Carboidrati

Funzioni dei carboidrati nel nostro organismo

I carboidrati rappresentano la nostra fonte energetica principale soprattutto durante l'attività fisica intensa. Hanno anche funzione plastica ed intervengono nella formazione di acidi nucleici e strutture nervose.
Dopo essere stati trasformati in glucosio i carboidrati possono andare in contro a tre diversi processi metabolici:
possono essere utilizzati dalle cellule per produrre energia
possono essere immagazzinati nelle riserve epatiche e muscolari sotto forma di glicogeno
possono essere trasformati in grasso e depositati come tale, qualora le scorte di glicogeno siano sature
Esistono aminoacidi, vitamine e acidi grassi essenziali ma non esistono carboidrati essenziali. Tuttavia il ruolo dei glucidi nel nostro organismo è fondamentale. Il solo sistema nervoso centrale necessita di circa 180 grammi di glucosio al giorno per svolgere le proprie funzioni in maniera ottimale. Anche alcune cellule del sangue (globuli rossi) e della midollare del surrene utilizzano esclusivamente glucosio come fonte energetica primaria.
Qualora ve ne fosse bisogno, il nostro organismo può ricavare glucosio a partire dallo scheletro carbonioso di alcuni aminoacidi e dal glicerolo contenuto nei grassi. In condizioni di estrema carenza di glucosio (digiuno prolungato) questo processo porta alla formazione di sostanze tossiche, i corpi chetonici che abbassano il pH ematico con gravi conseguenze per l'organismo.

Regolazione della glicemia

La glicemia rappresenta la quantità di glucosio presente nel sangue (mg/dl). L'organismo umano possiede una serie di meccanismi in grado di mantenerla relativamente costante durante l'arco della giornata (circa 70 mg/dl a digiuno) indipendentemente dalla quantità di carboidrati assunti con la dieta.
Il fegato è il principale organo coinvolto nei processi di regolazione: quando la glicemia si abbassa libera il glucosio contenuto negli epatociti, quando si alza lo immagazzina sotto forma di glicogeno. Ciò permette di mantenere intatte le scorte proteiche muscolari.
Eccesso di carboidrati, l'indice glicemico

Generalmente la dieta dei Paesi industrializzati è molto ricca di carboidrati. In particolare negli ultimi si è fatto largo uso di glucidi semplici, cioè di mono e disaccaridi che vengono aggiunti durante la preparazione per dolcificare gli alimenti.
Un eccessivo consumo di zuccheri è correlato a patologie come l'obesità , la carie dentale ed il diabete. Si consiglia pertanto di limitare l'utilizzo di carboidrati ad alto indice glicemico preferendo quelli a basso indice glicemico.
L'indice glicemico (IG) rappresenta la velocità con cui aumenta la glicemia in seguito all'assunzione di 50 grammi di carboidrati. Più è alto l'indice glicemico e più veloce è l'assorbimento dei carboidrati.
Gli zuccheri semplici (alto IG) entrano in circolo molto velocemente rendendo necessaria un'iperproduzione di insulina che a lungo andare può portare ad un declino funzionale delle cellule deputate alla sua produzione (diabete). Il brusco calo di glicemia che ne consegue oltre ad affaticare il soggetto, rendendolo più stanco e meno concentrato, porta ad una prematura comparsa dello stimolo della fame. Si entra in questo modo in un circolo vizioso che può facilmente condurre all'obesità.

Carenza di carboidrati, le diete iperproteiche

Viste le conseguenze negative di una dieta ad alto contenuto di carboidrati, nell'ultimo decennio sono stati proposti moltissimi modelli alimentari a bassissimo contenuto di glucidi. L'estrema riduzione dei carboidrati non è però priva di effetti collaterali.
L'eccesso di proteine e grassi aumenta il pericolo di ipercolesterolemia, di patologie epatiche e renali e di alcune forme tumorali. Inoltre in caso di estrema carenza di carboidrati si formano i corpi chetonici (così come avviene nel diabetico non trattato) che acidificano il sangue e possono condurre al coma.
Occorre dunque trovare un giusto equilibrio tra i livelli di assunzione dei vari nutrienti, senza escluderne nessuno a priori.

Quanti carboidrati?

Abbiamo visto la pericolosità sia di un eccesso che di un difetto di carboidrati.
La dieta mediterranea prevede un apporto glucidico variabile tra il 55 ed il 65% dell'apporto calorico giornaliero. Allo stesso tempo il consumo di zuccheri semplici non dovrebbe superare il 10-12 % dell’energia giornaliera totale.
Tuttavia alla luce delle ultime ricerche in campo alimentare consigliamo di attenersi al limite inferiore di questo range, cioè di introdurre un quantitativo giornaliero di carboidrati compreso tra il 50 ed il 55% dell'energia totale e cercando di limitare il più possibile il consumo di carboidrati semplici.
Via libera dunque al consumo di alimenti ricchi di fibra come la verdura e la frutta non zuccherina. Semaforo giallo per gli alimenti ricchi di amidi come il pane, la pasta ed il riso; luce rossa per gli zuccheri raffinati (miele, zucchero, glucosio e derivati come sciroppo di glucosio e maltosio).
Carboidrati e sport

Durante l'attività fisica intensa il nostro corpo utilizza quasi esclusivamente glucosio per soddisfare le aumentate richieste energetiche. E' quindi molto importante che la dieta dello sportivo fornisca il giusto apporto di carboidrati. Bisogna comunque fare una distinzione tra sport di durata e sport di potenza.
Se nei primi (ciclismo, marcia, sci di fondo, corsa ecc.) l'apporto quotidiano consigliato è pari al 55-65% dell'energia totale (a seconda della frequenza e della durata degli allenamenti) nei secondi è bene rimanere negli intervalli consigliati per la popolazione sedentaria (50-55%) aumentando, caso mai, l'apporto proteico.

MONOSACCARIDI

GLUCOSIO
si trova normalmente nei cibi, sia in forma libera, sia sotto forma di polisaccaride. Costituisce la forma in cui devono essere trasformati gli altri zuccheri per poter essere utilizzati dal nostro organismo. Solo il 5% della quantità totale di carboidrati presenti nel nostro organismo è rappresentato da glucosio circolante nel sangue. Indice glicemico = 100
FRUTTOSIO
si trova in abbondanza nella frutta e nel miele; viene assorbito nel piccolo intestino e metabolizzato dal fegato che lo trasforma in glucosio. Il suo indice glicemico è molto basso, pari a 23
GALATTOSIO
in natura non si trova libero ma legato al glucosio forma il lattosio, lo zucchero del latte.

Gli oligosaccaridi sono formati dall'unione di due o più monosaccaridi (massimo 10). Si trovano principalmente nei vegetali ed in particolare nei legumi. I più conosciuti, poiché importanti dal punto di vista nutrizionale sono i disaccaridi (saccarosio, lattosio e maltosio).

DISACCARIDI

SACCAROSIO
glucosio+fruttosio; molto comune in natura è presente nel miele, nelle barbabietole e nella canna da zucchero. Il suo indice glicemico è 68 ± 5
LATTOSIO
glucosio + galattosio; è lo zucchero del latte ed il meno dolce tra i disaccaridi. Il suo indice glicemico è 46 ± 6
MALTOSIO
glucosio+glucosio; poco presente nella nostra dieta si trova principalmente nella birra, nei cereali e nei germogli. Il suo indice glicemico è 109

Tra gli oligosaccaridi ricordiamo le maltodestrine.

OLIGOSACCARIDI
MALTODESTRINE
Le maltodestrine sono oligosaccaridi derivanti dal processo di idrolisi degli amidi. Vengono impiegate come integratori energetici e possono essere utili negli sport di durata. Forniscono energia a breve e medio termine senza affaticare troppo l'apparato digerente.

I polisaccaridi si formano dall'unione di numerosi monosaccaridi (da 10 a migliaia) tramite legami glicosidici. Si distinguono polisaccaridi vegetali (amidi e fibre) e polisaccaridi di origine animale (glicogeno). I polisaccaridi contenenti un unico tipo di zuccheri vengono chiamati omopolisaccaridi, mentre quelli contenenti tipi diversi di monosaccaridi vengono detti eteropolisaccaridi.

POLISACCARIDI
AMIDO
è la riserva glucidica dei vegetali. Abbonda nei semi, nei cereali; si trova in larga quantità anche in piselli, fagioli e patate dolci. In natura è presente in due forme, l'amilosio e l'amilopectina. Più è alto il contenuto di amilopectina e più l'alimento è digeribile.
FIBRE
sono polisaccaridi strutturali, tra cui la più importante è la cellulosa. Il nostro organismo non è in grado di utilizzarle a scopo energetico, ma la loro fermentazione a livello intestinale è essenziale per regolare l'assorbimento dei nutrienti e per proteggere il nostro organismo da numerose patologie. Si dividono in idrosolubili e non. Le prime chelano interferendo con l'assorbimento dei nutrienti, tra cui il colesterolo , le seconde attirano acqua accelerando lo svuotamento gastrico. Il contributo calorico della fibra nella dieta è nullo.
GLICOGENO
è un polisaccaride simile all'amilopectina utilizzato come fonte di deposito e di riserva energetica primaria. Viene immagazzinato nel fegato e nei muscoli fino ad un massimo di 400-500 grammi. Il glicogeno presente negli animali viene quasi completamente degradato al momento del macello per cui è presente in quantità estremamente ridotta negli alimenti.

Digestione e assorbimento dei carboidrati

La digestione dei carboidrati inizia in bocca dove gli enzimi della saliva iniziano la scissione dei carboidrati complessi. Nello stomaco l'azione degli enzimi salivari viene interrotta dall'ambiente acido e riprende nell'intestino tenue dove, grazie ai succhi pancreatici (enzima α-amilasi), i polisaccaridi vengono ridotti a monosaccaridi.
Mentre il glucosio viene assorbito rapidamente (sia per gradiente osmotico, sia per trasporto attivo), il fruttosio viene assorbito più lentamente, attraverso un meccanismo di diffusione facilitata, che sta alla base del suo basso indice glicemico.


Glucidi
I glucidi, chiamati anche carboidrati (da idrati di carbonio) o saccaridi, sono la più abbondante delle quattro principali classi di biomolecole. Hanno numerose funzioni biologiche tra cui quella di riserva energetica e trasporto dell'energia (esempio: amido, glicogeno) e sono anche noti come componenti strutturali della cellulosa nelle piante e della cartilagine negli animali. Inoltre i carboidrati e i loro derivati giocano un ruolo fondamentale nel sistema immunitario, nella fertilizzazione e nello sviluppo biologico.
Dal punto di vista chimico i carboidrati sono aldeidi o chetoni a cui sono stati aggiunti vari gruppi ossidrili, solitamente uno per ogni atomo di carbonio che non fa parte del gruppo funzionale aldeidico o chetonico. Le singole unità di carboidrati sono chiamate monosaccaridi. Tra questi ricordiamo il glucosio, il galattosio e il fruttosio. La formula generale di un monosaccaride è (C·H2O)n, dove n è un numero maggiore o uguale a tre; ad ogni modo non tutti i carboidrati si adattano a questa precisa definizione stechiometrica (per esempio gli acidi uronici, i deossizuccheri come il fucosio).
I monosaccaridi possono legarsi tra di loro in moltissimi modi per formare i polisaccaridi o gli oligosaccaridi. Molti carboidrati contengono uno o più unità di monosaccaridi a cui sono stati tolti o aggiunti vari gruppi. Per esempio il deossiribosio, un componente del DNA, è una versione modificata del ribosio.

I carboidrati possono essere classificati come semplici (monosaccaridi e disaccaridi) o complessi (oligosaccaridi e polisaccaridi). Le linee guida per l'alimentazione generalmente consigliano i carboidrati complessi, e alcuni cibi ricchi di carboidrati semplici come la frutta (che contiene glucosio e fruttosio) o i prodotti caseari (che contengono lattosio) come sola fonte di carboidrati nella dieta. Ciò esclude alcune fonti di zuccheri semplici come i dolci o le bevande zuccherate.
L'indice glicemico e il carico glicemico sono concetti sviluppati per analizzare il comportamento del cibo durante la digestione. Questi classificano i cibi ricchi di carboidrati in base alla velocità del loro effetto sul livello di glucosio nel sangue. L'indice insulinico è una classificazione simile, più recente, che classifica il cibo in base al suo effetto sui livelli di insulina nel sangue, causato dal glucosio (o dall'amido) e da alcuni amminoacidi presenti nel cibo. L'indice glicemico è una misura di quanto velocemente il glucosio del cibo viene assorbito, mentre il carico glicemico è una misura del glucosio totale che può essere assorbito dal cibo.
I carboidrati complessi non assimilabili, come la cellulosa, l'emicellulosa e la pectina, sono una importante componente della fibra alimentare.



Classificazione dei monosaccaridi
I monosaccaridi sono classificati in base a tre differenti caratteristiche: la posizione del loro gruppo carbonile, il numero di atomi di carbonio che contengono e la loro chiralità. Se il gruppo carbonilico è aldeidico, il monosaccaride è un aldoso; se il gruppo carbonilico è chetonico, il monosaccaride è un chetoso. I monosaccaridi con tre atomi di carbonio sono chiamati triosi, con quattro sono chiamati tetrosi, con cinque pentosi, con sei esosi e così via. Questi due sistemi di classificazione sono spesso combinati. Per esempio, il glucosio è un aldoesoso, il ribosio è un aldopentoso e il fruttosio è un chetoesoso.
Ogni atomo di carbonio che porta un gruppo ossidrile (-OH), ad eccezione del primo e dell'ultimo carbonio, è asimmetrico, con stereocentri con due possibili configurazioni (R o S). A causa di questa simmetria, esiste un certo numero di isomeri per ogni formula di monosaccaride. Il D-glucosio, per esempio, ha formula (C·H2O)6 e quattro dei suoi sei atomi di carbonio sono stereogeni, rendendo il D-glucosio uno dei 16 possibili stereoisomeri. Nel caso della gliceraldeide, un aldotrioso, c'è una coppia di possibili stereoisomeri, che sono enantiomeri ed epimeri. L'1-3-diidrossiacetone, il chetoso che corrisponde alla gliceraldeide aldosa, è una molecola simmetrica senza stereocentri. La classificazione in D o L è fatta in base all'orientamento del carbonio asimmetrico più lontano dal gruppo carbonilico: in una proiezione di Fischer standard se il gruppo ossidrile è a destra della molecola, lo zucchero ha configurazione D; se è a sinistra lo zucchero ha configurazione L. Gli zuccheri di serie D sono più comuni e pertanto la D spesso viene omessa.


Conformazione
Il gruppo aldeidico o chetonico di una catena lineare di un monosaccaride reagirà reversibilmente con un gruppo ossidrile su un altro atomo di carbonio per formare un semiacetale o un semichetale, formando un anello eterociclico con un ponte ossigeno tra i due atomi di carbonio. Gli anelli con cinque o sei atomi sono chiamati furanosi e piranosi ed esistono in equilibrio con la forma a catena aperta. Durante la conversione dalla forma a catena aperta alla forma ciclica, l'atomo di carbonio contenente l'ossigeno carbonilico, chiamato carbonio anomerico, diventa un centro chirale con due possibili configurazioni: l'atomo di ossigeno può prendere posizione sopra o sotto il piano dell'anello. I due possibili stereoisomeri risultanti sono detti anomeri. Nell'anomero α, l'-OH che sostituisce il carbonio anomerico sta dal lato opposto (trans) dell'anello (secondo CH2OH). La forma alternativa dà l'anomero β. Dato che l'anello e la forma a catena aperta si interconvertono velocemente, entrambi gli anomeri esistono all'equilibrio.


Ruolo biologico
I monosaccaridi sono la più grande risorsa per il metabolismo, dato che vengono usati come fonte di energia. Quando non c'è immediato bisogno di monosaccaridi spesso sono convertiti in forme più vantaggiose per lo spazio, spesso in polisaccaridi. In molti animali, compresi gli umani, questo forma di deposito è il glicogeno, sito nelle cellule del fegato e dei muscoli. Le piante invece utilizzano l'amido.


Oligosaccaridi e polisaccaridi

Gli oligosaccaridi e i polisaccaridi sono composti da lunghe catene di monosaccaridi (monomeri) legati da legami glicosidici. La distinzione tra i due è basata sul numero di monosaccaridi presenti nella catena. Gli oligosaccaridi tipicamente contengono da sette a nove monosaccaridi, mentre i polisaccaridi contengono più di dieci monosaccaridi.I polisaccaridi rappresentano un'importante classe di polimeri biologici. La loro funzione negli organismi vivente è di solito strutturale o di deposito. L'amido (un polimero del glucosio) è utilizzato come polisaccaride di deposito nelle piante, e si trova sia nella forma di amilosio sia in quella ramificata dell'amilopectina. Negli animali, il polimero di glucosio strutturalmente simile è il più densamente ramificato glicogeno, qualche volta chiamato "amido animale". Le proprietà del glicogeno gli permettono di essere metabolizzato più rapidamente, il che si adatta alle vite attive degli animali che si muovono.
I polisaccaridi si suddividono in omopolisaccaridi ( costituiti da tante unità di uno stesso monosaccaride ripetuto più volte) e eteropolisaccaridi (costituiti da tante unità monosaccaridiche diverse). La cellulosa e la chitina sono esempi di polisaccaridi strutturali. La cellulosa è usata nelle pareti cellulari e in altri organismi, e si ritiene che sia la più abbondante molecola organica sulla Terra. Ha molti utilizzi, come un ruolo significativo nell'industria tessile e della carta, ed è usata come materia prima per la produzione del rayon (attraverso il processo viscoso), acetato di cellulosa, celluloide, e nitrocellulosa. La struttura della chitina è simile, ha delle catene laterali che contengono azoto, aumentandone la forza. Si trova negli esoscheletri degli artropodi e nelle pareti cellulari di alcuni funghi. Ha molti usi, tra cui il filo di sutura chirurgico.
Altri polisaccaridi includono il callosio, la laminarina, lo xylano, il mannano, il fucoidano, e il galactomannano.


Nutrimento

I carboidrati sono la più comune fonte di energia negli organismi viventi, e la loro digestione richiede meno acqua di quella delle proteine o dei grassi. Le proteine e i grassi sono componenti strutturali necessari per i tessuti biologici e per le cellule, e sono anche una fonte di energia per la maggior parte degli organismi.
I carboidrati non sono nutrienti essenziali per gli esseri umani: il corpo può ottenere tutta l'energia necessaria da proteine e grassi. Comunque, il cervello e i neuroni in genere non possono consumare direttamente i grassi e hanno bisogno di glucosio da cui ricavare energia: questo glucosio può essere ricavato da alcuni degli amminoacidi presenti nelle proteine e anche dal glicerolo presente nei trigliceridi. I carboidrati forniscono 3.75 kcal per grammo, le proteine 4 kcal per grammo, mentre i grassi forniscono 9 kcal per grammo. Nel caso delle proteine, però, quest'informazione è fuorviante in quanto solo alcuni degli amminoacidi possono essere utilizzati per ricavare energia. Allo stesso modo, negli esseri umani, solo alcuni carboidrati possono fornire energia, tra questi ci sono molti monosaccaridi e alcuni disaccaridi. Anche altri tipi di carboidrati possono essere digeriti, ma solo grazie all'aiuto dei batteri intestinali. I ruminanti e le termiti possono addirittura digerire la cellulosa, che non è digeribile dagli altri organismi.
Tra i cibi ricchi di carboidrati ricordiamo il pane, la pasta, i legumi, le patate, la crusca, il riso e i cereali. La maggior parte di questi cibi sono ricchi di amido.
La FAO (Food and Agriculture Organization) e l'OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) raccomandano di ingerire il 55-75% dell'energia totale dai carboidrati, ma solo il 10% dagli zuccheri semplici.


Catabolismo
Le principali vie metaboliche dei monosaccaridi sono:
La glicolisi: processo attraverso il quale una molecola di glucosio viene trasformata in due molecole di piruvato con un rilascio di energia sotto forma di 2 molecole di ATP e con la riduzione di due molecole di NAD+ a NADH + H+.
Il ciclo di Krebs: processo continuo atto a disorganicare i due carboni presenti nell'Acetil-CoA (risultato dell'azione della piruvato deidrogenasi sul piruvato) in due molecole di anidride carbonica con un rilascio di energia sotto forma di 3 NADH + 3 H+, 1 FADH2 e 1 GTP (facilmente convertibile in ATP tramite l'azione dell'enzima nucleoside difosfato chinasi).
Via del fosfogluconato: processo parallelo alla glicolisi atto a rifornire l'organismo di ribosio-5-fosfato e NADPH.
Gli oligosaccaridi e i polisaccaridi sono prima scissi in monosaccaridi da enzimi detti glicosidasi per poi essere catabolizzati singolarmente. In alcuni casi, come per la cellulosa, il legame glicosidico è particolarmente difficile da scindere e pertanto sono necessari enzimi specifici (in questo caso la cellulasi) senza i quali è impossibile catabolizzare tali zuccheri.



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