Per vivere è indispensabile nutrirsi, Macro e micronutrienti, Le molecole della dieta: gli zuccheri, i grassi e le proteine, L'energia, aliment

1. Per vivere è indispensabile nutrirsi

Il nostro corpo non è diverso, dal punto di vista chimico, da quello degli altri organismi che popolano la biosfera, comprese le piante. È costituito da acqua, sostanze organiche e Sali minerali. L'acqua è la molecola preponderante: nel corpo di un bambino essa può costituire circa il 75% del suo peso, nel corpo di un adulto il 60%. Tolta l'acqua, le sostanza che restano solo per il 95% sostanze organiche come le proteine, i grassi, gli zuccheri e gli acidi nucleici. Ciò che rimane, il 5%, sono Sali minerali. I Sali minerali si trovano in soluzione nei liquidi, come il sangue, oppure, in forma solida, formano le parti dure del corpo come le ossa e i denti. La composizione del nostro corpo, diversa da quella dell'ambiente in cui viviamo, resta costante nel tempo, anche se molti materiali vengono continuamente allontanati sotto forma di cellule morte, di liquidi come l'urina o il sudore, di gas come l'anidride carbonica. Ogni ora il corpo di un adulto perde quasi 10 miliardi di globuli rossi, ogni minuto la parete dello stomaco elimina per l'usura circa mezzo milione di cellule che sono rapidamente sostituite da un numero equivalente di nuove. Anche la pelle elimina continuamente, sotto forma di forfora cellule superficiali morte. Nonostante tutte queste perdite, come può il nostro corpo mantenersi in vita e anche accrescersi? La risposta è semplice: il corpo si mantiene in vita, si accresce, integra le perdite, perché si nutre, ossia introduce continuamente dall'esterno gli alimenti.

Gli alimenti sono sostanze complesse ottenute dal corpo di altri animali o piante. Essi forniscono agli organismi eterotrofi come l'uomo la materia e contemporaneamente l'energia necessarie per accrescersi e mantenersi in vita.

La maggior parte della materia organica contenuta negli alimenti (ossia nei tessuti animali e vegetali di cui ci nutriamo) è costituita da proteine, grassi e zuccheri che sono macromolecole, cioè grandi molecole formate dell'unione di molecole più piccole. L'energia chimica racchiusa nei legami che tengono uniti tra loro gli atomi delle sostanze organiche è la sola sorgente di energia utile per gli animali, dal momento che essi non sono in gradi, come le piante, di sfruttare quella del sola.

2. Macro e micronutrienti

Le proteine, gli zuccheri e i grassi contengono atomi di carbonio (C), idrogeno (H). ossigeno (O) e azoto (N) indispensabili per costruire e mantenere in vita l'organismo. Ogni giorno ingeriamo centinaia di grammi di queste sostanze in quantità e proporzioni variabili secondo il peso, l'età, le attività che svolgiamo e le tradizioni alimentari.

Poiché sono necessarie in grande quantità, queste sostanze sono dette macronutrienti. Esse, anche se in rapporti diversi, sono contenute praticamente in tutti i cibi. Oltre a carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, i macronutrienti contengono anche fosforo (P) e zolfo (S).

Gli alimenti forniscono anche sostanze inorganiche come il sodio, il potassio, il calcio, il ferro, lo zinco, il rame, lo iodio, il magnesio, anch'essi necessari per varie funzioni del corpo, ma in quantità minore, valutabile in milligrammi. Questi elementi sono detti micronutrienti. Altri ancora, come il cromo, il cobalto, il selenio, assunti in quantità piccolissima, solo alcuni microgrammi, sono detti elementi in traccia. I micronutrienti e gli elementi in traccia si trovano nei vegetali (nichel, cromo), nelle carni rosse ( ferro,rame), nel latte (cobalto), nel pesce (iodio, selenio). Il cobalto, lo zinco, il magnesio, il rame sono essenziali per lo svolgimento di reazioni chimiche perché fanno parte di enzimi. Lo iodio entra nella composizione della tiroxina, l'ormone prodotto dalla ghiandola tiroide che controlla vari processi cellulare. Il ferro è contenuto nell'emoglobina, la proteina dei globuli rossi in grado di trasportare l'ossigeno. Anche se ogni minuto perdiamo milioni di globuli rossi, il 90% del ferro in essi contenuto viene riciclato quando essi, ormai vecchi, transitano nel fegato. Il 10%, invece, va perso. Per questo il nostro corpo abbisogna di un apporto di alcuni milligrammi di ferro al giorno. Il calcio, oltre a entrare nella composizione delle ossa, interviene nella concentrazione dei muscoli e nella coagulazione del sangue. Oltre ai macro e micronutrienti, gli alimenti devono fornire le vitamine. Sono molecole di vario tipo, indispensabili in piccolissime quantità per la crescita e il mantenimento della funzioni del corpo.

3. Le molecole della dieta: gli zuccheri, i grassi e le proteine

GLI ZUCCHERI. Le piante sono i grandi produttori di zuccheri. I più diffusi nell'alimentazione sono il saccarosio (un disaccaride) e l'amido (un polisaccaride) che sono contenuti nella canna e nella barbabietola da zucchero, nei semi dei cereali, nelle patate, nelle banane. Dal latte ricaviamo un altro importante zucchero, il lattosio. Saccarosio, amido e lattosio sono zuccheri complessi e, nella digestione, vengono demoliti in zuccheri semplici.

Il più importante zucchero semplice è il glucosio. Il glucosio è utilizzato da tutte le cellule del nostro corpo per ricavare energia attraverso la respirazione cellulare.

L'organo che ne consuma di più è il cervello (120-l40 g al giorno). Pur essendo così importante le cellule non lo accumulano, a parte quelle del fegato e dei muscoli in cui si trova come riserva sotto forma di glicogeno. La cellulosa (un polisaccaride) è lo zucchero più diffuso in natura perché forma la parete delle cellulose vegetali, ma non è utilizzabile dal nostro corpo come nutrimento. L'uomo infatti, come la maggior parte degli organismi, manca dell'enzima cellulasi, che permette di rompere i legami e separare tra loro le molecole di glucosio che la costituiscono. La cellulosa, anche se indigeribile, è tuttavia importante perché costituisce gran parte delle fibre vegetali. Le fibre vegetali aumentano la quantità di scorie dell'intestino, e quindi la massa fecale, favorendo l'evacuazione.

I GRASSI. I grassi, tanto di origine vegetale che animale, sono fonti concentrate di energia chimica. Essi sono sempre presenti là dove ci sono riserve energetiche immagazzinate in poco spazio. Sono contenuti nei semi, nei tessuti adiposi degli animali e nel latte dei mammiferi per nutrire i piccoli nei primi mesi di vita.

La maggior parte dei grassi è costituita da trigliceridi, formati da una molecola di glicerolo e da tre di acidi grassi. I trigliceridi di origine vegetale sono gli oli; quelli di origine animale sono principalmente il burro e lo strutto.

Negli oli gli acidi grassi legati al glicerolo sono prevalentemente insaturi (contengono sia legami semplici che doppi con gli atomi di carbonio); nei grassi di origine animale, gli acidi grassi sono prevalentemente saturi (contengono solo legami semplici). Gli acidi grassi insaturi hanno a parità di atomi di carbonio un minore contenuto di idrogeno. La loro presenza è indispensabile per la costruzione delle membrane cellulari. Colesterolo à grasso di origine animale, non è un trigliceride. Si deposita sulle pareti dei vasi sanguigni, arterie e vene, formando placche che induriscono e che possono ostacolare o anche bloccare il flusso sanguigno. È però fondamentale per l'organismo: insieme con i fosfolipidi forma le membrane delle cellule. Esso è utilizzato anche per la sintesi di molecole simili ma con funzioni completamente diverse: ne sono un esempio gli ormoni sessuali. Per la sua importanza il corpo ne produce da solo ne fegato.

LE PROTEINE. La maggior parte dei composti organici del nostro corpo sono proteine.

Le proteine contenute negli alimenti sono fonti di azoto di cui il corpo abbisogna per la formazione delle proprie proteine. Le proteine hanno un ruolo fondamentale perché intervengono nei processi chimici come enzimi e formano gran parte delle strutture cellulari.

Le proteine di origine animale sono contenute nella carne, nel latte, nelle uova; quelle di origine vegetale particolarmente nelle leguminose come i fagioli, i ceci, la soia. Le proteine sono costituite dalla combinazione di venti amminoacidi disposti in lunghe catene. Di questi venti, 11 sono detti «non essenziali» perché, anche se non sono introdotti con la dieta, il corpo umano stesso li costruisce a partire da altre molecole. Gli altri 9 devono essere necessariamente introdotti con la dieta perché il nostro corpo non è in grado di produrli: per questo essi sono denominati essenziali. Gli amminoacidi essenziali sono contenuti tanto nelle proteine animali quanto in quelle vegetali. Quelle animali li contengono secondo i rapporti più adeguati alle esigenze del nostro organismo. L'apporto giornaliero di proteine  è indispensabile perché il corpo umano non è in grado di accumulare gli amminoacidi.

5. L'energia, alimento invisibile

Noi mangiamo perché il nostro corpo ha "fame" di energia. Ogni organismo ha bisogno di energia per far funzionare il cuore, per far muovere i muscoli, per produrre enzimi, ormoni, per trasportare sostanze attraverso le membrane, per tutto l'incessante lavoro di miliardi di cellule. Gli zuccheri della nostra dieta vengono "bruciati" per ricavare energia. Alcuni cibi, come il saccarosio, sono bruciati completamente nella respirazione cellulare, formando alla fine del processo anidride carbonica, che è eliminata con l'espirazione, e acqua. Anche i grassi e le proteine hanno un valore energetico. Frammenti di grassi e proteine vengono bruciati nella respirazione cellulare. L'unità di misura della quantità di energia è la kilocaloria o kcal. La quantità di energia di cui abbisogna ciascuno di noi dipende dall'età, dal peso, dall'attività svolta e dal sesso. Il consumo di energia che avviene in condizioni di riposo è indicato come metabolismo basale. L'alimento che fornisce l'energia più accessibile è il glucosio. Esso viene depositato nel fegato e nei muscoli come glicogeno. Gli zuccheri in eccesso vengono trasformati in grassi e depositati nel tessuto adiposo.

6. Metabolismo e omeostasi

L'insieme di tutte le reazioni chimiche che avvengono nel corpo è detto metabolismo e comprende le reazioni dell'anabolismo e quelle del catabolismo. Le reazioni anaboliche sono quelle in cui vengono costruite molecole più grandi come le proteine o gli acidi nucleici, con impiego di energia. Con le reazioni dell'anabolismo vengono prodotti gli enzimi e gli altri costituenti cellulari. Le reazioni cataboliche sono quelle in cui le macromolecole come gli zuccheri o le proteine sono demolite e trasformate in molecole più piccole come acqua, anidride carbonica, ammoniaca, con liberazione di energia. I processi metabolici determinano un continuo ricambio dei materiali del corpo. La capacità di un organismo di mantenersi in vita conservando nel tempo le stesse caratteristiche è detta omeostasi. Per suo effetto nella specie umana la composizione del sangue si mantiene costante. Il valore del tasso di glucosio nel sangue è detto glicemia. Il mantenimento della glicemia entro valori costanti è un effetto dell'omeostasi ottenuto principalmente con il concorso di due ormoni prodotti dal pancreas, l'insulina e il glucagone. L'insulina fa abbassare la glicemia, il glucagone la fa alzare.

7. La digestione

Per ricavare il nutrimento dal cibo ingerito, il nostro corpo deve digerire, cioè trasformare gli zuccheri, le proteine e i grassi del cibo in molecole più piccole come glucosio, amminoacidi, acidi grassi e glicerolo, e quindi assorbire queste molecole, cioè introdurle nella circolazione sanguigna e infine nelle cellule.

La digestione e l'assorbimento sono compito dell'apparato digerente che è costituito dal tubo digerente e dalle ghiandole annesse. Il tubo digerente è in comunicazione con l'ambiente esterno mediante la bocca e l'ano.

La digestione avviene mediante processi meccanici e chimici. Con la digestione meccanica le grosse particelle di cibo vengono sminuzzate in frammenti più piccoli che poi sono impastati vigorosamente mediante i movimenti del tubo digerente detti movimenti peristaltici. Questi trattamenti non provocano cambiamenti nella composizione molecolare del cibo, ma hanno la funzione di rendere più rapida ed efficiente la successiva digestione chimica operata dai succhi digestivi prodotti dalle ghiandole dislocate lungo il canale digerente. L'azione chimica dei succhi digestivi è dovuta al contenuto di enzimi che agiscono sul cubo già sminuzzato e lo trasformano in molecole adatte a entrare all'interno delle cellule. Senza questa trasformazione l'assorbimento non sarebbe completo. Nonostante la presenza di enzimi non tutto ciò che viene ingerito è assimilabile. Ciò che non viene assimilato è convogliato verso l'esterno dove viene eliminato sotto forma di feci.

Nell'uomo alla bocca seguono esofago stomaco e intestino. Tutto il canale digerente p rivestito internamente dalla mucosa. Oltre alla mucosa vi sono strati di muscolatura liscia con fibre disposte circolarmente o longitudinalmente le cui contrazione involontarie determinano i movimenti peristaltici che impastano e fanno progredire il cibo. Alcuni muscoli circolari circondano delle aperture, gli sfinteri, che possono essere chiuse o aperte dalle loro contrazioni. Gli organi dell'apparato digerente sono tenuti assieme da una membrana, il peritoneo, che li accoglie e contiene come un sacco.

LA DIGESTIONE NEL PRIMO TRATTO DEL CANALE DIGERENTE. La bocca è la via d'ingresso del canale digerente. Contiene la lingua, riceve dalle ghiandole salivari la saliva e comunica posteriormente con la cavità della faringe. Il cibo è rotto meccanicamente dai denti mentre è in parte demolito chimicamente dalla saliva che è prodotta da tre ghiandole: la parotide, la sottomascellare e la sottolinguale. La saliva è una soluzione acquosa e contiene l'amilasi salivare, un enzima che inizia la demolizione degli amidi in frammenti più piccoli, come il maltosio. Il cibo impregnato di saliva e impastato, forma il bolo, che viene spinto nella faringe da dove viene deglutito. La faringe fa parte anche dell'apparato respiratorio. Durante la deglutizione la respirazione cessa e l'entrata della laringe è coperta dall'epiglottide, in modo che il bolo cada nell'esofago. L'esofago è un tubo lungo anche 30 cm attraversa il diaframma e termina nello stomaco. Il diaframma è il muscolo a forma di cupola che separa la cavità toracica dalla cavità addominale. Nell'esofago il cibo si muove spinto da contrazioni peristaltiche che avanzano come onde restringendo il passaggio al di sopra del bolo e allargandolo al disotto.

LA DIGESTIONE NELLO STOMACO. L'ingresso nello stomaco è controllato dal cardias. Lo stomaco è come un sacco dalla capacità di più di un litro, dalle robuste pareti muscolari. La parte più interna , la mucosa, presenta numerose fossette all'interno delle quali si annidano le ghiandole che, a ogni pasto, producono circa 500 ml di succo gastrico, composto da enzimi, muco e acido cloridrico. L'acido cloridrico dissolve la sostanza cementante posta tra le cellule del cibo, uccide i batteri e rende attivo un enzima secreto dalle ghiandole gastriche, il pepsinogeno. Quando questo è raggiunto dall'acido cloridrico diventa pepsina. Mentre il pepsinogeno è inattivo e non può danneggiare le cellule delle ghiandole che lo producono, la pepsina agisce sui legami peptidici che legano tra loro gli amminoacidi delle proteine. Si formano così piccoli frammenti di proteine, i peptidi, composti da alcuni amminoacidi ancora legati tra di loro. La mucosa dello stomaco è rivestita da una patina di muco, che ha la funzione di proteggere le cellule dai succhi gastrici. La protezione è indispensabile perché essi, così come attaccano e digeriscono gli alimenti, potrebbero attaccare e digerire la parete stessa dello stomaco. La mucosa può essere danneggiata dall'alcol o dall'acido acetilsalicilico; oppure il muco può venire prodotto in quantità insufficiente. Quando ciò si verifica, gli enzimi e l'acido cloridrico iniziano a «digerire» lo stomaco: si forma una lesione chiamata ulcera peptica. Lo stomaco ha funzione di dissolvimento e digestione, ma in genere non di assorbimento. Alcune sostanze come l'acqua, le vitamine, l'aspirina, il glucosio e l'alcol possono essere assorbite nello stomaco senza arrivare nell'intestino. Ciò avviene perché le loro molecole passano direttamente nel sangue che scorre nei vasi delle pareti dello stomaco. Il contenuto dello stomaco, quando esce per entrare nell'intestino, è un poltiglia semi-solida, il chimo.

LA DIGESTIONE NELL'INTESTINO. L'intestino si distingue in intestino tenue, lungo e sottile, e intestino crasso, più corto, con un diametro maggiore e con una superficie solcata da profonde pieghe. Nell'intestino tenue si completa la digestione chimica e ha luogo l'assorbimento del materiale digerito. Al fine di massimizzare l'area disponibile per queste funzioni, l'intestino tenue è estremamente lungo ed è altamente ripiegato. È diviso in tre sezioni: duodeno, digiuno e ileo. Il duodeno è la porzione dell'intestino e dell'intero apparato digerente che sostiene la maggior parte della digestione chimica. Le trasformazioni avvengono per opera del succo enterico, secreto dalle ghiandole situate nella mucosa del duodeno, del succo pancreatico, prodotto dal pancreas, e dalla bile, prodotta dal fegato. Il succo pancreatico è prodotto dal pancreas, un organo di forma allungata situato vicino al punto in cui lo stomaco comunica con l'intestino. In esso vi sono due distinti raggruppamenti di cellule. In uno viene prodotto il succo pancreatico che con un condotto, il dotto pancreatico, viene convogliato nell'intestino. Nell'altro le cellule formano dei piccoli ammassi, detti isole di Langherans, in cui sono prodotti ormoni, come l'insulina, che sono riversati nel sangue. I succhi enterico e pancreatico contengono numerosi enzimi, muco e Sali, tra cui il bicarbonato che ha la funzione di neutralizzare il pH acido del chimo, riportandolo vicino alla neutralità. Gli enzimi del succo enterico e pancreatico agiscono su zuccheri, proteine, grassi e acidi nucleici demolendoli in molecole più piccole. L'amilasi per la digestione dell'amido; la lipasi per la digestione dei grassi; la tripsina per la digestione delle proteine. La digestione dei grassi è operata dagli enzimi ma resa possibile dalla bile. La bile è un liquido giallo-verde che viene immagazzinato in una piccola ampolla annessa al fegato, la cistifellea, che spruzza il contenuto del pasto, mediante un condotto, il coledoco, nell'intestino. I Sali biliari hanno una struttura simile a quella dei detergenti, con una estremità idrosolubile e una liposolubile. Il loro ruolo è di emulsionare i grassi, ossia dividere le grosse gocce di grasso in numerose goccioline più piccole che restano separate le une dalle altre. Nell'intestino, per l'azione chimica dei succhi digestivi e per quella meccanica dei movimenti peristaltici, il chimo proveniente dallo stomaco viene trasformato in un liquido lattescente, il chilo, che contiene in soluzione molecole piccole che possono attraversare la parete intestinale. Gli amidi che in bocca erano già stati intaccati dall'amilasi salivare sono completamente demolite in amminoacidi. Le lunghe catene di amminoacidi delle proteine, già ridotte nello stomaco in peptidi, sono completamente demolite in amminoacidi. Anche gli acidi nucleici sono decomposti nei nucleotidi che li costituiscono, i grassi sono demoliti in glicerina e acidi grassi.

8. L'assorbimento

È l'ultima fase della digestione. Gran parte dell'assorbimento ha luogo attraverso le pareti del digiuno e dell'ileo.

L'assorbimento è il passaggio nel sangue delle sostanze ottenute dalla digestione delle macromolecole contenute negli alimenti: principalmente glucosio, amminoacidi, glicerolo e acidi grassi, vitamine e Sali minerali.

Per aumentare la superficie di assorbimento, le pareti dell'intestino tenue sono tutte sollevate in pieghe ricoperte da migliaia di sottili estroflessioni a forma di dito, i villi. Ognuno è lungo circa 1mm: ce ne sono circa 3000 ogni cm quadrato. La superficie di ogni villo è ulteriormente aumentata perché le cellule che lo formano hanno la loro stessa membrana sollevata in migliaia di microvilli. Le molecole passano attraverso la membrana dei microvilli. Ogni villo è percorso all'interno da una rete di capillari in cui scorre il sangue e qui, nel sangue, si riversano il glucosio, gli amminoacidi, i Sali e le vitamine. I capillari intestinali convergono infine nella vena porta epatica, che entra nel fegato. Invece, dopo aver superato la membrana dei microvilli, il glicerolo e gli acidi grassi si riuniscono e formano di nuovo i trigliceridi, che vanno a finire in un piccolo condotto, un vaso linfatico in cui scorre la linfa. Ha una composizione simile al sangue, ma senza globuli rossi. Essa scorre in un sistema di tubicini, i vasi linfatici. Dopo un certo percorso i vasi linfatici confluiscono in un unico condotto che termina nel torrente circolatorio. La linfa li unisce quindi al sangue.

Nel sangue arrivano tutte le molecole provenienti dalla digestione del cibo.

Il contenuto intestinale prosegue il suo cammino nell'intestino crasso, lungo 1,5-2 m. il primo tratto, a forma di sacca, è detto il cieco perché porta un estroflessioni vermiforme, l'appendice. Al cieco segue il colon, percorso trasversalmente da solchi e dotato di una forte muscolatura. Il colon termina con il retto, che sbocca all'esterno con un muscolo sfintere, l'ano. Nell'intestino crasso le ghiandole della mucosa producono solo muco non enzimi. Nel crasso avviene il riassorbimento dell'acqua e dei Sali minerali, e l'eliminazione con le feci del cibo non digerito.

9. Il fegato, un laboratorio chimico

Le molecole giunte nel sangue attraverso i villi intestinali, prima di raggiungere le cellule devono passare attraverso il fegato. Ha una massa di 1,5 kg con funzioni ghiandolari del corpo. È capace di ricrescere se viene danneggiato. Per la sua grande attività vi arriva, dal cuore, l'arteria epatica, ricca di sangue ossigenato, vi arriva inoltre dall'intestino la vena porta, il cui sangue è ricco dei prodotti della digestione che sono stati assorbiti. Quando la vena porta si ramifica in minuti capillari, le piccole molecole provenienti dalla digestione escono facilmente dalle pareti e si disperdono nel labirinto cellula - STRUTTURA DELLE CELLULE EUCARIOTE" class="text">delle cellule epatiche dove subiscono delle trasformazioni. I prodotti delle trasformazioni chimiche vanno a finire in una nuova rete di capillari che formano la vena epatica, che esce dal fegato. La vena epatica sbocca nella vena cava inferiore. Le molecole del cibo, demolite nell'intestino e ulteriormente trasformate nel fegato, giungono nel torrente circolatorio che provvederà alla loro distribuzione a tutte le cellule del corpo. L fegato svolge anche funzioni non digestive:

• Nei processi di disintossicazione e quindi nel rendere inoffensive sostanze dannose come alcool e droghe;
• Nell'immagazzinamento delle vitamine solubili nei grassi, A, D e K;
• Nella distruzione dell'emoglobina dei globuli rossi e successivo recupero e immagazzinamento degli atomi di ferro da esse provenienti;
• Nel metabolismo degli zuccheri e delle proteine.

Il fegato regola il metabolismo degli zuccheri e la quantità di glucosio del sangue, sia depositandolo come glicogeno che ritrasformando, secondo il bisogno, il glicogeno in glucosio. Produce inoltre nuovo glucosio da grassi e proteine. Il fegato controlla anche il metabolismo delle proteine. Se quelle introdotte con gli alimenti sono in eccesso rispetto al fabbisogno, gli amminoacidi che le compongono sono qui demoliti. Il gruppo amminico dell'aminoacido, staccato dal resto della molecola nel processo di deamminazione, viene trasformato in urea, che è eliminata dai reni con l'urina. Il resto della molecola viene inserito dal metabolismo negli zuccheri.