I glucidi, comunemente noti come zuccheri, svolgono un ruolo cruciale nel fornire energia al corpo umano. L'obiettivo principale della loro omeostasi è garantire che il tessuto nervoso, in particolare il cervello, riceva una quantità adeguata di glucosio, soprattutto in condizioni di scarso apporto alimentare. Il tessuto nervoso dipende fortemente dal glucosio per il suo corretto funzionamento.
Ruolo degli Organi e degli Ormoni
Dopo una notte di digiuno, il glucosio presente nel sangue viene utilizzato principalmente dal cervello, seguito dai globuli rossi, dall'intestino e dai tessuti sensibili all'insulina come muscoli e tessuto adiposo. L'insulina è l'ormone che permette a questi tessuti di utilizzare e immagazzinare il glucosio. Il fegato ha la capacità di immagazzinare il glucosio sotto forma di glicogeno e di rilasciarlo nuovamente come glucosio quando necessario. Il pancreas svolge un ruolo fondamentale nell'omeostasi degli zuccheri.
La produzione di glucosio da parte del fegato è regolata principalmente da due ormoni: l'insulina e il glucagone. In carenza di insulina, il fegato rilascia glucosio nel sangue, causando un aumento della glicemia (iperglicemia). Al contrario, in carenza di glucagone, si blocca il rilascio di glucosio dal fegato, portando a una riduzione della glicemia (ipoglicemia).
L'utilizzazione del glucosio da parte di altri organi, chiamata utilizzazione periferica, contribuisce anch'essa a ridurre la glicemia. Di conseguenza, si verifica una riduzione dell'insulinemia, un aumento della glucagonemia e un riaggiustamento del sistema attraverso un'aumentata dismissione epatica di glucosio. In equilibrio con il sistema insulina-glucagone, esiste il sistema controregolatore, rappresentato dalle ghiandole ipofisi e surrene.
Assorbimento e Utilizzo del Glucosio
In seguito ad un pasto, il glucosio assorbito dal tratto intestinale provoca un aumento della glicemia. I carboidrati, polisaccaridi formati da diversi tipi di zuccheri, vengono ridotti a monosaccaridi nell'intestino: glucosio (80%), fruttosio (15%) e galattosio (5%). Questi monosaccaridi vengono poi assorbiti dalle cellule della mucosa intestinale e trasportati nel sangue.
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Il passaggio e l'assorbimento energetico degli zuccheri (ma anche di proteine e grassi) attraverso il tratto alimentare, innescano una serie di segnali che permettono l'immagazzinamento delle sostanze nutrienti in vari organi. Contemporaneamente viene stimolata la secrezione di insulina, il principale ormone regolatore della glicemia. L'aumento dei livelli plasmatici di questo ormone determina una diminuzione dei livelli di glucagone, il suo antagonista, e provoca una diminuzione della dismissione epatica di glucosio perché va ad inibire la scissione di glicogeno in glucosio (glicogenolisi) e della sintesi di nuovo glucosio dagli amminoacidi (gluconeogenesi). Il fegato, che è liberamente permeabile al glucosio, sequestra circa il 50% di glucosio per convertirlo a glicogeno (azione controllata dall'insulina). Il glucosio non sequestrato dal fegato viene distribuito nel muscolo e nel tessuto adiposo.
Con l'alimentazione introduciamo un insieme di glucidi, lipidi, proteine che verranno trasformate in molecole semplici nell'apparato digerente per seguire successivamente strade diverse in base alle necessità dell'organismo. Possiamo riassumere nel seguente schema le principali vie metaboliche, che sono pressoché uguali in tutti gli organismi e ciascuna delle quali richiede enzimi specifici.
Vie Metaboliche dei Glucidi
Gli organismi eterotrofi ricavano energia soprattutto dai carboidrati. Con la dieta introducono principalmente polisaccaridi o disaccaridi, che devono essere ridotti in zuccheri semplici, soprattutto glucosio. Questa molecola rappresenta l'unica fonte energetica del cervello e dei globuli rossi umani. Le cellule richiedono continuamente glucosio ma l'alimentazione non è continua. Per questo il glucosio è coinvolto in diversi processi per la sua biosintesi o degradazione.
Glicolisi, Fermentazione e Ciclo di Krebs
Di queste tre vie cataboliche abbiamo già trattato ampiamente in precedenza.
Via del Pentoso Fosfato
Si tratta di una via parallela alla glicolisi in cui il glucosio 6-fosfato (prima tappa della glicolisi), mediante l'ossidazione di un carbonio, viene trasformato in un pentoso (ribosio 5-fosfato) liberando CO2 e producendo NADPH nei tessuti dove c'è sintesi di acidi grassi. Il ribosio 5-fosfato non è impiegato per produrre ATP ma nella sintesi di acidi grassi, alcuni nucleotidi, colesterolo e coenzimi. Partecipa anche alla formazione del glucosio nella fotosintesi. La via è attiva soprattutto nel tessuto adiposo e in quelle cellule che si riproducono rapidamente come quelle del midollo osseo e tumorali.
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Glicogenolisi
La glicogenolisi è l'idrolisi enzimatica del glicogeno presente nelle cellule del fegato e dei muscoli. L'enzima glicogeno fosforilasi stacca i monomeri terminali di glucosio 1-fosfato dal glicogeno (nelle ramificazioni interviene l'enzima deramificante) e poi glucosio 6-fosfato, ottenendo molecole già attivate perciò non è richiesto l'intervento dell'ATP.
Glicogenosintesi
La glicogenosintesi, o glicogenesi, è la via anabolica che polimerizza il glucosio in glicogeno negli animali, con consumo di energia. Nel fegato rappresenta una fonte di riserva del glucosio mentre nei muscoli scheletrici è impiegato per produrre ATP.
Nel citosol delle cellule epatiche e muscolari il glucosio 6-fosfato in eccesso, ottenuto nella prima tappa della glicolisi, è prima convertito in glucosio 1-fosfato e poi, con specifici enzimi, aggiunge monomeri alla catena di glicogeno preesistente con legami a-1-4 e, con l'enzima ramificante, in a-1-6.
Gluconeogenesi
La gluconeogenesi, è un processo endoergonico di sintesi di glucosio nel citoplasma delle cellule del fegato, dei muscoli e dei reni a partire da molecole non glucidiche come l'acido piruvico, gli amminoacidi ecc., percorrendo parzialmente in senso inverso la glicolisi, quando le riserve di glucosio sono esaurite. Anche l'acido lattico proveniente dai muscoli, quando l'organismo dispone di quantità sufficienti di ossigeno per pagare il "debito di ossigeno", è riconvertito in glucosio e poi portato nel fegato dove viene trasformato in glicogeno. Questa via metabolica è sostenuta dalla ß-ossidazione degli acidi grassi, trattata qui sotto, in quanto fornisce ATP, NADH e acetil-CoA.
Fotosintesi
Anche di questa via ne abbiamo discusso ampiamente.
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Patologie associate al metabolismo dei glucidi
L’iperglicemia è dovuta principalmente all’insulino resistenza: il glucosio si accumula nel sangue perché i tessuti non riescono a captarlo e perché il fegato continua a immetterlo in circolo. Per ipoglicemia si intendono valori di glucosio minori di 60 mg/dl.
Riepilogo delle Vie Metaboliche
Di seguito una tabella riassuntiva delle principali vie metaboliche dei glucidi:
| Via Metabolica | Descrizione | Localizzazione | Funzione |
|---|---|---|---|
| Glicolisi | Trasformazione del glucosio in piruvato | Citosol | Produzione di ATP e NADH |
| Via del Pentoso Fosfato | Produzione di ribosio-5-fosfato e NADPH | Citosol | Sintesi di nucleotidi e acidi grassi |
| Glicogenolisi | Degradazione del glicogeno in glucosio | Citosol (fegato e muscoli) | Rilascio di glucosio nel sangue |
| Glicogenosintesi (Glicogenesi) | Sintesi del glicogeno a partire dal glucosio | Citosol (fegato e muscoli) | Immagazzinamento del glucosio |
| Gluconeogenesi | Sintesi del glucosio a partire da precursori non glucidici | Citosol e mitocondri (fegato, reni) | Mantenimento della glicemia |
I carboidrati sono macronutrienti con funzione prevalentemente energetica. Assorbire il glucosio in eccesso nel flusso ematico. Esistono, tuttavia, cellule sprovviste di mitocondri che possono usare solo il glucosio per il loro metabolismo. Entrambe queste sostanze riescono ad attraversare la barriera emato-encefalica. La regolazione del metabolismo glucidico è sotto controllo ormonale ed energetico. l’insulina agisce in condizioni di iperglicemia (dopo un pasto) e permette l’ingresso del glucosio elle cellule muscolari e adipose. glicolisi: il glucosio (6 atomi di carbonio) viene ossidato a piruvato (3 atomi di carbonio) con guadagno netto di 2 molecole di ATP e 2 di NADH.
Definizione: Sono chiamati anche Glucidi o Zuccheri, sono costituiti da carbonio, ossigeno ed idrogeno. Sono le molecole da cui ogni organismo ricava energia. Carboidrati più semplici. Contengono 4, 5 o 6 atomi di carbonio. - Gruppo - Gruppo Monosaccaridi si dividono in Aldosi (se contengono g.f. Aldeidico) e Chetosi (se contengono g.f. Le molecole dei carboidrati sono cicliche. In natura è più presente la forma Beta.
Tutte le molecole nate dall’unione di più anelli di monosaccaridi possono essere scisse per idrolisi (aggiungendo una molecola d’acqua). I monosaccaridi si possono aggregare in catene più complesse dette polisaccaridi, che possono essere formati da un unico tipo di monosaccaride (omopolisaccaridi) o da monosaccaridi diversi (eteropolisaccaridi).
- Cellulosa: Presente nella parete esterna di ogni cellula vegetale e responsabile della struttura delle piante. Polimero lineare con legami Beta-1,4. Gli enzimi con cui gli animali digeriscono l’amido non riconoscono questi legami, per questo la Cellulosa non rappresenta una fonte diretta di glucosio.
Per poter essere assorbiti dalle cellule, i glucidi devono essere ridotti a monosaccaridi. La demolizione del glicogeno avviene per mezzo di un enzima (fosforilasi) che permette la rottura del legame Alfa-1,4 glicosidico con l’introduzione di una molecola di fosfato. Interviene quando il glucosio prodotto dalla dieta non è sufficiente. Consiste nella sintesi di glucosio a partire ma materiale non glucidico. Si tratta di un processo che avviene principalmente nei reni e nel fegato.
La via per la sintesi del glicogeno a partire dal glucosio. Avviene in massima parte nel fegato e nel muscolo scheletrico. Avviene solo dopo che lo zucchero è stato attivato per mezzo di 2 molecole di ATP (fosforilazione).
Consiste nella trasformazione di glucosio in acido piruvico e successivamente in acido lattico (fermentazione lattica) o in etanolo (fermentazione alcolica).
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