Digestione dei Carboidrati: Un Approfondimento

I carboidrati, noti anche come glucidi, saccaridi o zuccheri, sono composti chimici formati da carbonio, idrogeno e ossigeno. La loro struttura molecolare è (CH2O)n, e si trovano principalmente in alimenti di origine vegetale. In media, forniscono 4 kcalorie per grammo, tuttavia il loro valore energetico può variare a seconda del tipo di carboidrato, ad esempio 3,74 calorie per grammo per il glucosio e 4,2 calorie per grammo per l’amido. Una piccola percentuale di queste calorie viene utilizzata dall’organismo per i processi di digestione e assorbimento.

Classificazione dei Carboidrati

In base alla loro struttura chimica diversificata, i carboidrati possono essere classificati come carboidrati semplici o complessi.

Carboidrati Semplici

I carboidrati semplici comprendono i monosaccaridi, i disaccaridi e gli oligosaccaridi.

Monosaccaridi

I monosaccaridi, noti anche come zuccheri semplici, sono composti organici costituiti da carbonio, idrogeno ed ossigeno. Essi sono un tipo di carboidrato che non può essere scisso tramite idrolisi. Queste molecole vengono prodotte dagli organismi autotrofi mediante la fotosintesi clorofilliana e poi assunti dagli animali, sia direttamente che indirettamente attraverso le piante. I monosaccaridi possono essere classificati in base al tipo di gruppo carbonilico che può essere aldeidico o chetonico, ed al numero di atomi di carbonio contenuti nella molecola, che può variare da 3 a 7. Di seguito riportiamo i monosaccaridi più comuni: glucosio, fruttosio, galattosio e ribosio.

• Glucosio: È uno dei principali carboidrati presenti negli alimenti, sia in forma libera che come componente di polisaccaridi. Il glucosio è la forma in cui devono essere trasformati gli altri zuccheri per poter essere utilizzati dal nostro organismo. L’indice glicemico del glucosio è 100, il valore massimo utilizzato per la valutazione dell’effetto dei carboidrati sulla glicemia.
• Fruttosio: È un monosaccaride presente in abbondanza in alcuni alimenti come frutta e miele. Questo monosaccaride viene assorbito nella porzione anatomica del piccolo intestino e successivamente viene metabolizzato dal fegato, dove viene trasformato in glucosio. L’indice glicemico del fruttosio è abbastanza basso, pari a 23, il che significa che ha un effetto limitato sui livelli di zucchero nel sangue rispetto ad altri carboidrati.
• Galattosio: È uno zucchero a base di lattosio, che si trova presente naturalmente in alimenti quali il latte ed i prodotti lattiero-caseari. A causa della sua struttura chimica, alcune persone sono carenti di un enzima chiamato galattosio-1-fosfato uridiltransferasi (GALT) necessario per metabolizzare il galattosio.
• Ribosio: È una sostanza chimica appartenente alla classe dei monosaccaridi. È un esempio di pentosio, ovvero un monosaccaride con uno scheletro carbonioso a cinque atomi di carbonio. La particolare struttura dell’anello carbonioso del D-ribosio consente a questo zucchero di legare, attraverso un legame B-glicosidico, una base azotata, formando un nucleoside.

Disaccaridi

Un disaccaride si forma quando due monosaccaridi si condensano tra loro, eliminando una molecola d’acqua. La condensazione può essere catalizzata da acidi o enzimi. Chimicamente, un disaccaride è un acetale e il legame che si forma è un legame acetalico, comunemente chiamato O-glicosidico. La formula generale di un disaccaride (diesoso) è C12H22O11. Essi hanno aspetto e caratteristiche fisiche simili a quelle degli esosi, sono infatti solidi bianchi, cristallini, dolci al gusto e facilmente solubili in acqua. A seguire riportiamo i disaccaridi più comuni: saccarosio, lattosio, maltosio, trealosio, gentiobiosio, cellobiosio.

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• Saccarosio: È una molecola organica appartenente alla famiglia dei glucidi disaccaridi. La sua struttura molecolare è composta da due monosaccaridi, ovvero il glucosio e il fruttosio. Il saccarosio è ampiamente presente in natura, in particolare nella frutta.
• Lattosio: È un disaccaride, un tipo di zucchero riducente che si presenta sia come forma destrogira che osazone. Esso è composto da due anomeri, α e β, che determinano la mutarotazione. Il lattosio è presente nel latte dei mammiferi, rappresentando circa il 5% del contenuto totale.
• Maltosio: È un composto chimico organico anch’esso appartenente alla classe dei disaccaridi, notoriamente conosciuto come come zucchero di malto. Viene formato dalla condensazione di due molecole di glucosio mediante un legame glicosidico 1α-4′.
• Trealosio: È un disaccaride formatosi dalla condensazione di due molecole di glucosio mediante un legame glicosidico (acetalico) 1α-1’α. È comunemente presente in lieviti, funghi ed insetti.
• Gentiobiosio: È un disaccaride costituito da due unità di D-glucosio legate da un legame glicosidico (acetalico) 1β-6′. È un solido bianco cristallino solubile in acqua e in metanolo caldo.
• Cellobiosio: È un disaccaride composto da due molecole di D-glucosio legate attraverso un legame glicosidico (acetalico) 1β−4′. A causa della presenza di un legame emiacetalico libero, esso è considerato uno zucchero riducente e causa mutarotazione.

Oligosaccaridi

Gli oligosaccaridi sono un tipo di carboidrato composto da un numero relativamente esiguo di monosaccaridi (tra 3 e 20 unità, secondo alcuni). Esempi di oligosaccaridi sono il maltotriosio e i frutto-oligosaccaridi (FOS). A seguire riportiamo alcuni oligosaccaridi comuni: stachiosio, verbascosio, raffinosio.

• Stachiosio: È un tipo di oligosaccaride chiamato tetrasaccaride α-galattoside, appartenente alla famiglia nota come oligosaccaridi della serie del raffinosio (RFO). Questo composto chimico si trova in alcune piante come leguminose, brassicacee e betoniche, ed è particolarmente abbondante nei lupini.
• Verbascosio: È un composto chimico appartenente alla famiglia degli oligosaccaridi.
• Raffinosio: È un trisaccaride presente in diverse piante.

Carboidrati Complessi

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).

• 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.
• 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.
• 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.

Digestione e Assorbimento dei Carboidrati

La digestione dei carboidrati inizia in bocca dove gli enzimi della saliva iniziano la scissione dei carboidrati complessi. Gli enzimi digestivi aiutano l'apparato digerente a scomporre i cibi introdotti mediante l'alimentazione, rendendoli facilmente assimilabili dall’organismo. Il valore nutrizionale degli zuccheri alimentari è legato sostanzialmente alla quantità di glucosio che si ottiene dalla loro digestione intestinale. Tale valore varia, pertanto, in misura notevole in rapporto alla composizione del corredo enzimatico gastro-intestinale di ciascuna specie, che determina in termini quantitativi o qualitativi la capacità di digestione dei carboidrati complessi.

L'amido costituisce la parte preponderante dei carboidrati complessi assunti in un'alimentazione equilibrata; è costituito da tante unità di glucosio legate tra loro in maniera lineare (amilosio) e ramificata (amilopectina) e viene introdotto principalmente attraverso patate, legumi, cereali e prodotti derivati, quali pasta e pane. La sua digestione inizia nella bocca, dove viene aggredito dalle α-amilasi salivari, che liberano maltosio ed isomaltosio (disaccaridi costituiti dall'associazione di due unità di glucosio, rispettivamente unite da legami α-1,4 e α-1,6), maltotriosio (questa volta le molecole di glucosio sono tre) e destrine (7-9 unità di glucosio, con presenza di una ramificazione). L'attività delle α-amilasi salivari si arresta nello stomaco, a causa dell'acidità che caratterizza l'ambiente gastrico.

La digestione dei carboidrati riprende e si completa nell'intestino tenue, grazie all'azione combinata dei succhi pancreatici ed intestinali. Nei primi, è presente un enzima α-amilasi analogo a quello salivare, che come tale trasforma l'amido in maltosio, e destrine. Queste non possono essere idrolizzate dalle amilasi pancreatiche e subiscono l'azione di appositi enzimi deramificanti (α-1,6 glicosidasi, α-destrinasi o isomaltasi) presenti nelle cellule epiteliali dell'intestino tenue. Una volta completata la digestione dei carboidrati nei singoli monosaccaridi che li costituiscono, gli zuccheri sono pronti per essere assorbiti.

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Metabolismo dei Carboidrati

I processi di sintesi e di demolizione dei carboidrati costituiscono uno degli aspetti essenziali dell'attività biochimica cellulare. Il loro svolgimento è legato soprattutto alla produzione di energia, indispensabile alle cellule per lo svolgimento delle molteplici attività vitali. La produzione di energia deriva in particolare dal catabolismo, cioè dalla demolizione metabolica dei carboidrati contenuti nei tessuti in forma libera (e quindi immediatamente utilizzabili) oppure come materiali di riserva. Il catabolismo si svolge attraverso meccanismi complessi ed eterogenei, comuni, tuttavia, nelle più diverse forme di vita animale e vegetale. Esso può attuarsi in condizioni di anaerobiosi (glicolisi, fermentazioni) oppure in aerobiosi, nel qual caso si parla di metabolismo ossidativo dei carboidrati.

Esaminiamo ora brevemente le tappe della degradazione metabolica del glucosio:

1. Fosforilazione del Glucosio e del Glicogeno: La fosforilazione del glucosio avviene nel citoplasma delle cellule a opera dell'enzima esochinasi o glucochinasi in presenza di ioni Mg++ e di ATP. Tale reazione è favorita dall'ormone pancreatico insulina e porta alla sintesi di glucosio-6-fosfato (G-6-P).
2. Demolizione del G-6-P attraverso la via di Embden-Meyerhof: Inizia con la trasformazione del G-6-P in fruttosio-6-P catalizzata da una particolare mutasi (fosfoesoso-isomerasi). L'ATP trasforma quindi il fruttosio-6-P in fruttosio-1,6-difosfato, molecola simmetrica che si scinde in due unità di gliceraldeide-monofosfato. Quest'ultima viene convertita in acido piruvico previa formazione di acido fosfoglicerico e fosfoenolpiruvico.
3. Catabolismo del G-6-P attraverso lo shunt esoso-monofosfatico.
4. Ciclo di Krebs: L'acido piruvico formato nel corso della glicolisi può essere convertito in acido lattico, come detto in precedenza, o utilizzato nella sintesi di amminoacidi (alanina), oppure trasformato nel ciclo di Krebs. Quest'ultima possibilità si realizza, in condizioni di aerobiosi, previa decarbossilazione ossidativa dell'acido con formazione di acetil-Coenzima A e CO₂.

Importanza Biologica dei Carboidrati

L'importanza biologica degli zuccheri non è tuttavia limitata alla funzione energetica di alcuni di essi. Tra i carboidrati figurano infatti numerose sostanze con funzioni plastiche o di sostegno. Accanto alla cellulosa e alla chitina, vanno ricordati a tale proposito gli zuccheri penta-atomici che entrano nella composizione dei nucleotidi e quindi delle nucleoproteine, e l'acido glicuronico, che in associazione con la glucosammina e la galattosammina forma i mucopolisaccaridi del tessuto connettivo e della matrice organica delle ossa.

Come è noto, i vegetali sono in grado di attuare la sintesi totale dei carboidrati attraverso la fotosintesi. L'uomo e gli altri animali superiori, pur essendo in grado di attuare la biosintesi dei carboidrati a partire dai prodotti intermedi del metabolismo proteico e lipidico, non traggono da tali processi un apporto sufficiente e i carboidrati, pertanto, devono essere assunti già preformati con gli alimenti.

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