Le unità fondamentali dei carboidrati sono i monosaccaridi. La caratteristica dei monosaccaridi è il fatto di essere isomeri, cioè sono molecole che possono presentare lo stesso numero di elementi ma con disposizione diversa, determinando molecole differenti. L’isomeria nei monosaccaridi è determinata dalla capacità del Carbonio di costituire una forma tetraedrica costituita da 4 legami semplici. In questo caso per differenziare e riconoscere il tipo di isomero, viene adottata la conversione di Fisher, la quale intende confrontare l’isomero con la Gliceraldeide, che sarebbe lo zucchero più semplice, dove, se il carbonio chirale è legato a destra con un gruppo ossidrile, viene classificato come D (D-Gliceraldeide), mentre se il gruppo ossidrile è posizionato a sinistra del carbonio chirale, viene classificato come L (L-Gliceraldeide). In acqua i monosaccaridi perdono la loro struttura lineare per acquisire quella ciclica. I monosaccaridi con 5 o 6 C, in soluzione acquosa tendono a dare una reazione di ciclizzazione intramolecolare. Per effetto della ciclizzazione, il primo atomo di carbonio della catena diventa asimmetrico. Si formano così 2 nuovi isomeri, detti anomeri e indicati come α e β. La differenza tra l’anomero α e β, sta nella posizione del gruppo ossidrile (OH) legato al carbonio in posizione 1. Nell’anomero α il gruppo OH si trova al di sotto di tale piano, mentre nell’anomero β si trova al di sopra. La disposizione degli elementi costituenti una molecola, ha una grande importanza a livello biologico, in quanto una certa disposizione della molecola può essere riconosciuta, o meno, dal nostro metabolismo. Per quanto riguarda i carboidrati, ad esempio l’esistenza delle due forme anomeriche α e β del D-glucosio, è un particolare di grande importanza biologica. Innanzitutto si deve tenere presente che solo il D-glucosio può essere utilizzato dagli esseri viventi. Il nostro organismo riconosce solo l’anomero α, cioè il costituente dell’amido e del glicogeno e rappresenta quindi il combustibile più importante da cui gli organismi (piante comprese) possono trarre energia. L’anomero β è il costituente della cellulosa e non può essere usato da organismi animali, ad eccezione degli erbivori che possiedono nel rumine (uno dei 3 pre-stomaci) batteri in grado di trasformarlo nella forma α. Differiscono tra loro per la diversa disposizione dei loro elementi:
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GLUCOSIO: C6 H12 O6, è un aldoso che si trova in grandi quantità in tutto il mondo vivente ed è utilizzato da tutte le cellule animali ed è la fonte energetica principale del tessuto nervoso ed eritrociti.
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GALATTOSIO: si diversifica da glucosio per diversa configurazione sul Carbonio 4, può essere prodotto dal glucosio 1-fosfato, andare a costituire il lattosio, oppure andare a costituire glicolipidi, glicoproteine, fosfolipidi.
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FRUTTOSIO: è un cheto esoso, isomero del glucosio. È contenuto in grandi quantità nella frutta, miele, sciroppo di granoturco. Il fruttosio rispetto al saccarosio ha un potere dolcificante maggiore.
Altri derivanti degli zuccheri si possono ottenere per ossidazione di un gruppo OH, producendo così un gruppo acido, ad esempio l’acido ascorbico (vitamina C), sintetizzata dalle piante, da molti animali, ma non l’uomo. Due monosaccaridi (disaccaridi), possono reagire per formare un legame covalente tra C anomerico di un monosaccaride e gruppo OH dell’altro, con perdita di una molecola di acqua. Quando si legano da 2 a 8 Monosaccaridi, si parlerà di oligosaccaride. Quando i monosaccaridi sono maggiori di 8 si parlerà di polisaccaridi.
DISACCARIDI
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MALTOSIO, formato da: alfa-glucosio, alfa-glucosio, il legame glicosidico si viene a costituire tra C1 di un glucosio e C4 dell’altro. Esso è contenuto nella birra – cereali – germogli. È anche il prodotto di idrolisi enzimatica dell’amido.
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SACCAROSIO, è il più abbondante nel regno vegetale, formato da alfa-glucosio e beta-fruttosio. Si trova in: zucchero, barbabietola, miele.
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LATTOSIO, formato da beta-galattosio e alfa-glucosio, è presente nel latte, ma può essere prodotto anche artificialmente. È il meno dolce dei disaccaridi. Il lattosio va ad essere scisso nell’intestino grazie alla presenza dell’enzima lattasi contenuto nei villi intestinali, la sua mancanza provoca intolleranza.
POLISACCARIDI
Si possono dividere in due tipi:
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Omo-polisaccaridi: formati da una serie di monosaccaridi tutti dello stesso tipo;
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Etero-polisaccaridi: una serie di monosaccaridi diversi tra loro.
Le catene di polisaccaridi possono essere sia lineari che ramificate.
I più importanti sono:
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AMIDO, formato da sequenza di glucosio. Forma di accumulo di glucosio da parte delle piante. Si trova in: semi, cereali, legumi, patate, radici. È costituito da:
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Amilosio: costituito da una sequenza lineare di glucosio, i cui legame tra le unità, sono del tipo α (1,4).
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Amilopectina: costituita da sequenza ramificata di glucosio, i cui legami sono del tipo α (1,6). Proprio la sequenza ramificata è responsabile della forma granulare. Inoltre l’amilopectina è presente in quantità maggiore rispetto all’amilosio. Gli amidi che presentano una concentrazione maggiore di amilopectina e risultano più digeribili e assorbibili, in quanto l’amilopectina, grazie alle sue ramificazioni, mette a disposizione dell’amilasi una quantità maggiore di estremità riducenti sulle quali agire.
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GLICOGENO, rappresenta la forma di immagazzinamento di glucosio nel corpo umano, ed è presente con una quantità di: 250g muscolo – 100g fegato. È un polimero altamente ramificato (più dell’amido), in seguito alla maggior presenza di legami glicosidici α (1,6). Il motivo per cui il glucosio è conservato sotto forma di glicogeno e non nella forma libera, è dato dal fatto che in questo modo viene ad essere mantenuta costante la pressione osmotica intracellulare, che altrimenti in presenza di glucosio libero, aumenterebbe, fino alla lisi (rottura) della cellula.
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CELLULOSA , presente nelle piante con funzione strutturale. È costituito da ripetizioni di glucosio con legame β (1,4) organizzato in struttura lineare a formare fibre. Tale anomero in configurazione β, non può essere utilizzato dal nostro organismo in quanto non riconosciuto da nessun enzima. Infatti non presentiamo l’enzima β-glicosidasi ma solo enzima α-glicosidasi.
FABBISOGNO GIORNALIERO
In generale l’apporto energetico deve mantenere un bilancio corretto: le kcal introdotte con la dieta devono essere pari alla quantità di energia spesa. Stabilire il fabbisogno energetico giornaliero di ogni persona non è facile, poiché ogni soggetto differisce in base a caratteristiche genetiche, metaboliche, stile di vita. In particolar modo, per poter definire il fabbisogno energetico di un individuo, bisogna tenere in considerazioni per quali aspetti il nostro organismo utilizza energia: mantenere metabolismo basale, produzione di calore a partire dal cibo, attività fisica. L’energia può essere ricavata da diversi nutrienti: carboidrati, grassi, proteine. Ma ogni gruppo di questi nutrienti svolge altre funzioni oltre a quella energetica e oltretutto, la funzione energetica viene ad essere svolta maggiormente da un gruppo di nutrienti rispetto agli altri (45,60% dell’energia totale deriva da carboidrati, il 25% dai lipidi e il 10% dalle proteine). Di conseguenza la ripartizione del fabbisogno energetico non è equamente distribuito per ogni categoria di nutrienti, ma ognuna presenterà un proprio LARN (livello di assunzione raccomandato di nutriente).
I carboidrati rappresentano il nutriente dal quale proviene più energia. Nonostante rappresenti la fonte principale di energia, le regole per la sua assunzione non risultano severe come quelle di altri nutrienti, in quanto l’organismo è in grado di rigenerare glucosio (gluconeogenesi). Tuttavia, una sua carenza prolungata porta allo sviluppo di condizioni non favorevoli per il nostro organismo.
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Carenza di glucidi: l’assenza di carboidrati e la loro sintesi a partire da altri precursori, non risulta sufficiente a soddisfare il fabbisogno energetico quotidiano, per tale motivo il metabolismo energetico tende a produrre energia a partire da altri nutrienti come proteine e lipidi. Le proteine svolgono principalmente un ruolo “strutturale”, di conseguenza la deplezione di proteine muscolari comporta una quantità insufficiente per svolgere la funzione strutturale. L’utilizzo prolungato di lipidi e la simultanea attivazione del meccanismo gluconeogenetico (responsabile del rallentamento del ciclo di krebs), comporta un accumulo di Acetil CoA e l’attivazione di una via metabolica di energia di riserva, la chetoneogenesi. Tale via, converte l’Acetil CoA in corpi chetonici, una forma molecolare energetica che può essere esportata in altri tessuti e utilizzata per ricavare energia, evitando così un rallentamento della beta-ossidazione e quindi la possibilità di continuare a ricavare energia da lipidi, nonostante il rallentamento del ciclo di Krebs, imposto dalla gluconeogenesi. L’aspetto negativo della produzione di corpi chetonici riguarda il fatto che, una loro produzione in quantità maggiori rispetto alle capacità degli organi di utilizzarli, comporta un loro accumulo nel sangue (chetosi) ed essendo composti acidi, tendono a liberare H+ con conseguente abbassamento pH ematico andando incontro ad acidosi.
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Eccesso di glucidi: l’eccesso di carboidrati viene ad essere convertito in acidi grassi ed immagazzinati sotto forma di trigliceridi, determinando come effetto un aumento dei trigliceridi, un abbassamento di HDL e come conseguenza un aumento di rischio coronarico. È consigliabile che l’assunzione di carboidrati sia sotto forma di amido invece che di zuccheri solubili (quali glucosio, fruttosio, saccarosio), in quanto quest’ultimi sembrano essere correlati ad una maggiore insorgenza diabete e carie dentaria. Cibi ricchi di amido sono: pane, pasta, cereali, legumi.
I GLUCIDI NELL’ESERCIZIO FISICO
All’interno del muscolo è presente glucosio immagazzinato sotto forma di glicogeno muscolare. Tale riserva può essere immagazzinata con una limitata quantità (non come gli acidi grassi). Nello svolgimento di tutte le attività fisiche il glucosio rappresenta il combustibile d’eccellenza per ricavare energia, la cui deplezione può variare a seconda del tipo di attività, ed essere sostituito in parte dall’utilizzo di lipidi: per attività intense e di breve durata (attività anaerobiche). Una volta che il glicogeno muscolare si è esaurito (ciò può avvenire anche nel giro di 60 secondi) si ha l’impedimento nel continuare l’attività svolta a quella intensità. Il corpo ha bisogno di recupero per poter ristabilire le proprie riserve di glicogeno. Le piene riserve vanno ad essere ristabilite dopo almeno 24 ore. Dunque, in un soggetto che compie attività fisica, per permettere il ripristino del glicogeno muscolare, sarà importante una elevata quantità di carboidrati.
