BIOCHIMICA NUTRIZIONALE

1. BIOCHIMICA NUTRIZIONALE Scuola di Specializzazione in Alimentazione Animale

2. TERMINOLOGIA • Scienza dell’alimentazione • studia gli aspetti relativi alla composizione degli alimenti e alla loro validità nutrizionale ed è in grado di indicare le scelte più idonee a soddisfare i fabbisogni nutrizionali • Scienza della nutrizione • studia gli aspetti relativi all’impatto dei nutrienti sulle componenti strutturali e funzionali dell’organismo ed è in grado di determinare i fabbisogni nutrizionali BIOCHIMICA DELLA NUTRIZIONE

3. NUTRIZIONE =Utilizzazione degli alimenti da parte degli esseri viventi Processi biochimici Uomo Animali di interesse zootecnico Nutrizione ottimale Ipernutrizione Denutrizione Fabbisogno alimentare qualitativo e quantitativo per mantenere un buono stato di salute ( migliore produttività)

4. IMPORTANZA DELLA NUTRIZIONE • Salute • Performance • Prevenzione di malattie • Produttività • Longevità

5. NURIZIONE E SALUTE STATO DI NUTRIZIONE Composizione corporea Funzionalità corporea Bilancio energetico STATO DI SALUTE

6. APPROCCIO ALLA NUTRIZIONE • Valutazione dello stato di nutrizione • Determinazione dei fabbisogni nutrizionali • Valutazione della biodisponibilità dei nutrienti • Relazioni tra nutrienti e metabolismo

7. FABBISOGNI NUTRIZIONALI ESSENZIALI 1Necessaria per i neonati e probabilmente nei bambini e negli adulti; 2Può essere in parte essenziale nei neonati; 3Cisteina, tirosina e acido arachidonico permettono di ridurre il fabbisogno di metionina, fenilalanina e acido linoleico. 4Non è chiaro se l’acido a-linolenico sia essenziale nella dieta umana; 5Sintetizzata dai microrganismi intestinali; fabbisogno alimentare incerto; 6 L’esposizione della pelle alla luce solare ne riduce il fabbisogno alimentare.

8. Proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici Vie anaboliche Digestione Assorbimento Molecole alimentari Molecole semplici Vie anfiboliche Altri processi endoergonici 2H ~ P O2 Vie cataboliche CO2 + H2O LE PIÙ IMPORTANTI VIE METABOLICHE Le vie cataboliche rilasciano energia libera sotto forma di equivalenti riducenti (2H) o fosfato ad alta energia (P) per potenziare le vie anaboliche. Le vie anfiboliche collegano le altre due vie.

9. FABBISOGNO ENERGETICO Apporto di energia, di origine alimentare, necessario a compensare il dispendio energetico (trasferimento di energia da un organismo all’ambiente esterno) Metabolismo basale + Termogenesi indotta dalla dieta + Attività fisica = DISPENDIO ENERGETICO TOTALE

10. Unità di misura dell’energia Kilocaloria (kcal) Quantità di calore necessaria per elevare da 14,5°C a 15,5°C 1 kg di acqua Kilojoule (KJ) Forza costante che imprime ad 1 Kg l’accelerazione di 1 m/s2 per lo spostamento di 1 m nella direzione e nel senso della forza 1 kcal: 4,186 kJ; 1 kJ: 0,2388 kcal

11. CALORI DI COMBUSTIONE ED ENERGIA FORNITA DALLE PRINCIPALI FONTI ALIMENTARI NELL’UOMO 1 I fattori di conversione sono ottenuti arrotondando i calori di combustione e correggendo i valori ottenuti con la stima relativa all’efficienza di assorbimento. 2 L’ossidazione delle proteine è corretta tenendo conto delle perdite di gruppi amminici eliminati sotto forma di urea con le urine.

12. FATTORI DA CUI DIPENDE LA SPESA ENERGETICA • Superficie corporea (altezza, peso), età (accrescimento, % fibra muscolare), sesso Metabolismo Basale (MB) = spesa energetica necessaria per alimentare le funzioni biologiche di base in condizioni standard • Effetto termogenetico = spesa energetica legata alla digestione ed agli effetti biochimici di stimolazione del metabolismo legati all’assunzione di nuovi substrati • Attività fisica • Temperatura dell’ambiente

13. METABOLISMO BASALE (MB) Quantità di energia utilizzata da un individuo a riposo, a T.A. costante (+20°C), a digiuno da 12-24 h, in condizioni di rilassamento fisico e psicologico • Fattori che influenzano il METABOLISMO BASALE (MB) • Età, sesso, composizione corporea, temperatura corporea, temperatura ambientale, stato nutrizionale, situazione ormonale, assunzione di farmaci

14. Termogenesi indotta dalla dieta (TID) Incremento del dispendio energetico in risposta all’assunzione di alimenti Termogenesi obbligatoria: 75% (digestione, assorbimento, trasporto e metabolismo). Varia in funzione della qualità dei nutrienti ingeriti Termogenesi facoltativa: 25% (attivazione del sistema nervoso simpatico mediata dall’insulina, dall’assunzione di sostanze tossiche)

15. Metodi di valutazione dello stato di nutrizione • Diretti: • antropometrici (valutazione composizione corporea) • biochimici • clinici • Indiretti: • rilevazione dei consumi alimentari

16. Metodi antropometrici Peso, statura, circonferenza arti, grasso sottocutaneo Metodi antropometrici: peso corporeo BMI Body Mass Index o IMC Indice di Massa Corporea Peso in Kg (Statura in m)2

17. Indici biochimici • Test chimico-clinici: glicemia, azotemia, colesterolemia, trigliceridemia • Bilanci metabolici: bilancio d’azoto • Indicatori di nutrienti: transferrina, attività di enzimi vitamino-dipendenti

18. FABBISOGNO DIETETICO GIORNALIERO RACCOMANDATO PER UN APPORTO ENERGETICO OTTIMALE

19. BILANCIO ENERGETICO • Se la quantità di energia introdotta con gli alimenti è in eccesso rispetto ai bisogni, tale eccesso è accumulato nell’organismo sottoforma di tessuto adiposo (acquisto di peso) • Se la quantità di energia introdotta è in difetto rispetto ai bisogni, sarà il tessuto adiposo a fornire la quota mancante (perdita di peso)

20. NUTRIENTI Sostanze specifiche che devono essere assunte in quantità sufficienti per soddisfare i fabbisogni dell’organismo Nutrienti essenziali:non possono essere sintetizzati dall’organismo Nutrienti non essenziali: possono essere sintetizzati dall’organismo

21. CATEGORIE DEI NUTRIENTI • Acqua • Carboidrati • Proteine • Lipidi • Vitamine • Minerali

22. ACQUA Composto più diffuso in natura; costituisce circa il 70% del peso corporeo. Coinvolta in una serie di funzioni: • solvente per numerose sostanze chimiche • regola la temperatura corporea ed il volume cellulare • permette il trasporta di nutrienti e l’eliminazione di scorie metaboliche • favorisce i processi digestivi • è fonte di sali minerali

23. CARBOIDRATI • Risorsa energetica • Età • Crescita • Specie • Sesso • Livello di attività • Stato riproduttivo • Condizioni di malattia

24. CARBOIDRATI • Forniscono l’energia per la crescita, la riproduzione e altre funzioni • Costituiti da C, O e H • Comprendono zuccheri semplici e complessi • Contengono elevate quantità di fibre (importanti per la digestione)

25. CARBOIDRATI • Monosaccaridi:singola unità poliossidrilica aldeidica o chetonica • Oligosaccaridi:corte catene di unità monosaccaridiche unite da legami glicosidici • Polisaccaridi:lunghe catene lineari o ramificate costituite da centinaia o migliaia di unità monosaccaridiche unite da legami glicosidici

26. MONOSACCARIDI

27. DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DEI CARBOIDRATI • Inizia nella bocca • enzimi salivari e pancreatici • disaccaridi e trisaccaridi • enzimi dell’orletto a spazzola • monosaccaridi • L’assorbimento dei monosaccaridi avviene attraverso l’epitelio intestinale

28. DIGESTIONE ENZIMOLOGICA DEI CARBOIDRATI • Solo alcuni tipi di carboidrati possono essere idrolizzati da enzimi intestinali • a-(1,4) glu-glu amilosio, amilopectina, isomaltosio, maltosio • a-(1,2) glu-fru saccarosio • a-(1,6) glu-glu amilopectina (ramificazione) • a-(1,4) gal-glu lattosio • I prodotti finali assorbiti sono: glucosio, fruttosio e galattosio

29. AMILASI SALIVARE L’a-amilasi salivare (endoamilasi). Taglia i legami a-(1,4 glicosidici) solo all’interno della catena. Viene inattivata nello stomaco Non è secreta nei gatti, cani, uccelli e cavalli La b-amilasi (esoamilasi). Assente negli animali, presente nelle piante e nei microrganismi

30. DIGESTIONE • Bocca – amilasi salivare : a-1,4 endoglicosidasi G G G adestrina limite G G G G G G G G G G G G amilasi G G G G G Legame a 1-6 G G G G maltotrioso G G Legame a 1-4 G G G G G G maltosio G G isomaltosio

31. PICCOLO INTESTINO • Enzimi pancreatici a-amilasi maltotrioso maltosio + G G G G G G G G G G a-amilasi amilosio G G G G G G G G G G G G G G G G G amilopectina a-destrine limite

32. a-destrina limite G G G G glucosio G G G G G G maltasi G glucoamilasi (maltasi) o a-destrinasi G G G a-destrinasi G G G G G G G G G G G DIGESTIONE DI OLIGOSACCARIDI • Maltasi • Lattasi • Saccarasi

33. ASSORBIMENTO DEI CARBOIDRATI Il glucosio è assorbito dagli enterociti e attraverso la vena porta viene trasportato al fegato. apicale basolaterale

34. TRASPORTO DEI CARBOIDRATI

36. CARBOIDRATI • Fonte primaria di energia in tutte le cellule Glucosio Citosol - anaerobico esochinasi Glc-1- phosphate via del pentoso-fosfato Glucosio-6-P glicolisi Glicogeno Piruvato

37. citosol Piruvato mitocondri (aerobico) Acetil CoA Acidi grassi Ciclo di Krebs Equivalenti riducenti Amminoacidi Fosforilazione ossidativa (ATP)

38. No mitochondria Glucose Glucose Glucose Glucose Glycogen Lactate The Full Monty

39. SINTESI DEL GLICOGENO

40. METABOLISMO DEI CARBOIDRATI Utilizzo-Specificità tissutale • Muscolo-cardiaco e scheletrico • Ossidazione del glucosio/Sintesi e conservazione del glicogeno • Glicogenolisi • Tessuto adiposo e fegato • Glucosio acetil CoA • Glucosio a glicerolo per la sintesi dei trigliceridi • Il fegato rilascia il glucosio per altri tessuti • Sistema nervoso • Sempre glucosio • Ghiandola mammaria • Lattosio • Globuli rossi Assenza di mitocondri • Ossidano il glucosio a lattato • Il lattato ritorna al fegato per la gluconeogenesi

41. REGOLAZIONE DEI LIVELLI DI GLUCOSIO NEL SANGUE • Iperglicemia • Ipoglicemia Organi che controllano i livelli di glucosio nel sangue • Fegato • Pancreas (insulina e glucagone)

42. ORMONI COINVOLTI NELL’ OMEOSTASI DEL GLUCOSIO L’omeostasi del glucosio è un processo complesso che interessa quattro ormoni essenziali: 1. INSULINA → ipoglicemizzante agisce nella normale alimentazione. 2. GLUCAGONE → iperglicemizzante agisce in stato di digiuno. 3. CORTISOLO → agisce in situazioni di stress prolungato. 4. ADRENALINA → agisce in situazioni di stress improvviso.

43. Carboidrati Glucosio Glucosio Riserve di glicogeno Glicogenolisi Glucosio Gluconeogenesi Glucosio Fruttosio Galattosio Lattato Glucosio Amminoacidi Riserve di glicogeno Glucosio Glicerolo Riserve di trigliceridi Omeostasi del glucosio

45. Insulina e glucagone iperglicemia secrezione di ormoni gastroenterici bassa glicemia isole di Langerhans cellule α (glucagone) cellule β (insulina) glucagone insulina

46. NH2 COOH NH2 COO S----S S S S S Insulina catena A catena B • ormone ipoglicemizzante • polipeptide di 51 aa (PM 5.808) • costituito da due catene lineari di aa, A e B, legate da due ponti disolfuro fra 4 molecole di cisteina, in posizione 7 e 20 nella catena A e 7 e 19 nella catena B. • un ponte disolfuro è disposto tra due molecole di cisteina in posizione 6 e 11 • nella catena A • la catena A è composta da 21 aa, la catena B da 30 aa

47. Insulina • Ormone che influenza i livelli di glucosio ematico • Sintetizzata dalle cellule beta delle isole di Langerhans del pancreas • Agisce attaverso recettori di membrana e i principali tessuti bersaglio sono: fegato, muscolo e tessuto adiposo • Effetti dell’insulina opposti a quelli di glucagone, adrenalina, glucocorticoidi e ormone della crescita.

48. Biosintesi dell’insulina: coinvolti due precursori inattivi la pre-proinsulina e la proinsulina, che vengono scissi in tappe successive, formando l’ormone attivo ed il peptide C (indispensabile per il corretto ripiegamento della proinsulina). L’emivita plasmatica dell’insulina è breve (~ 6 min.); ciò permette la rapida variazione del livello dell’ormone in circolo.

50. Meccanismo di rilascio dell’insulina