce l'esigenza di accumulare acqua per mantenere l'equilibrio osmotico. Tuttavia il glicogeno, benché abbia il vantaggio di essere rapidamente utilizzabile, non è la forma più conveniente per immagazzinare energia; infatti le riserve di glicogeno del nostro organismo sono relativamente modeste (circa 350 grammi in totale), ed in genere localizzate proprio nei tessuti che possono avere immediata necessità di glucosio (fegato, muscolo, rene). Per il resto, l'energia in eccesso nel nostro organismo viene immagazzinata sotto forma di lipidi.

Gliconeogenesi

Se le riserve di glucidi non sono sufficienti, e se non vengono introdotti in quantità sufficiente con la dieta, tramite il processo della gliconeogenesi può essere sintetizzato glucosio a partire da diversi substrati non glucidici, come ad esempio aminoacidi, glicerolo, acido lattico ed acidi tricarbossilici. Questo processo avviene nel fegato e nel rene, e comporta l'impiego di molecole di ATP, quindi dispendio energetico.

Distribuzione in natura

In natura possiamo trovare tutte le classi di glucidi.

Monosaccaridi: il glucosio è il più diffuso in natura, ed è presente soprattutto nella frutta e nel miele, insieme al fruttosio. Il galattosio, invece, come suggerisce il nome, è presente nel latte e nei suoi derivati.

Disaccaridi: il saccarosio è quello che conosciamo con il nome generico di zucchero; è presente soprattutto nella barbabietola e nella canna da zucchero, vegetali dai quali viene estratto industrialmente. Il maltosio è presente soprattutto nell'orzo e derivati. Il lattosio è presente nel latte e nei suoi derivati.

Polisaccaridi: l'amido è presente nei cereali (grano, mais, orzo, avena, segale...), nei tuberi (patate, carote, barbabietole, tapioca), nei legumi (fagioli, ceci, lenticchie, fave, piselli, soja) ed in alcuni tipi di frutta (castagne). Il glicogeno è presente soprattutto nella carne, nel fegato e nel rene, ma, dato che si degrada rapidamente, la quantità negli alimenti ingeriti è molto modesta. La cellulosa è è presente soprattutto nella verdura (spinaci, cicoria, lattuga, cavolo...), ma anche nel pericarpo dei cereali (presente nelle farine integrali) e nella frutta (soprattutto nella buccia). L'inulina, infine, è presente soprattutto nei carciofi.

Etropolisaccaridi: le gomme e le pectine sono presenti soprattutto nella frutta ed in alcune verdure ma, come ricordato in precedenza hanno scarso significato nella dieta. La chitina è reperibile soprattutto nei molluschi e nei crostacei (è presente anche negli insetti, non utilizzati nell'alimentazione occidentale, e nei funghi), ma il suo ruolo, come per la cellulosa, è solo quello di "scoria". I mucopolisaccaridi sono presenti in quantità apprezzabili solo in alcuni alimenti di origine animale (ad es. nell'umor vitreo).