Appunti di Ingegneria Culinaria

MODULO di APPROFONDIMENTO

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Chimica degli Alimenti

 PRINCIPI DI ALIMENTAZIONE 

La chimica degli alimenti o bromatologia (dal greco βρῶμα, brṑma, «cibo») è la branca della chimica che si occupa dello studio degli alimenti approfondendone gli aspetti relativi alla caratterizzazione quali-quantitativa, alle trasformazioni biochimiche a cui vanno incontro più o meno spontaneamente, ai metodi di condizionamento e conservazione degli alimenti.

L’obiettivo di questo approfondimento è comprendere e valutare i fabbisogni nutritivi ed energetici del nostro corpo, imparando a rispettare e preservare i principi nutritivi degli alimenti: in nessun caso si conseguiranno le conoscenze per riorganizzare la propria alimentazione elaborando una dieta (piano alimentare), questo compito spetta esclusivamente a un dietologo (medico specializzato) oppure a un nutrizionista (biologo esperto in scienze dell’alimentazione).

INDICE DEI CONTENUTI

Principi Basilari della Chimica

La Chimica e la Fisica sono entrambi rami della scienza che studiano la natura e la materia, la differenza tra le due risiede nel loro ambito e nel loro approccio; anche se le leggi fondamentali che governano il comportamento della materia si applicano sia in chimica che in fisica, le due discipline sono distinte:

  • la CHIMICA è la scienza che studia la composizione della materia e il suo comportamento in base a tale composizione, definita anche come “la scienza centrale” perché connette le altre scienze naturali, come l’astronomia, la fisica, le scienze dei materiali, la biologia e la geologia.
  • la FISICA è la scienza della natura nata con lo scopo di studiare i fenomeni naturali, ossia tutti gli eventi che possono essere descritti, ovvero quantificati o misurati, attraverso grandezze fisiche opportune, al fine di stabilire principi e leggi che regolano le interazioni tra le grandezze stesse e le loro variazioni.

La differenza tra fenomeni chimici e fenomeni fisici non sempre è distinguibile con facilità, entrambe però studiano la MATERIA che indica genericamente qualsiasi oggetto che abbia massa e che occupi spazio, oppure la sostanza di cui gli oggetti fisici sono composti, escludendo quindi l’energia, che è dovuta al contributo dei campi di forze.

Il termine materia deriva dall’equivalente latino materia, ma può essere ricondotto direttamente anche al termine latino mater, che significa madre: l’etimologia del termine lascia quindi intuire come la materia possa essere considerata il fondamento costituente di tutti i corpi e di tutte le cose, la sostanza prima di cui tutte le altre sostanze sono formate.

Materia è quindi tutto ciò che ci circonda come l’acqua che beviamo, l’aria che respiriamo, il dispositivo dal quale in questo momento stiamo leggendo questi appunti: la MATERIA si caratterizza per il fatto di avere una MASSA, occupare un VOLUME e possedere ENERGIA.

La MASSA

La massa è una grandezza fisica propria dei corpi materiali, ovvero la quantità di materia posseduta da un corpo, che ne determina il comportamento dinamico quando sono soggetti all’influenza di forze esterne.

Nell’attuale Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI) la massa è stata scelta come grandezza fisica fondamentale, cioè non esprimibile solamente in termini di altre grandezze fondamentali: la sua unità di misura è il chilogrammo, indicato col simbolo kg.

Il chilogrammo può essere suddiviso in unità più grandi e più piccole, per semplificare citiamo esclusivamente quelle più piccole e in uso nel campo della ristorazione:

  • chilogrammo (kg)
  • ettogrammo (hg), equivalente a 0,1 kg
  • decagrammo (cl), equivalente a 0,01 kg
  • grammo (g), equivalente a 0,001 kg

La massa è composta da ATOMI e MOLECOLE che a loro volta hanno una “massa atomica relativa” e una “massa molecolare”, è facile dedurre quindi che in base alla tipologia di atomi o molecole di cui sono composti.

Semplificando ai minimi termini per il fine ultimo del nostro percorso, le componenti della massa (ad esempio dell’acqua, dell’olio, etc…) comporteranno un “peso” diverso.

il VOLUME

Il volume è la misura dello spazio occupato da un corpo, valutato ricorrendo a molte diverse unità di misura: l’unità adottata dal Sistema Internazionale è il metro cubo (m³).

Spesso il termine “volume” viene equiparato al termine “capacità“, ci sono tuttavia delle differenze importanti: la misurazione del volume si basa sul presupposto che il solido sia già pieno internamente, mentre nella misurazione della capacità si rifà all’utilizzo di liquidi.

Quì fa la sua comparsa il litro (l), l’unità di misura accettata nel Sistema Internazionale poiché equivale un decimetro cubo (dm³), ovvero 1000 litri: il litro può essere suddiviso in unità più grandi e più piccole, per semplificare citiamo esclusivamente quelle più piccole e in uso nel campo della ristorazione:

  • litro (l), ovvero 1 dm³, equivalente a 1 Kg
  • decilitro (dl), ovvero 100 cm³, equivalente a 100 g
  • centilitro (cl), ovvero 10 cm³, equivalente a 10 g
  • millilitro (ml), ovvero 1 cm³, equivalente a 1 g

Attenzione però a non confondere la massa con il peso, infatti le componenti della massa hanno una “massa atomica relativa” e una “massa molecolare” specifica per ogni atomo o molecola, quindi non sempre lo spazio occupato da un liquido risulterà avere lo stesso “peso“: un esempio molto semplice è la differenza tra l’ACQUA e l’OLIO, dove 1 litro d’acqua risulta pesare 1000 g (1 kg), mentre un litro d’olio pesa circa 920 g ed è quindi più leggero a parità di volume.

l’ENERGIA

Il termine energia deriva dal tardo latino energīa, a sua volta tratto dal greco ἐνέργεια (enérgeia), derivato di ἐνεργής (o l’equivalente ἐνεργός), “attivo”, composto dalla particella intensiva en e ἔργον (ergon, “lavoro”, “opera”).

Questa premessa è di fondamentale importanza poiché l’energia è la grandezza fisica che misura la capacità di un corpo o di un sistema fisico di compiere lavoro: qualsiasi azione del nostro corpo implica una trasformazione di energia che risulta necessaria per ogni tipo di attività del nostro organismo che consuma energia in ogni momento, sia quando è a riposo sia quando è impegnato in un lavoro che comporti uno sforzo muscolare, di qualunque intensità esso sia.

L’unica forma di energia che le cellule dell’organismo umano possono utilizzare è quella chimica, nell’ambito della chimica degli alimenti si parla di valore energetico per riferirsi all’energia che l’organismo umano può ricevere attraverso il consumo di un alimento.

L’unità di misura derivata del Sistema Internazionale per l’energia, del lavoro e del calore è il joule (J), nell’ambito della chimica degli alimenti viene utilizzata la caloria come unità di misura per il calore: in biologia e in nutrizione la grande caloria (Cal) o kilocaloria (kcal), equivale all’energia necessaria per innalzare di 1°C la temperatura di un kg di acqua distillata a pressione di 1 atm, e corrisponde quindi a 1000 piccole calorie (cal).

È usata per indicare l’apporto energetico medio di una certa quantità specificata di alimento (ad esempio un grammo, 100 grammi o una porzione): sebbene il valore energetico di un alimento e il consumo di energia nell’attività fisica vengano ancora indicati in Cal (o kcal), il Sistema internazionale di unità di misura adotta il joule (J) e il suo multiplo kilojoule (kJ, pari a 1000 J).

Atomi e Molecole

SOMMARIO

Atomi
Molecole
Numero e Peso Atomico
Video Esplicativo


ATOMI

La materia è formata da particelle piccolissime denominati ATOMI (dal greco àtomos: indivisibile), la struttura nella quale la materia è organizzata in unità fondamentali che costituiscono gli elementi chimici: questi si aggregano normalmente in unità stabili dette molecole che caratterizzano le sostanze chimiche.

L’atomo è composto principalmente da tre tipologie di particelle subatomiche (cioè di dimensioni minori dell’atomo): i PROTONI (p+), i NEUTRONI (n) e gli ELETTRONI (e).

L’atomo è costituito essenzialmente di due parti:

  • il NUCLEO, la parte centrale e densa dell’atomo, costituita dai protoni (massa u 1, carica elettrica positiva) e i neutroni (massa u 1 e carica elettrica neutra), detti collettivamente nucleoni
  • le ORBITE (o nuvola elettronica), costituite dagli elettroni (massa u 11836, carica elettrica negativa) in movimento intorno al nucleo a una velocità prossima a quella della luce, disposti ordinatamente in livelli via via più lontani dal nucleo

Gli atomi non hanno un contorno ben definito, in quanto la distanza degli elettroni rispetto al nucleo varia in ogni istante ed è influenzata dalle condizioni energetiche dell’atomo, in particolare aumenta all’aumentare della temperatura e diminuisce in seguito alla formazione di un legame chimico.

Le proprietà chimiche di un atomo, cioè la sua capacità a formare legami con altri atomi, dipendono principalmente dalla sua struttura elettronica (e quindi indirettamente dal numero di protoni, essendo uguale il numero di elettroni e protoni di un atomo), mentre non è influenzata dal numero di neutroni. Da ciò deriva l’utilità di classificare gli atomi nella tavola periodica degli elementi, dove a ciascun elemento corrispondono gli isotopi aventi la stessa struttura elettronica, a prescindere dal numero di neutroni.


Rappresentazione schematica di un atomo di elio.
Attorno al nucleo, composto da due neutroni (in verde) e due protoni (in rosso), ruotano gli elettroni (in giallo).


MOLECOLE

In fisica e chimica, la molecola (dal latino scientifico molecula, derivato a sua volta da moles, che significa “mole”, cioè “piccola quantità”) è un’entità elettricamente neutra composta da due o più atomi uniti da un legame chimico.

Una MOLECOLA può essere composta da più atomi dello stesso elemento o di elementi diversi e identifica una sostanza, di cui costituisce l’unità fondamentale.

In chimica, un LEGAME CHIMICO avviene quando due atomi mettono in comune delle coppie di elettroni: ciò avviene perché gli atomi tendono al minor dispendio energetico possibile ottenibile con la stabilità della loro configurazione elettronica, gli orbitali atomici contenenti gli elettroni spaiati si sovrappongono in orbitali molecolari, dando luogo ad una molecola.

Se gli ATOMI presenti in una molecola sono tutti UGUALI, si ha la MOLECOLA DI UN ELEMENTO, ad esempio:

  • Cl2 (Cloro), costituita da 2 atomi cloro (Cl)
  • H2 (Idrogeno), costituita da 2 atomi idrogeno (H)
  • O2 (Ossigeno), costituita da 2 atomi ossigeno (O)
  • S8 (Zolfo), costituita da 8 atomi zolfo (S)

Se gli ATOMI presenti in una molecola sono DIVERSI TRA LORO, si ha la MOLECOLA DI UN COMPOSTO, ad esempio:

  • H2O (Acqua), costituita da 2 atomo di idrogeno (H) e 1 di ossigeno (O)
  • NaCl (Cloruro di Sodio), costituita da 1 atomo di sodio (Na) e 1 di cloro (Cl)
  • NaOH (Idrossido di Sodio), costituita da 1 atomo di sodio (Na), 1 di ossigeno (O) e 1 di idrogeno (H)
  • CH4 (Metano), costituito da 1 atoma di carbonio (C) e 4 di idrogeno (H)


NUMERO E PESO ATOMICO

Riepilogando quanto abbiamo riassunto fino ad ora, gli atomi sono essenzialmente composto da un denso NUCLEO costituito da protoni e neutroni, quindi dalle ORBITE costituite dagli elettroni che si trovano ad una grande distanza dal nucleo e si muovono ad una velocità prossima a quella della luce.

Poiché il numero degli elettroni è uguale al numero dei protoni, gli atomi se presi singolarmente hanno una carica elettrica neutra.

Si definiscono DUE QUANTITÀ per identificare ogni atomo:

  • il NUMERO ATOMICO (Z): equivale alla somma del numero dei protoni nel nucleo che, allo stato neutro, corrisponde al numero di elettroni esterni ad esso
  • il NUMERO DI MASSA o PESO ATOMICO o (A): quivale alla somma del numero di neutroni e protoni nel nucleo

La TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI viene organizzata principalmente in base a questi due valori, che permettono agli atomi di avere caratteristiche uniche.

Gli atomi sono neutri sei il numero di cariche elettriche positive coincide con quello delle cariche negative, ricordiamoci che:

  • i NEUTRONI sono privi di carica elettrica
  • i PROTONI hanno carica elettrica positiva
  • gli ELETTRONI hanno carica elettrica negativa

Come abbiamo visto, gli elettroni ruotano attorno al nucleo degli atomi formando delle ORBITE che possono ospitare fino ad un massimo di due elettroni, pertanto quando il numero degli elettroni è dispari un elettrone orbita da solo.

Indipendentemente dal numero pari o dispari di elettroni, per raggiungere una situazione più stabile dal punto di vista energetico, gli atomi (anche se di diverso tipo) hanno al tendenza a cedere, acquistare o condividere gli elettroni dagli atomi vicini:

  • se un ATOMO PERDE un ELETTRONE si trasforma in un IONE POSITIVO o CATIONE: il numero di protoni (carica positiva) presenti nel nucleo rimane invariato mentre il numero di elettroni (carica negativa) diminuisce di uno
  • se un ATOMO ACQUISTA un ELETTRONE si trasforma in un IONE NEGATIVO o ANIONE: il numero di protoni (carica positiva) presenti nel nucleo rimane invariato mentre il numero di elettroni (carica negativa) aumenta di uno
  • se un ATOMO CONDIVIDE gli ELETTRONI si instaura un LEGAME COVALENTE, stabilendo un’interazione tra atomi dello stesso tipo

Tutti gli atomi ad eccezione dei gas nobili tendono a legarsi ad altri atomi, uguali o diversi, dando luogo alla formazione delle molecole: questo avviene attraverso i LEGAMI CHIMICI, di cui parleremo nell’approfondimento dedicato.


VIDEO ESPLICATIVO
Edizioni Atlas

Legami Chimici e Formule Chimiche

SOMMARIO

Introduzione
Legami Primari
Legami Secondari
Video Esplicativo sui Legami
Formule Chimiche


INTRODUZIONE

Come abbiamo visto, gli elettroni ruotano attorno al nucleo degli atomi formando delle ORBITE che possono ospitare fino ad un massimo di due elettroni, pertanto quando il numero degli elettroni è dispari un elettrone orbita da solo.

Indipendentemente dal numero pari o dispari di elettroni, per raggiungere una situazione più stabile dal punto di vista energetico, gli atomi (anche se di diverso tipo) hanno al tendenza a cedere, acquistare o condividere gli elettroni dagli atomi vicini:

  • se un ATOMO PERDE un ELETTRONE si trasforma in un IONE POSITIVO o CATIONE: il numero di protoni (carica positiva) presenti nel nucleo rimane invariato mentre il numero di elettroni (carica negativa) diminuisce di uno
  • se un ATOMO ACQUISTA un ELETTRONE si trasforma in un IONE NEGATIVO o ANIONE: il numero di protoni (carica positiva) presenti nel nucleo rimane invariato mentre il numero di elettroni (carica negativa) aumenta di uno
  • se un ATOMO CONDIVIDE gli ELETTRONI si instaura un LEGAME COVALENTE, stabilendo un’interazione tra atomi dello stesso tipo

Tutti gli atomi ad eccezione dei gas nobili tendono a legarsi ad altri atomi, uguali o diversi, dando luogo alla formazione delle molecole: questo avviene attraverso i LEGAMI CHIMICI: si ottiene quando una forza di natura elettrostatica tiene uniti più atomi in una specie chimica (legami primari, chiamati anche forti o intramolecolari) o più molecole in una sostanza allo stato condensato (legami secondari, chiamati anche deboli o intermolecolari).


LEGAMI PRIMARI
forti o intramolecolari

I legami chimici primari sono le forze che tengono uniti gli atomi che formano le molecole, attuato dalla condivisione o dal trasferimento di elettroni tra atomi e dall’attrazione elettrostatica tra protoni ed elettroni. Semplificando ai minimi termini, i legami primari sono generalmente classificati in tre classi, in ordine di polarità crescente:

  • Covalente PURO (apolare)
  • Covalente POLARE
  • IONICO

LEGAME COVALENTE

Il legame covalente è il legame che si instaura tra due atomi appartenenti ai non metalli (uguali o aventi differenza di elettronegatività – scala di Pauling – compresa tra 0 e 1,7) che mettono in compartecipazione una coppia di elettroni (detti coppia di legame) in un orbitale esterno che abbraccia entrambi gli atomi. Il legame covalente viene rappresentato da un trattino che congiunge i due atomi legati.

L’elettronegatività, simbolo χ, è una proprietà chimica che descrive la tendenza di un atomo ad attrarre verso di sé elettroni condivisi. Al livello più elementare, l’elettronegatività è determinata da fattori come la carica nucleare (più protoni ha un atomo, più attrarrà gli elettroni) e il numero e posizione degli altri elettroni presenti nei vari orbitali atomici (più elettroni ha un atomo, più sono lontani dal nucleo gli elettroni di valenza, che saranno quindi soggetti a una minor carica positiva, sia perché più lontani dal nucleo, sia perché schermati dagli altri elettroni presenti negli orbitali a energia inferiore).

  • un LEGAME COVALENTE PURO (o apolare) s’instaura fra due atomi appartenenti allo stesso elemento, stabilendo una interazione (cioè il legame) tra atomi dello stesso tipo. Un legame covalente puro si ha quando la differenza di elettronegatività tra due atomi è minore o uguale a 0,4: essendo la nube elettronica distribuita simmetricamente, il legame risulta non polarizzato.
  • un LEGAME COVALENTE POLARE s’instaura tra due atomi con differenza di elettronegatività compresa tra 0,4 e 1,7. In questo caso, gli elettroni coinvolti nel legame risulteranno maggiormente attratti dall’atomo più elettronegativo, il legame risulterà quindi polarizzato elettricamente, cioè ognuno degli atomi coinvolti nel legame presenterà una carica parziale.

LEGAME IONICO

S’instaura tra ioni con carica di segno opposto, ovvero dagli atomi aventi differenza di elettronegatività superiore al limite convenzionale di 1,7 – 1,9: in queste condizioni, l’atomo più elettronegativo (quindi caratterizzato da una elevata energia di ionizzazione ed elevata affinità elettronica, quindi più esposto ad attrarre a se un elettrone) priva l’altro atomo meno elettronegativo (caratterizzato da una bassa energia di ionizzazione ed una affinità elettronica quasi assente, quindi con meno possibilità di attrarre a se un elettrone) di un elettrone; il primo atomo diventa uno ione con carica negativa (ione negativo), il secondo uno ione con carica positiva (ione positivo).


LEGAMI SECONDARI
deboli o intermolecolari

Come abbiamo visto, gli atomi (in base alle loro caratteristiche) possiedono un numero e peso atomico distinto: per raggiungere una situazione più stabile dal punto di vista energetico, gli atomi (anche se di diverso tipo) hanno al tendenza a cedere, acquistare o condividere gli elettroni dagli atomi vicini.

Per spiegare la funzione e l’importanza dei legami secondari, dobbiamo fare una brevissima sosta e riassumere molto brevemente i “dipoli“: in fisica sono genericamente una coppia di particelle di carica opposta, poste ad una certa distanza l’una dall’altra. Si possono distinguere in due generi differenti:

  • dipolo ELETTRICO, di nostro interesse, presente in una molecola e composto da due cariche elettriche uguali e di segno opposto e separate da una distanza costante nel tempo
  • dipolo MAGNETICO, non di nostro interesse

In fisica molecolare, i legami intermolecolari sono interessati dai dipoli elettrici molecolari essenzialmente costituiti dalla reciproca attrazione tra dipoli, è il caso ad esempio di un sale che si scioglie in acqua.

Nel caso dei gas nobili o di composti formati da molecole apolari la possibilità di liquefare viene spiegata tramite la formazione casuale di un dipolo temporaneo quando gli elettroni, nel loro orbitare, si trovino casualmente concentrati su un lato della molecola; tale dipolo induce nelle molecole vicine a sé uno squilibrio di carica elettrica che genera reciproca attrazione e provoca la condensazione del gas.

Un caso particolare di legame intermolecolare, che può anche essere intramolecolare quando la geometria della molecola lo consente, è il legame idrogeno: un atomo di idrogeno legato ad un atomo di ossigeno (o di fluoro), a causa della sua polarizzazione positiva e delle sue ridotte dimensioni, attrae con un’intensità relativamente elevata gli atomi di ossigeno (e di fluoro e, in misura minore, di azoto) vicini.

Tale legame, benché debole, è responsabile della conformazione spaziale delle proteine e degli acidi nucleici, conformazione da cui dipende l’attività biologica dei composti stessi.

Le forze presenti in questi legami, sebbene più deboli rispetto a quelle che definisco i legami tra atomi, mantengono aggregate le molecole nei solidi e nei liquidi e sono molto importanti per spiegare alcuni fenomeni come, ad esempio, lo stato di aggregazione delle molecole e relativi passaggi di stato, di cui parleremo nell’approfondimento dedicato.


VIDEO ESPLICATIVO sui LEGAMI
Edizioni Atlas


FORMULE CHIMICHE
tratto da Wikipedia

Una formula chimica è una rappresentazione sintetica che descrive quali e quanti atomi vanno a comporre una molecola di una sostanza (formula bruta), nonché la loro disposizione nello spazio (formula di struttura).

FORMULA GREZZA (BRUTA)

Nella formula bruta ogni tipo di elemento chimico è identificato attraverso il suo simbolo chimico: il numero di atomi di ogni elemento presente nella molecola viene indicato con un numero subscritto se è diverso da uno, altrimenti viene omesso.

Per esempio il metano, una molecola semplice che consiste in 1 atomo di carbonio (C) legato a 4 atomi di idrogeno (H) ha formula bruta:

CH4

Il glucosio, con 6 atomi di carbonio (C), 12 di idrogeno (H) e 6 di ossigeno (O) ha formula bruta:

C6H12O6

La FORMULA BRUTA si DIVIDE in:

  • formula MINIMA (o formula empirica): indica gli elementi che lo costituiscono e i loro rapporti numerici minimi (espressi come valori interi) all’interno del composto stesso. Alcuni esempi:
    ⋅ NaCl: composto formato da atomi di sodio e cloro in rapporto 1:1
    ⋅ Al2O3: composto formato da atomi di alluminio e ossigeno in rapporto 2:3
    ⋅ NH3: composto formato da atomi di azoto e idrogeno in rapporto 1:3
  • formula MOLECOLARE: indica gli elementi e il numero effettivo di atomi di ciascun elemento. Alcuni esempi:
    ⋅ NH3: composto formato da 1 atomo di azoto e 3 atomi di idrogeno (anche formula minima)
    ⋅ C6H6: composto formato da 6 atomi di carbonio e 6 di idrogeno
    ⋅ C6H12O6: composto formato da 6 atomi di carbonio, 12 di idrogeno e 6 di ossigeno
    La formula molecolare è ricavabile dalla formula minima a partire dal peso molecolare.

FORMULA DI STRUTTURA

Mentre l’unica informazione trasmessa dalla formula bruta riguarda gli elementi e le loro proporzioni, una formula di struttura fornisce anche informazioni sui tipi di legami e la disposizione spaziale degli atomi della molecola.

Gli atomi vengono rappresentati dai loro simboli e i legami tra essi tramite tratti semplici, doppi o tripli. In funzione dell’informazione che la formula deve trasmettere, questa può rappresentare più o meno fedelmente l’esatta geometria della molecola.

Una formula di struttura permette di distinguere due o più isomeri, cioè due o più sostanze composte dai medesimi elementi nelle medesime proporzioni, ma i cui atomi sono spazialmente arrangiati in modo diverso.

Un esempio di formula di struttura è rappresentato dall’etano, che consiste di 2 atomi di carbonio (C) legati tramite legame singolo fra loro e in cui ognuno è legato a 3 atomi di idrogeno (H). Una possibile formula di struttura può essere pertanto scritta come:

CH3−CH3

dove il tratto di unione (che raramente può trovarsi sostituito da due punti :) rappresenta un legame chimico covalente semplice. Un legame covalente doppio tra due atomi viene invece rappresentato da un doppio tratto = o raramente da una coppia di due punti :: ,come nel caso dell’etene (o etilene):

CH2=CH2

Analogamente, un triplo tratto  (o raramente una tripletta di due punti :::) rappresenta un legame covalente triplo. Un esempio è l’etino (o “Acetilene”):

CH≡CH

Gruppi funzionali multipli uguali possono essere raggruppati nel modo seguente:

(CH3)3CH

Le formule di struttura brevi fin qui descritte possono essere insufficienti nel caso di composti che presentano isomeria geometrica. Un esempio è l’alchene 2-butene:

CH3CH=CHCH3

Dal momento che la rotazione attorno a un doppio legame è impedita, i due gruppi metile (CH3) possono trovarsi sul medesimo lato del doppio legame oppure ognuno su un lato diverso. Questo fa sì che esistono due diverse molecole di 2-butene, aventi caratteristiche chimiche e fisiche diverse.

La distinzione dei due composti a livello di nomenclatura viene fatta utilizzando i prefissi cis- (o Z-) per quei composti che hanno i gruppi più voluminosi sullo stesso lato del doppio legame e trans- (o E-) per i composti che hanno i gruppi più voluminosi su lati opposti. A livello di formula, l’ambiguità viene risolta disegnando in maniera lievemente più esplicita la geometria della molecola (struttura di Lewis).

cis-2-butene

trans-2-butene

Infine, in special modo per la rappresentazione della struttura di molecole relativamente complesse, una formula può essere ulteriormente semplificata sostituendo una catena di atomi con una linea spezzata in cui ogni vertice rappresenta un atomo di carbonio (un poligono nel caso di composti ciclici) e omettendo gli atomi di idrogeno legati agli atomi di carbonio.

Esempi di formule di struttura semplificate. Cis-2-butene, trans-2-butene, cicloesanolo

Elementi e Composti

Una sostanza pura, indicata anche come sostanza chimica o semplicemente sostanza, è un sistema omogeneo di composizione definita e costante caratterizzato da proprietà chimico-fisiche specifiche:

  • una sostanza costituita da atomi uguali (ovvero dallo stesso elemento chimico) è detta sostanza ELEMENTARE (o sostanza semplice) e non è scomponibile in elementi ancora più semplici
  • una sostanza costituita da atomi di natura differente è detta sostanza COMPOSTA (o composto chimico), formata da semplici (elementi) legati tra loro chimicamente e perciò scomponibili

Un insieme di più sostanze pure in proporzioni variabili è definito MISCELA: una sostanza non è mai pura al 100% e contiene normalmente delle impurezze, talvolta in tracce o ultratracce, per cui nella maggior parte dei casi quelle che sembrano sostanze in realtà sono miscele con una quantità di impurità più o meno elevata.

GLI ELEMENTI

Un elemento chimico è un atomo caratterizzato da un determinato numero di protoni. Un insieme di atomi dello stesso elemento chimico, presi singolarmente hanno lo stesso numero e la stessa disposizione degli elettroni, ma possono differire, fermo restando il numero di protoni, per la massa atomica, ovvero per il numero di neutroni.

Sono i costituenti fondamentali di tutte le sostanze conosciute, ordinati in base al numero atomico (il numero dei protoni nell’atomo) in uno schema noto come tavola periodica degli elementi, rappresentati mediante un simbolo chimico che coincide con l’iniziale maiuscola dell’elemento oppure dal suo nome in latino.

La porzione più piccola di un elemento che ne mantiene ancora le caratteristiche è l’ATOMO, a titolo di esempio citiamo tre degli elementi chimici presenti nell’ARIA che respiriamo:

  • Azoto (N)
  • Ossigeno (O)
  • Argon (Ar)
I COMPOSTI

Un composto chimico è l’insieme di due o più elementi combinati insieme, che può essere scomposta in altre sostanze pure più semplici.

Per esempio l’acqua è un composto chimico formato da Idrogeno (H) e Ossigeno (O) in rapporto di due a uno, infatti la formula chimica dell’acqua è H2O che indica la presenza di due atomi di idrogeno per ogni atomo di ossigeno.

Quando l’acqua viene portata ad ebollizione, somministrandogli del calore, avviene il processo endotermico di “vaporizzazione” che rompe il legame chimico tra gli atomi di idrogeno e ossigeno separandoli e permettendogli di espandersi e occupare tutto il volume disponibile intorno a se.

TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

La tavola periodica degli elementi è lo schema con cui sono ordinati tutti gli elementi conosciuti, naturali e artificiali, sulla base delle proprietà chimiche e fisiche possedute; è suddivisa in colonne verticali che sono denominate GRUPPI (o famiglie), in linee orizzontali che sono denominate PERIODI (o serie):

  • ogni GRUPPO comprende gli elementi che hanno proprietà chimiche simili, cioè che si comportano in maniera simile durante lo svolgimento delle reazioni chimiche
  • ogni PERIODO comprende gli elementi cui le proprietà fisiche e chimiche variano all’aumentare del numero atomico

Per maggiori informazioni sulla Tavola Periodica degli Elementi, è possibile consultare la pagina dedicata di Wikipedia.

Stato di aggregazione delle molecole

Con stato di aggregazione delle molecole (o stato della materia) si intende una classificazione convenzionale degli stati che può assumere la materia a seconda delle proprietà meccaniche che manifesta.

La materia che costituisce i corpi si può presentare in TRE STATI DI AGGREGAZIONE (o stati fisici) diversi: solido, liquido e gassoso (o aeriforme).

La distinzione tra gli stati della materia osserva delle differenze qualitative:

  • lo stato solido ha un volume e una forma propria
  • lo stato liquido ha un volume proprio, ma acquisisce la forma del recipiente che la contiene
  • lo stato gassoso (aeriforme) non ha né volume né forma propria, ma si espande fino a occupare tutto lo spazio disponibile

Ciò che caratterizza lo stato di aggregazione delle molecole è il loro grado di disordine, più sarà grande più libertà di movimento avrà lo stato della materia:

  • allo stato solido le particelle presentano posizioni fisse ben ordinate, sono tenute insieme da forze di coesione elevate e quindi la loro libertà di movimento è ridotta
  • allo stato liquido le particelle sono tenute insieme da forze più deboli, tuttavia sono ancora sufficientemente legate e la libertà di movimento si stabilisce come capacità di scivolare le une sulle altre e di assumere la forma del recipiente che le contiene
  • allo stato gassoso (aeriforme) le particelle sono libere di muoversi perché non possiedono forze in grado di legarle insieme, il disordine è dunque massimo ed esse tendono a occupare tutto lo spazio a loro disposizione

SOLIDO

Nello stato solido i costituenti della materia sono legati da forze molto intense che consentono soltanto moti di vibrazione, nella maggior parte dei casi le molecole si distribuiscono secondo un reticolo cristallino o in maniera amorfa. L’unico modo per variare la forma di un solido consiste nell’applicazione di forze abbastanza intense da spezzare i legami, causando però la rottura o il taglio del corpo.

LIQUIDO

Nello stato liquido le forze tra i componenti della materia sono meno intense ed essi sono liberi di scorrere gli uni sugli altri. Un liquido va incontro a variazioni di volume molto meno marcate rispetto ai gas tanto che nel linguaggio comune si dice impropriamente che il volume dei liquidi non varia, ma questo non è vero: piuttosto, a parità di variazione di temperatura o variazione di pressione, la variazione di volume nei liquidi è molto più bassa della variazione di volume nei gas e tende ad assumere la forma del recipiente nel quale è contenuto.

GASSOSO (Aeriforme)

Nello stato aeriforme le interazioni sono estremamente deboli e ai costituenti è consentito muoversi indipendentemente, non hanno dunque forma propria e tendono a espandersi e occupare tutto il volume disponibile, risultando comprimibili.

CAMBIAMENTI DI STATO

Quando la materia viene sottoposta a variazione di pressione e temperatura può passare a uno stato di aggregazione diverso, si verifica quindi un passaggio di stato.

Ogni passaggio di stato è caratterizzato dalla rottura o dalla formazione di legami chimici, durante il cambiamento di stato la temperatura del sistema rimane costante e ogni sostanza per cambiare stato ha bisogno di una certa quantità di calore o di energia.

I passaggi di stato della materia sono reversibili in seguito a somministrazione o sottrazione di calore e costituiscono esempi di fenomeni fisici, i principali passaggi sono i seguenti:

  • FUSIONE: passaggio dallo stato solido a quello liquido, avviene con acquisto di calore (processo endotermico);
  • VAPORIZZAZIONE: passaggio dallo stato liquido a quello gassoso (aeriforme), viene acquisito calore (endotermico);
  • LIQUEFAZIONE: passaggio dallo stato gassoso a quello liquido per compressione, soltanto se l’aeriforme è a temperatura inferiore alla temperatura critica (esotermico);
    – CONDENSAZIONE: passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido, avviene con cessione di calore (esotermico);
  • SOLIDIFICAZIONE: passaggio dallo stato liquido a quello solido, viene ceduto del calore (processo esotermico);

Esistono anche dei PASSAGGI DIRETTI:

  • BRINAMENTO: passaggio dallo stato gassoso a quello solido (esotermico);
  • SUBLIMAZIONE: passaggio dallo stato solido a quello aeriforme (endotermico);

Reazioni Chimiche

SOMMARIO
Introduzione
Caratteristiche
Equazioni Chimiche
Reazioni Chimiche
Note


INTRODUZIONE

Una reazione chimica è una trasformazione della materia in cui una o più specie chimiche, dette REAGENTI, modificano la loro struttura e composizione originaria per generare altre specie chimiche, dette PRODOTTI.

Ciò avviene attraverso la formazione o la rottura dei “legami chimici“, cioè attraverso un riassestamento delle forze di natura elettrostatica che intervengono tra i singoli atomi di cui sono costituite le entità molecolari che sono coinvolte nella reazione. Tali forze elettrostatiche sono a loro volta riconducibili all’effetto degli elettroni più esterni di ciascun atomo.

Una reazione non può avere luogo, o viene rallentata fino a fermarsi o addirittura a regredire se non è soddisfatta una serie di condizioni, come ad esempio presenza dei reagenti in misura adeguata e condizioni di temperaturapressione e luce adatte alla specifica reazione.


CARATTERISTICHE

Come abbiamo abbondantemente visto, la materia è composta da atomi che possiedono proprietà peculiari, derivanti dalla loro struttura atomica, che possono legarsi tra loro per formare molecole.

Le molecole si possono differenziare per il numero, il tipo e la posizione reciproca degli atomi che le costituiscono e ogni tipo di molecola caratterizza una singola sostanza chimica.

Se una sostanza chimica è costituita da più tipi di atomi (cioè da atomi di differenti elementi chimici), tale sostanza è detta “sostanza composta” o “composto chimico”, mentre se è costituita da atomi dello stesso tipo (cioè da atomi dello stesso elemento chimico), tale sostanza è detta “sostanza semplice”.

Ad esempio la molecola di ossigeno (O2) è costituita da due atomi dello stesso tipo (entrambi appartenenti all’elemento “ossigeno”), per cui l’ossigeno è una sostanza semplice. Le molecole dell’acqua (H2O) sono invece costituite da due atomi di idrogeno legati ad un atomo di ossigeno, per cui l’acqua è un composto chimico.

Le molecole si formano attraverso una reazione chimica che comporta la rottura e la formazione di legami chimici tra atomi. Più in generale, le reazioni chimiche possono coinvolgere anche altre entità molecolari oltre alle molecole.

Le specie chimiche presenti prima dello svolgimento della reazione e che partecipano ad essa sono detti “reagenti“, quelle che si ottengono dallo svolgimento della reazione sono dette invece “prodotti“.

Possono essere presenti specie chimiche che sono presenti nell’ambiente di reazione senza prendere parte né modificare il meccanismo di reazione: tali specie sono dette “inerti“.

Possono essere presenti inoltre specie chimiche che non partecipano alla reazione ma che modificano il meccanismo di reazione (e di conseguenza la velocità alla quale tale reazione avviene): tali specie sono dette “catalizzatori“.

REAZIONI CHIMICHE e PROCESSI FISICI

Le reazioni chimiche non influenzano i suoi costituenti fondamentali (gli atomi) ma solo la maniera in cui sono legati tra loro; non influenzano nemmeno il modo in cui le molecole si influenzano a vicenda (attraverso i legami chimici).

Le trasformazioni che non comportano la rottura e la formazione di legami intramolecolari, come i cambiamenti di stato (tra cui fusione, solidificazione, ed evaporazione), l’usura, l’erosione e la frattura non sono reazioni chimiche, bensì processi fisici.

Allo stesso modo, non fanno parte delle reazioni chimiche le trasformazioni dei nuclei atomici, cioè le reazioni nucleari, sebbene tali reazioni assumano anche un certo interesse in chimica e vengano studiate dalla chimica nucleare.

Dunque le reazioni chimiche riguardano esclusivamente le variazioni dei legami tra gli atomi (legame covalente, legame ionico, legame metallico).

TIPOLOGIA DI REAZIONI CHIMICHE

A seconda del modo in cui si combinano i reagenti per dare luogo ai prodotti, si possono avere le seguenti tipologie di reazioni chimiche:

  • SINTESI: due o più reagenti danno luogo a un prodotto
  • DECOMPOSIZIONE: un reagente dà luogo a due o più prodotti
  • SOSTITUZIONE, o scambio semplice: un gruppo di una specie chimica viene sostituito da un altro gruppo
  • METASTASI, o scambio doppio: scambio di due o più ioni fra elementi e gruppi aventi la stessa valenza


EQUAZIONI CHIMICHE

I fenomeni che hanno luogo durante una reazione chimica vengono rappresentati mediante un’equazione chimica, scritta in maniera simile ad un’equazione matematica, e in essa compaiono due membri: al primo membro (cioè a sinistra della freccia o altro simbolo di reazione) compaiono i reagenti, mentre al secondo membro (cioè a destra della freccia o altro simbolo di reazione) vi sono i prodotti.

Sintetizzando, un’equazione chimica descrive una reazione ponendo in genere i reagenti con la loro formula molecolare a sinistra e i prodotti a destra, secondo lo schema:

aA(sf) + bB(sf) → cC(sf) + dD(sf)

dove:

  • a, b, c e d sono i coefficienti stechiometrici di ciascuna specie chimica, ossia indicano il numero di molecole (o moli) di ciascuna specie che partecipa alla reazione;
  • A, B, C e D sono le specie coinvolte, scritte con la loro formula molecolare;
  • sf indica lo stato di aggregazione in cui si trova la specie chimica, che può essere: solido (s), gassoso (g), liquido (l), disciolto in una generica soluzione (sol), in soluzione acquosa (aq) o adsorbito su una superficie solida (ads).

In alcuni casi il verso della freccia va da destra verso sinistra, per cui i reagenti stanno a destra e i prodotti a sinistra; si parla in questo caso di “reazione inversa”, mentre nel caso in cui il verso della freccia sia da sinistra verso destra si parla di “reazione diretta”.

Nel caso in cui la freccia sia in entrambe le direzioni, si tratta di una reazione reversibile, cioè che si può ottenere un prodotto che con il processo inverso ridà i reagenti iniziali.

Un esempio di equazione chimica è la seguente:

In questo caso le specie chimiche H2 (idrogeno) e N2 (azoto) sono i reagenti, mentre la specie chimica NH3 (ammoniaca) è il prodotto della reazione.

La legge della conservazione della massa (fisica) sostiene che:

nulla si crea, niente si distrugge, tutto si trasforma

Deriva necessariamente che la somma delle masse dei reagenti coinvolte in una reazione chimica è uguale alla somma delle masse dei prodotti. In altre parole durante lo svolgimento di una reazione chimica si ha la rottura e la formazione di legami chimici per cui si assiste ad una variazione dell’energia chimica posseduta dal sistema ma il numero di atomi resta uguale.

In definitiva bilanciare una reazione chimica significa:

  • bilanciare la massa in modo che sia soddisfatta la legge di conservazione della massa, ovvero la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti
  • bilanciare la carica elettrica (se la reazione è scritta in forma molecolare la carica è automaticamente bilanciata)

BILANCIAMENTO DELLE MASSE

Perché si abbia il bilanciamento delle masse, la somma delle masse dei reagenti deve essere uguale alla somma delle masse dei prodotti. Siccome la materia è costituita da atomi è necessario che il numero degli atomi indicati a sinistra dell’equazione chimica (cioè gli atomi delle specie chimiche reagenti) sia uguale al numero degli atomi indicati a destra (cioè gli atomi delle specie chimiche prodotte).

Il bilanciamento di un’equazione chimica avviene in pratica verificando che i valori dei coefficienti stechiometrici siano tali che il numero di atomi di ciascun elemento che compaiono nel primo membro dell’equazione (cioè a sinistra) sia uguale al numero di atomi di ciascun elemento che compaiono nel secondo membro dell’equazione (cioè a destra). Non è possibile cambiare in alcun modo la natura delle specie chimiche partecipanti alla reazione, ad esempio alterando il numero di atomi di un elemento all’interno di una molecola.

Ad esempio nell’equazione chimica:

che rappresenta la reazione tra idrossido di sodio ed acido cloridrico per produrre cloruro di sodio si ha esattamente lo stesso numero di atomi dello stesso tipo sia nella parte sinistra che nella parte destra dell’equazione (sebbene siano combinati in maniera diversa).

In questo caso, essendo questa una reazione tra un acido (HCl) e una base (NaOH), la reazione procede verso la neutralizzazione completa, a meno che uno dei reagenti non sia in eccesso rispetto all’altro; quindi in seguito allo svolgersi della reazione chimica la soluzione rimane acida o basica (a seconda del reagente in eccesso).

BILANCIAMENTO DELLE CARICHE

Oltre al bilanciamento delle masse, nelle equazioni chimiche deve essere soddisfatto il bilanciamento delle cariche. Le reazioni chimiche infatti possono avvenire anche tra entità molecolari cariche elettricamente, dette ioni.

Un esempio di reazione chimica in cui sono coinvolti ioni è la reazione di autoionizzazione dell’acqua:

In questo caso si ha una carica positiva sulla specie H3O+ e una carica negativa sulla specie OH, mentre a primo membro compare una specie neutra (H2O), avente carica nulla. Considerando i coefficienti stechiometrici, il bilancio delle cariche in questo caso può essere scritto come:

2×(0) = (+1) + (-1)

ovvero:

0 = 0

Per cui si ha l’uguaglianza della somma delle cariche che competono ai reagenti rispetto alla somma delle cariche che competono ai prodotti, come deve essere.


REAZIONI CHIMICHE

Una reazione chimica può essere vista come una particolare trasformazione termodinamica, per cui, in analogia con le altre trasformazioni termodinamiche, durante lo studio di una reazione chimica possono essere definiti un “sistema” (che nel caso particolare delle reazioni chimiche è chiamato “sistema chimico”) e un “ambiente” (da non confondersi con il concetto di “ambiente di reazione”).

Il sistema è la parte dell’universo oggetto di studio. Un esempio di sistema chimico è una miscela di sostanze chimiche all’interno di un becher; quest’ultimo rappresenta il contorno del sistema, mentre l’ambiente è tutto ciò che circonda il sistema stesso (compresa l’aria circostante e le superfici con le quali il sistema è in contatto).
L’insieme del sistema e dell’ambiente costituisce il cosiddetto “universo”, che è un sistema isolato, cioè è un sistema che non presenta scambi di materia o di energia con altri sistemi.

REAZIONI ENDOTERMICHE ed ESOTERMICHE

Una reazione chimica che durante il suo svolgimento sviluppa calore è detta “esotermica”, mentre una reazione chimica che durante il suo svolgimento assorbe calore dall’esterno è detta “endotermica”.

Una reazione esotermica è quindi una reazione che comporta un trasferimento di calore dal sistema all’ambiente. Analogamente una reazione endotermica è una reazione che comporta un trasferimento di calore dall’ambiente al sistema (necessita dunque di energia esterna per procedere).

Nel caso in cui una reazione chimica si svolge a pressione costante (cioè se è un processo isobaro), tale reazione è esotermica se comporta una diminuzione di entalpia, mentre è endotermica se comporta un aumento di entalpia.

REAZIONI SPONTANEE E NON SPONTANEE

Durante lo svolgimento di una reazione chimica, alcuni o tutti i legami chimici associati alle specie reagenti si rompono, assorbendo una certa quantità di energia, quindi si formano nuovi legami chimici grazie al rilascio di una certa quantità energia. A reazione avvenuta comunque una certa aliquota di energia è conservata dalle specie prodotte. L’energia chimica “finale” associata alle specie prodotte può essere maggiore o minore rispetto all’energia di legame “iniziale” associata alle specie reagenti.

Se l’energia chimica dei prodotti è minore dell’energia chimica dei reagenti, vuol dire che è stata distribuita verso l’ambiente una certa quantità di energia (ad esempio sotto forma di calore).
Se invece l’energia chimica dei prodotti è maggiore dell’energia chimica dei reagenti, vuol dire che è stata assorbita dall’ambiente una certa quantità di energia (ad esempio sotto forma di calore).

Le trasformazioni che hanno luogo durante una reazione chimica spontanea portano ad una diminuzione dell’energia totale del sistema, mentre le trasformazioni che hanno luogo durante una reazione chimica non spontanea portano ad un aumento dell’energia totale del sistema. Tale energia totale del sistema è pari alla grandezza termodinamica chiamata “energia libera di Gibbs” che in termodinamica e termochimica rappresenta l’energia libera nelle trasformazioni isotermobariche (cioè a pressione e temperatura costante, come per la maggior parte delle reazioni chimiche), che determina la spontaneità di una reazione.

Una reazione spontanea viene rappresentata da un’equazione chimica in cui il primo e il secondo membro sono separati da una freccia che con il verso da sinistra verso destra, ad esempio:

Una reazione non spontanea è invece rappresentata da un’equazione chimica in cui il primo e il secondo membro sono separati da una freccia che con il verso da destra verso sinistra, ad esempio:

Dai due esempi precedenti si nota che se una reazione è spontanea la sua reazione inversa non è spontanea: questa è una regola di validità generale.

La reazione inversa è appunto quella in cui i prodotti della prima reazione (detta reazione diretta) si trasformano nei reagenti della prima reazione, per cui la reazione inversa si indica scambiando i due membri dell’equazione chimica corrispondente alla reazione diretta.

REAZIONI REVERSIBILI e IRREVERSIBILI

Quando una reazione chimica avviene mantenendo costante l’energia totale del sistema, l’energia di legame iniziale coincide con l’energia di legame finale, per cui sia la reazione diretta sia la reazione inversa hanno le stesse probabilità di avvenire: in tal caso si dice che la reazione è “reversibile”.

Nel caso in cui una reazione sia reversibile, il sistema evolve verso un “equilibrio dinamico”, in quanto il numero di entità molecolari che reagiscono nel senso della reazione diretta è compensato dal numero di entità molecolari che reagiscono nel senso della reazione inversa, per cui in ogni momento la composizione globale del sistema chimico rimane invariata.

Un esempio di reazione reversibile è la dissociazione dell’acqua (H2O) negli ioni H3O+ e OH. In tal caso la reversibilità della reazione implica che il valore del grado di dissociazione α (che in generale assume valori compresi tra 0 e 1) rimane costante.

Le reazioni reversibili sono rappresentate da un’equazione chimica in cui i due membri dell’equazione sono separati da una doppia freccia, in modo da indicare che la reazione avviene sia in un senso sia nell’altro senso. Ad esempio, riferendosi all’esempio precedente della dissociazione dell’acqua si può scrivere:

Una reazione che avvenga a temperatura e pressione costante è quindi reversibile se comporta una variazione dell’energia libera di Gibbs del sistema nulla, mentre è irreversibile se comporta una variazione dell’energia libera di Gibbs del sistema.


NOTE

La maggior parte delle informazioni contenute all’interno di questo approfondimento, è stata realizzata integrando estratti di enciclopedie reperibili in rete, in particolare Wikipedia.

Poiché il fine ultimo di questa ricerca è apprendere le basi della chimica e il perfezionamento della cognizione di causa, per maggiori informazioni e uno studio più esauriente si rimanda a:

  • Aspetti TERMODINAMICI
    – Sistema e ambiente
    – Reazioni endotermiche ed esotermiche
    – Reazioni spontanee e non spontanee
    – Reazioni reversibili e irreversibili
  • Aspetti CINETICI
    – Attivazione di una reazione
    – Velocità di reazione
    – Reazioni omogenee e eterogenee
    – Influenza della temperatura
    – Influenza della concentrazione
    – Reazioni catalizzate

Soluzioni Chimiche

SOMMARIO
Introduzione
Interazione tra Soluto e Solvente
Solubilità e Saturazione
Solubilità e Temperatura
Concentrazione


INTRODUZIONE

Come abbiamo avuto modo cogliere nell’approfondimento dedicato agli “Elementi e Composti“, la maggior parte delle sostanze che si osservano quotidianamente non sono pure al 100%, di fatto sono delle miscele (o miscugli), che si ottengono quando si mescolano due o più sostanze pure:

  • una miscela si definisce ETEROGENEA quando presenta caratteristiche diverse nei vari punti, un esempio molto semplice è dato dall’acqua mescolata alla sabbia poiché è possibile vedere le superfici di separazione tra un granello e l’altro
  • una miscela si definisce OMOGENEA quando presenta caratteristiche uguali in ogni punto, un altro esempio molto semplice è dato dall’acqua mescolata al sale poiché al suo interno non sono visibili superfici di separazione

Premesso questo, in chimica si definisce SOLUZIONE una MISCELA OMOGENEA in cui una o più sostanze sono contenute in una fase liquida o solida o gassosa, distribuite in modo uniforme nello spazio disponibile in modo che ogni volume di soluzione abbia la medesima composizione degli altri.

In una soluzione possiamo distinguere due componenti:

  • il SOLUTO, la sostanza presente in minore quantità
  • il SOLVENTE, la sostanza presente in maggiore quantità

Quando, in una soluzione, un soluto è presente con atomi, ioni o molecole di dimensioni particolarmente contenute (inferiori a 1 nm), invisibili anche con l’ausilio del microscopio, si parla di soluzione vera. Altrimenti, quando le dimensioni delle particelle del soluto risultano comprese tra 1 e 1000 nm, si parla di soluzione falsa, o dispersione colloidale.

Tuttavia in alcuni casi le sostanze sono miscibili, ovvero sono solubili l’una nell’altra in qualsiasi rapporto. In questi casi può essere privo di senso considerare una sostanza come il soluto e l’altra come il solvente. Quando le sostanze sono in differenti stati di aggregazione (nelle condizioni ambientali date) si definisce solvente la sostanza che conserva il suo stato di aggregazione.

Un ESEMPIO molto pratico è l’acqua frizzante: il soluto è rappresentato dall’anidride carbonica e il solvente è l’acqua pura.

In base alla quantità del soluto disciolto nel solvente, esattamente come nell’esempio qui sopra riportato, la CONCENTRAZIONE della soluzione può essere:

  • DILUITA, se la soluzione contiene pochissimo soluto
  • CONCENTRATA, se la soluzione contiene una quantità relativamente grande di soluto rispetto al solvente
  • SATURA, quando non è possibile sciogliere nel solvente dell’altro soluto, in questo caso la parte in eccesso di soluto si depositerà sul fondo del solvente

ALCUNI ESEMPI DI TIPOLOGIE DI SOLUZIONE
SOLUTO + SOLVENTE = ESEMPIO

  • soluzioni LIQUIDE
    GAS + LIQUIDO = Acqua frizzante
    LIQUIDO + LIQUIDO = Vino (Acqua e Alcol)
    SOLIDO + LIQUIDO = Acqua zuccherata
  • soluzioni SOLIDE
    SOLIDO + SOLIDO = Leghe metalliche
  • soluzioni AERIFORMI
    GAS + GAS = Aria (in prevalenza azoto e ossigeno)
    LIQUIDO + GAS = Aria umida

INTERAZIONE tra SOLUTO e SOLVENTE

Nel caso di composti ionici, il meccanismo della dissoluzione è il seguente: le molecole polari del solvente circondano i cristalli del sale, e possono anche diffondere all’interno del reticolo cristallino; in questa maniera sono indebolite le forze di attrazione tra gli ioni di carica opposta che costituiscono il cristallo, i quali quindi si trasferiranno nel solvente sotto forma di ioni solvatati.

Nel caso di soluti polari, il fenomeno della dissoluzione avviene per attrazione reciproca tra le cariche opposte dei dipoli delle molecole di soluto e solvente. Le soluzioni contenenti elettroliti sono in grado di condurre la corrente elettrica.

Nel caso di soluti apolari entrano in gioco forze di minore entità rispetto a quelle finora considerate. Questo genere di soluti riesce ad avere una certa solubilità in solventi polari, si pensi ad esempio a soluzioni di cicloesano in etanolo, grazie all’instaurarsi di interazioni di tipo dipolo-dipolo indotto. Tipicamente, i soluti apolari sono solubili nei solventi apolari e ciò è dovuto alle forze di London originatesi tra dipoli istantanei transienti; altro fattore importante, in particolar modo nei sistemi biologici, è l’interazione idrofobica.


SOLUBILITÀ e SATURAZIONE

La quantità massima di soluto che può sciogliersi in un dato solvente si chiama solubilità ed è funzione della struttura chimica dei due composti e della temperatura.

La maggior parte dei composti liquidi e solidi ha una solubilità proporzionale alla temperatura (si dice che il sistema solvente-soluto è a solubilità diretta); le solubilità dei gas hanno invece in genere un andamento opposto (in questo caso si dice che il sistema solvente-soluto è a solubilità inversa).

I valori delle solubilità delle sostanze nei diversi solventi sono costanti e sono riportati in letteratura.

Una soluzione è detta satura quando contiene la massima quantità di soluto che il solvente è in grado di sciogliere a quella temperatura; aggiungendo a una soluzione satura ulteriore soluto, questo non si scioglie, ma si separa dalla soluzione, precipitando (se è un solido), formando una nuova fase (se è un liquido) o gorgogliando (se è un gas).

Una soluzione è detta insatura quando contiene una quantità di soluto inferiore a quella massima che il solvente è in grado di sciogliere a quella temperatura; aggiungendo ulteriore soluto, questo si scioglierà nella soluzione.

In condizioni particolari, è possibile ottenere soluzioni sovrasature, ovvero soluzioni che contengono più soluto di quanto il solvente sia normalmente in grado di sciogliere a quella temperatura; tali soluzioni sono sistemi instabili che in seguito a perturbazioni meccaniche (agitazione, scuotimento, aggiunta di corpi estranei) liberano l’eccesso di soluto trasformandosi in soluzioni sature. L’aggiunta di pochi cristalli di soluto a una soluzione soprasatura per provocare la separazione del soluto è detta semina, e viene ad esempio sfruttata nell’ambito del processo industriale di cristallizzazione.

Per maggiori informazioni si consiglia di consultare:
Solubilità
Saturazione


SOLUBILITÀ e TEMPERATURA

La solubilità di una determinata sostanza dipende dalla temperatura. Esistono infatti le soluzioni endotermiche e le soluzioni esotermiche. Le soluzioni endotermiche sono quelle in cui viene trasferita energia (sotto forma di calore) dall’ambiente verso il sistema, ovvero si verifica un assorbimento di calore. Pertanto, in questo caso, la solubilità aumenta proporzionalmente alla temperatura.

Una soluzione endotermica può essere descritta come:

soluto + solvente + calore → soluzione

Le soluzioni esotermiche, invece, sono quelle che cedono energia all’ambiente esterno. Pertanto, in questo secondo caso, la solubilità diminuisce con l’aumento della temperatura.

Una soluzione esotermica può essere descritta come:

soluto + solvente → soluzione + calore

CONCENTRAZIONE

La concentrazione di un componente in una miscela è una grandezza che esprime il rapporto tra la quantità del componente rispetto alla quantità totale di tutti i componenti della miscela (compreso il suddetto componente), o, in alcuni modi di esprimerla, del componente più abbondante.

Nel caso specifico di una soluzione (che è un tipo particolare di miscela), la concentrazione di un determinato soluto nella soluzione esprime il rapporto tra la quantità del soluto rispetto alla quantità totale di soluzione, o, in alcuni modi di esprimerla, del solo solvente (ad esempio molalità).

Quando la sostanza in esame ha una concentrazione molto elevata nella miscela, si parla in genere di purezza; se non è diversamente specificato, la purezza viene intesa come la percentuale in peso della sostanza in esame rispetto al peso totale della miscela. Ad esempio se un campione di 100 grammi di argento presenta una purezza del 99,9% vuol dire che tale campione contiene 99,9 grammi di argento e 0,1 grammi di altre sostanze (dette impurezze).

Per maggiori informazioni si consiglia di consultare:
Concentrazione

pH, Acidi e Basi

SOMMARIO
pH
Acidi
Basi


pH

Il pH o altezza di acidità è una grandezza fisica che indica l’acidità (e quindi la basicità) per gas e liquidi.

Convenzionalmente, il pH di soluzioni acquose assume valori compresi fra un minimo di 0 (massima acidità) ed un massimo di 14 (massima basicità). Al valore intermedio di 7 corrisponde la condizione di neutralità, tipica dell’acqua pura a 25 °C.

Il pH può essere misurato per via elettrica, sfruttando il potenziale creato dalla differenza di concentrazione di ioni idrogeno su due lati di una membrana di vetro (si veda piaccametro), o per via chimica, sfruttando la capacità di alcune sostanze (dette INDICATORI) di modificare il loro colore in funzione del pH dell’ambiente in cui si trovano.

Molto spesso gli indicatori si usano anche supportati su strisce di carta (le cosiddette “cartine indicatrici universali”), le quali cambiano colore quando vengono immerse in sostanze acide o basiche. L’esempio più comune è quello delle “cartine di tornasole”, di colore rosa in ambiente acido e azzurro in ambiente alcalino.

GENERALMENTE e per rendere la compresione dell’approfondimento più semplice, possiamo affermare che, a 25°C, la soluzione è:

  • ACIDA se il pH è MINORE di 7
  • NEUTRA se il pH è UGUALE a 7
  • BASICA se il pH è INFERIORE di 7

Una rapida misura del pH è possibile con le cosiddette cartine indicatrici universali, sottili strisce o nastri di carta impregnati di una miscela di diversi indicatori. Di colore giallo quando asciutte, esposte a una soluzione acquosa acida o basica cambiano colore in funzione del pH della soluzione:

  •  Bordeaux  = acidità estrema (pH 0)
  •  Rosso  = acidità elevata
  •  Arancione  = acidità media
  •  Giallo  = acidità debole
  •  Giallo tendente al verde  = acidità minima
  •  Verde  = perfetta neutralità (pH 7)
  •  Verde tendente al blu  = alcalinità minima
  •  Azzurro  = alcalinità debole
  •  Blu  = alcalinità media
  •  Blu scuro  = alcalinità elevata
  •  Indaco  = alcalinità estrema (pH 14)

Conoscere e saper riconoscere il pH delle sostanze che ingeriamo o utilizziamo per la preparazione o la conservazione dei cibi è molto importante, poiché nell’alimentazione di tutti i giorni consumiamo una grande varietà di cibi e bevande che hanno pH diversi e che possono provocare, anche nel lungo periodo, gravi danni al nostro apparato digerente e per estensione al nostro organismo.


ACIDI

In chimica la definizioni di acido identifica sostanze generalmente irritanti e corrosive, capaci di intaccare i metalli e il marmo (sviluppando rispettivamente idrogeno e anidride carbonica) e di far virare al rosso una cartina al tornasole.

Come abbiamo spiegato, l’indice della forza di un acido, è il pH: quando il suo valore è inferiore a 7 indica la funzione, la sua natura e la sua concentrazione.

  •  Bordeaux  = acidità estrema (pH 0)
  •  Rosso  = acidità elevata
  •  Arancione  = acidità media
  •  Giallo  = acidità debole
  •  Giallo tendente al verde  = acidità minima

Il contatto della pelle (o di qualunque altra parte del corpo) con un acido produce generalmente un’irritazione; se l’acido è particolarmente forte o concentrato può prodursi anche un’ustione. Entità e gravità degli effetti dipendono dalla forza dell’acido e dalla sua concentrazione, nonché dalle modalità e dai tempi di contatto, e dalla loro tossicità.

Gli acidi si caratterizzano per il SAPORE ASPRO e per la loro capacità di neutralizzare le basi. Esempi di sostanze acide sono i succhi gastrici (1,0 – 2,0), il succo di limone (2,5), l’aceto (2,9), la birra (4,5), il caffè (5,0).
La nostra PELLE, quando è in perfetta salute, ha un pH con un’acidità debole equivalente a 5,5.


BASI

In chimica la definizione di base (o alcale) identifica sostanze generalmente caustiche e corrosive, capaci di intaccare i tessuti organici e di far virare al blu una cartina al tornasole.

Come abbiamo spiegato, l’indice della forza di una base, è il pH: quando il suo valore è superiore a 7 indica la funzione, la sua natura e la sua concentrazione.

  •  Verde tendente al blu  = alcalinità minima
  •  Azzurro  = alcalinità debole
  •  Blu  = alcalinità media
  •  Blu scuro  = alcalinità elevata
  •  Indaco  = alcalinità estrema (pH 14)

Le basi si caratterizzano per il SAPORE AMARO e per la loro capacità di neutralizzare gli acidi. Esempi di sostanze basiche (o alcaline) sono il latte ben conservato (6,5 – 6,7), la saliva umana (6,5 – 7,5), il bicarbonato di sodio (8,31), il sapone (9,0 – 10,0) e la varechina (12,5). 
Il nostro SANGUE ha un pH con una basicità minima con un valore compreso tra 7,35 e 7,45.

Gli Organismi Viventi

Un organismo vivente è un’entità, unicellulare o pluricellulare, soggetta alle leggi del mondo fisico e al controllo sda parte dei sistemi che esprimono l’informazione in esso contenuta.

Gli organismi viventi, compresi noi esseri umano, sono costituito per la maggior parte dagli elementi racchiusi nell’acronimo CHNOPS, ma ciò non implica, in linea di principio, che non possano esistere altre serie di elementi attorno alle quali possano crearsi sistemi di vita alternativi.

CHNOPS è l’acronimo dei sei elementi maggiormente presenti in chimica organica e che stanno alla base della materia vivente, ovvero carbonio (C), idrogeno(H), azoto (N), ossigeno (O), fosforo (P) e zolfo (S).

Le teorie sulle motivazioni per cui questi elementi siano così importanti per la vita vanno ricercati nel loro comportamento chimico. Infatti tutti questi elementi tendono a condividere elettroni, formando così legami covalenti, talvolta anche tra più di due atomi; tali legami sono molto resistenti visto che questi elementi hanno anche un piccolo raggio atomico e gli elettroni sono quindi molto vicini ai nuclei. Si stima che il 99% della materia vivente sia formata da atomi di questo tipo.

Gli atomi di tali elementi, combinandosi tra loro, danno origine a composti inorganici (quali l’acqua e i sali minerali) e composti organici (quali i glucidi, protidi e lipidi) e gli acidi nucleici (DNA, RNA) che assumono un ruolo fondamentale nelle funzioni di controllo e di riproduzione cellulare poiché contengono tutte le informazioni tipiche di ogni singola cellula e organismo.

Gli organismi viventi CONDIVIDONO alcuni ASPETTI e proprietà comuni a tutti:

  • Evoluzione: evolve, risultando imparentato con tutti gli altri organismi viventi
  • Ordine: risulta strutturato
  • Codifica: contiene al proprio interno l’informazione e le istruzioni che controllano e definiscono la sua struttura e funzione
  • Regolazione: risulta in grado di mantenere autonomamente l’omeostasi
  • Crescita e sviluppo: risulta autonomamente in grado di accrescersi
  • Energia: rappresenta un sistema termodinamico aperto, in grado di assimilare energia, incamerarla, trasformarla, e cederla all’ambiente
  • IrritabilitàSensibilità o Motilità: risulta autonomamente in grado di rispondere agli stimoli esterni

In senso più ampio, gli organismi viventi possono essere anche in grado di possedere, e nel loro complesso possiedono:

  • Capacità di riprodursi: in grado di dare origine a prole fertile la quale darà origine ad organismi simili all’adulto
  • Capacità evolutiva: può variare il proprio genotipo e fenotipo, dando origine a strutture anatomiche, vie fisiologiche e combinazioni genomiche nuove, mai comparse in precedenza all’interno della linea filogenetica alla quale appartiene (divergenza evolutiva) o già comparse all’interno di linee filogenetiche precedentemente separate (convergenza evolutiva)

Per quanto riguarda il concetto biologico di vivente, gli studiosi ritengono che gli organismi viventi condividano alcune caratteristiche fondamentali comuni che derivanti dalle quelle sopra citate, maggiori informazioni sono disponibili nell’approfondimento qui di seguito.

APPROFONDIMENTO: le caratteristiche degli aspetti

Per quanto riguarda il concetto biologico di vivente, gli studiosi ritengono che gli organismi viventi condividano alcune caratteristiche fondamentali comuni:

Dalla proprietà di ORDINE derivano le caratteristiche di:

  • Cellularità: tutti gli esseri viventi sono costituiti da unità strutturali e funzionali elementari, chiamate cellule capaci di svolgere tutte le funzioni proprie dei viventi. Le cellule, infatti, nascono, si nutrono, crescono, si riproducono e muoiono. I più semplici organismi viventi sono costituiti da una singola cellula microscopica; così ad esempio, i batteri, molte specie di alghe e i lieviti. Altri organismi, come le piante, gli animali e quasi tutti i funghi, sono formati da un elevato numero di cellule. Le cellule che costituiscono un organismo pluricellulare possono essere strettamente saldate le une alle altre o essere relativamente libere e indipendenti. In ogni caso, sono in comunicazione chimica tra di loro, possono essere esse stesse a costituire l’organismo o possono essere aggregate a costituire una comunità di cellule definita organismo.
  • Complessità: i viventi sono esseri complessi e altamente integrati. Un batterio, che è una delle forme di vita più piccole, è fatto da circa 7000 sostanze chimiche diverse. Ognuna ha una sua funzione biologica ben precisa e deve essere sempre presente nella quantità “giusta” per il buon funzionamento del batterio. Se poi si considera l’uomo, si scopre che è costituito da almeno 10000 miliardi di cellule; queste, a loro volta, sono composte da decine di migliaia di sostanze chimiche diverse distribuite in numerose strutture microscopiche (organuli cellulari). Nel corpo umano le cellule sono differenziate in circa 200 tipi diversi. I vari tipi di cellule sono organizzati in tessuti che, a loro volta, formano gli organi. Gli organi costituiscono i sistemi e gli apparati e questi s’integrano a formare l’organismo.

Dalla proprietà di CODIFICA derivano le caratteristiche di:

  • Informazione: il mantenimento e la trasmissione di generazione in generazione della complessità dei viventi richiedono una quantità d’informazioni che, anche per il più semplice di essi, è superiore a quella contenuta in una voluminosa enciclopedia. Ogni struttura e ogni attività, dalla singola molecola all’intero organismo, dalla nascita alla morte, sono codificate nel genoma. I primi elementi del genoma scoperti furono i geni che sono formati dalla molecola di DNA racchiusa nei cromosomi del nucleo cellulare. Ciascun gene “contiene” un’informazione che, di volta in volta, può essere modulata e coordinata con quella di altri geni. Ne risulta un armonico e complesso sistema che dirige le attività svolte dalle varie cellule non solo nell’organismo adulto, ma anche durante la sua crescita e il suo sviluppo.

Dalla proprietà di ENERGIA derivano le caratteristiche di:

  • Metabolismo: “Metabolismo” significa trasformazione. Infatti, ogni organismo va incontro a continue trasformazioni rese necessarie dal mantenimento della sua complessa struttura, dalla crescita e dai continui adattamenti all’ambiente. Più propriamente, per metabolismo s’intende quel complesso di ben organizzate reazioni chimiche capaci di sfruttare energia esterna per rinnovare, accrescere o riparare le strutture dell’organismo. Tutto ciò comporta, appunto, una continua trasformazione di numerose molecole. L’alimentazione, la respirazione e l’escrezione sono l’espressione più evidente e manifesta dei processi metabolici che si compiono in un organismo.

Dalla proprietà di CAPACITÀ RIPRODUTTIVA derivano le caratteristiche di:

  • Riproduzione: ciascun vivente deve essere in grado di riprodursi almeno in una fase del proprio ciclo vitale, con modalità e tempi spesso differenti e propri di ogni specie, cioè deve poter generare altri organismi simili a se stesso. Un organismo unicellulare duplica il proprio DNA, si accresce e si divide in due cellule figlie che erediteranno una delle due copie del DNA. In alcuni organismi pluricellulari, invece, la riproduzione avviene attraverso la fusione di due cellule (dette gameti), prodotte da due individui di sesso opposto. Il risultato di questa fusione si chiama zigote ed è una cellula che contiene metà del DNA proveniente dal padre, e metà proveniente dalla madre. L’individuo che si sviluppa dallo zigote assomiglia ai genitori, ma sarà diverso da tutti e due. In questo modo, a ogni generazione appariranno sempre nuove varianti della stessa specie.

Dalla proprietà di CRESCITA derivano le caratteristiche di:

  • Sviluppo: la crescita è una proprietà caratteristica degli organismi viventi. I batteri s’ingrandiscono, seppure di poco, dopo una divisione riproduttiva. Di norma, negli organismi a riproduzione sessuata lo zigote si divide più volte fino a formare miliardi di cellule. L’accrescimento può essere accompagnato dalla comparsa di nuovi tipi cellulari, di nuovi tessuti e di nuovi organi, può rappresentare un semplice ingrandimento od anche un drastico cambiamento anatomico e metabolico come nel caso della metamorfosi.

Dalla proprietà di EVOLUZIONE derivano le caratteristiche di:

  • Adattamento: Gli organismi viventi possono cambiare nel tempo la propria anatomia e fisiologia adattandola all’ambiente. Attraverso la riproduzione, i genitori trasmettono al figlio copia o parte dei propri geni, cioè una copia o una parte del proprio materiale ereditario. Per questo il figlio non risulta del tutto uguale al genitore ma possiede caratteri ereditari diversi. In più potrebbe possedere anche qualche caratteristica nuova che non esisteva nei suoi antenati. Un nuovo carattere, o mutazione, si origina in conseguenza del fatto che il materiale ereditario viene trasmesso lievemente alterato rispetto a quello originale. L’accumulo di tali variazioni nel tempo e nello spazio può condurre alla formazione di organismi con caratteristiche strutturali assai diverse. In tal modo, nel corso delle ere geologiche, hanno avuto origine le nuove specie di organismi viventi. Attente analisi e studi approfonditi testimoniano che l’attuale grande varietà degli organismi viventi si è originata attraverso un processo chiamato evoluzione. Esso altro non è che il risultato delle variazioni genetiche sommatesi nell’arco di tempo che divide le prime forme di vita da quelle attuali.

Dalla proprietà di IRRITABILITÀ o MOTILITÀ derivano le caratteristiche di:

  • Interazione: tutti gli organismi viventi interagiscono con l’ambiente e tra di loro. Sappiamo che una pianta per crescere ha bisogno di acqua, di sali minerali, di anidride carbonica, di luce e di ossigeno: tutte queste “materie prime” essa le assorbe dall’ambiente fisico. La loro maggiore o minore disponibilità influirà sulla sua crescita e la sua moltiplicazione, inoltre sono in grado di rispondere a stimoli esterni orientando le proprie foglie e radici in risposta rispettivamente ai raggi solari ed alla forza di gravità. Anche la temperatura, la pioggia, il vento, la latitudine e l’altitudine influiscono sulla vita delle piante. Le piante stanno alla base dell’alimentazione per gli animali e per l’uomo, che da esse a loro volta ricavano “materie prime” ed energia. Anche i più semplici organismi quali batteri od alghe unicellulari posseggono recettori di superficie che gli permettono di distinguere fra i membri della propria specie, specie estranee, cibo, ecc. e rispondere adeguatamente a tali stimoli.

Esistono molti casi non semplici da definire. I virus sono un caso limite, dal momento che non sono capaci di riprodursi autonomamente, ma hanno bisogno di una cellula ospite, spesso un batterio, sono cristalli molecolari in grado di replicarsi ma non possiedono un proprio metabolismo. Il dibattito coinvolge anche gli elementi trasponibili del genoma, unità costituite da sequenze a DNA, anche conosciute come parassiti endonucleari obbligati. Taluni autori ritengono si tratti di virus rimasti imprigionati nel genoma. Tali elementi, sebbene in grado di riprodursi generando copie di se stessi, sfuggono ai tentativi di classificazione, in quanto sono molecole parassite del DNA, che possono prosperare e riprodursi esclusivamente all’interno del nucleo cellulare.

La CHIMICA ORGANICA si occupa dello studio del carbonio e dei suoi componenti, per estensione di tutte caratteristiche chimiche e fisiche delle molecole organiche. Lo studio specifico delle sostanze che compongono gli organismi viventi e le loro trasformazioni si chiama BIOCHIMICA.

Il CARBONIO l’elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha come simbolo C e come numero atomico 6: ha una grande affinità per i legami chimici con atomi di altri elementi a basso peso atomico (tra cui il carbonio stesso) e le sue piccole dimensioni lo rendono in grado di formare legami multipli: la successione all’interno di una molecola di più atomi di carbonio prende il nome di CATENA CARBONIOSA (o scheletro carbonioso).

Il carbonio impegna i suoi quattro elettroni più esterni in quattro legami covalenti, che possono essere dei seguenti tipi:

  • legami semplici, caratteristici dei composti saturi
  • legami doppi
  • legami tripli

I composti che presentano legami doppi o tripli sono definiti insaturi. La catena carboniosa può avere struttura lineare (se costituito da una singola catena aperta), ramificata (se costituito da più catene aperte) o ad anello (detta “formula ciclica”, se costituito da una catena chiusa).

L’Organismo Umano

L’organismo umano è un grande sistema di relazioni e connessioni, che esprime l’intera struttura fisica di un essere umano, composto da diversi tipi di cellule che insieme formano tessuti, a loro volta sono organizzati in sistemi di organi o apparati, ovvero dunque un sistema in cui tutti i vari sottosistemi o apparati sono in interazione reciproca tra loro per produrre la vita, e per questo dal punto di vista fisico è spesso visto come un sistema complesso.

Questo breve sintesi sul nostro “corpo” non approfondirà in nessun modo i dettagli della nostra anatomia, l’obiettivo è illustrare la composizione riassuntiva delle nostre cellule, tessuti e organi per meglio comprendere l’importanza dell’alimentazione.

Come tutti gli organismi viventi, anche il corpo umano è composto da elementi dell’acronimo CHNOPS, quali il carbonio (C), idrogeno(H), azoto (N), ossigeno (O), fosforo (P) e zolfo (S). Questi elementi sono presenti sia nelle cellule sia nei componenti non cellulari dell’organismo.

Il corpo maschile adulto è formato per circa il 70-80% di acqua, pressappoco 42 litri. Il liquido è suddiviso in circa 19 litri nel compartimento extracellulare (inclusi i 3,2 litri di plasma sanguigno e 8,4 litri di liquido interstiziale) e 23 litri nel compartimento intracellulare. Il contenuto, l’acidità e la composizione dell’acqua all’interno e all’esterno delle cellule sono mantenute attraverso i meccanismi omeostatici. Gli elettroliti principali nell’acqua corporea all’esterno delle cellule sono sodio e cloro, mentre all’interno delle cellule si trovano potassio e altri fosfati.

La composizione chimica media dell’organismo umano è la seguente: 60% acqua, 18% protidi, 17% lipidi, 4% sali minerali, 1% glucidi; le vitamine (anch’esse composti organici) sono presenti soltanto in tracce. Questi valori sono variabili in funzione delle caratteristiche individuali e dell’età. Il valore che più significativamente cambia è l’acqua: nel neonato è circa il 75% del peso, mentre nell’adulto scende a circa il 60%. Anche i lipidi registrano una sensibile variazione: tendono infatti ad aumentare con l’età dell’individuo.

Negli alimenti sono contenute le stesse sostanze che si ritrovano nell’organismo umano, ma in percentuale molto variabile in relazione al tipo di cibo.

CELLULE

Il nostro corpo contiene bilioni di cellule: sommando il numero di cellule di tutti gli organi del corpo, a maturità, ci sono all’incirca 30-37 mila miliardi di cellule nell’organismo. Nel tratto gastrointestinale e sulla pelle sono presenti un ugual numero di cellule non umane e di organismi pluricellulari. Non tutte le parti del corpo sono costituite da cellule. Le cellule sono immerse in un materiale extracellulare costituito da proteine come il collagene, circondato dai fluidi extracellulari. Dei 70 kg di peso di un corpo umano medio, circa 25 kg è composto da cellule non umane o materiale non cellulare come le ossa e il tessuto connettivo.

Le cellule del corpo funzionano grazie al DNA, che si trova all’interno del nucleo cellulare. Qui, parti del DNA vengono copiate e trasformate in RNA. L’RNA viene utilizzato per creare proteine che sono fondamentali per ogni attività cellulare. Non tutte le cellule hanno DNA, per esempio i globuli rossi maturi perdono il loro nucleo dopo la maturazione.

TESSUTI

Il corpo è costituito da molti diversi tipi di tessuti, che sono raggruppamenti di cellule dotati di una funzione specializzata. Lo studio dei tessuti è chiamato istologia, e si effettua mediante microscopi. Il corpo è costituito da quattro tipi principali di tessuti: tessuto epiteliale, tessuto connettivo, tessuto nervoso e tessuto muscolare.

Le cellule esposte verso l’esterno o sul tratto gastrointestinale (epiteli) e quelle che si trovano nelle cavità interne (endotelio) sono dotate di forme diverse: cellule piatte in singoli strati, cellule cigliate nei polmoni, cellule cilindriche nello stomaco. Le cellule endoteliali rivestono le cavità interne, compresi i vasi sanguigni e le ghiandole. Le cellule epiteliali regolano il trasporto di sostanze, proteggono le strutture interne e funzionano come superfici sensoriali.

ORGANI

Gli organi sono insiemi di cellule con una funzione specifica, che risiedono in cavità all’interno del corpo come l’addome e la pleura. Rappresentano parti spazialmente definite nel corpo, formano delle unità di lavoro specializzate e presentano rapporti, struttura e funzioni caratteristiche.

I sistemi di organi del corpo umano includono:

  • Apparato locomotore, che ha il compito di dare al corpo la sua forma e la capacità di movimento. È costituito dallo scheletro (ossa, legamenti, tendini e cartilagine) e i muscoli. Oltre al loro ruolo strutturale, le ossa più grandi del corpo contengono il midollo osseo, il sito di produzione dei globuli rossi. Inoltre, tutte le ossa sono importanti siti di stoccaggio di calcio e fosfato. Può essere diviso in:
    Apparato scheletrico
    Sistema muscolare
  • Sistema nervoso, che ha la funzione di ricevere, trasmettere, controllare e elaborare gli stimoli interni e esterni del corpo. È formato da sistema nervoso centrale (il cervello e il midollo spinale) e sistema nervoso periferico (nervi e gangli al di fuori del cervello). Il cervello è l’organo responsabile del pensiero, emozioni, memoria e elaborazione sensoriale e controlla i vari sistemi e funzioni. I sensi speciali consistono in vista, udito, gusto e olfatto. Gli occhi, le orecchie, la lingua e il naso raccolgono le informazioni dall’ambiente, che vengono inviate al cervello per essere elaborate.
  • Apparato respiratorio, composto da naso, faringe, trachea e polmoni. Ha la funzione di portare l’ossigeno alle cellule ed espellere l’anidride carbonica e l’acqua nell’aria.
  • Apparato cardio-circolatorio, costituito da cuore e vasi sanguigni (arterie, vene e capillari). Il cuore consente la circolazione del sangue, un fluido che ha il compito di trasportare ossigeno, sostanze nutritive, prodotti di scarto, cellule immunitarie e ormoni da una parte all’altra del corpo.
  • Sistema circolatorio linfatico, che ha il compito di estrarre, trasportare e metabolizzare la linfa, il fluido che si trova nello spazio tra le cellule. Il sistema linfatico è simile al sistema circolatorio per struttura e funzione.
  • Apparato digerente, costituito da la bocca, inclusi lingua e denti, esofago, il tratto gastrointestinale (stomaco, intestino tenue, crasso e retto), oltre al fegato, pancreas, cardias (costituito da esofago e stomaco), piloro (costituito da stomaco e duodeno), cistifellea, dotto cistico e ghiandole salivari. Ha la funzione di frammentare il cibo in molecole più piccole, che vengono distribuite e assorbite dal corpo.
  • Sistema immunitario, costituito da globuli bianchi, timo, linfonodi e canali linfatici. Il sistema immunitario fornisce al corpo la capacità di distinguere le proprie cellule dalle cellule o sostanze esterne, neutralizzandole attraverso proteine specializzate come gli anticorpi e le citochine.
  • Sistema endocrino, formato dalle principali ghiandole endocrine: l’ipofisi, la tiroide, le ghiandole surrenali, il pancreas, le paratiroidi e le gonadi. Anche gran parte degli organi e tessuti producono specifici ormoni endocrini. Gli ormoni endocrini fungono da segnali tra le varie parti dell’organismo, grazie ai quali è possibile l’attuarsi di un’enorme varietà di funzioni.
  • Apparato uro-genitale
    Apparato urinario, costituito da reni, ureteri, vescica e uretra. Rimuove i materiali tossici dal sangue per produrre urina, che trasporta una varietà di molecole di scarto e ioni in eccesso e acqua fuori dal corpo.
    Apparato riproduttore, formato dalle gonadi e dagli organi sessuali interni ed esterni. Il sistema riproduttivo produce i gameti di ciascun sesso, garantisce la loro combinazione, e nella femmina durante i primi 9 mesi fornisce un ambiente ideale per la formazione del bambino.

ANATOMIA

L’anatomia umana è lo studio della forma e delle caratteristiche del corpo umano. Il corpo umano ha quattro arti (due braccia e due gambe), una testa e un collo che si collegano al tronco. La forma del corpo è determinata da uno scheletro fatto di ossa e cartilagine, circondato da grasso, muscoli, tessuto connettivo, organi e altre strutture. La colonna vertebrale nella parte posteriore dello scheletro contiene il midollo spinale, che è una raccolta di fibre nervose che collega il cervello al resto del corpo. Tutte le principali ossa, muscoli e nervi del corpo hanno un nome, ad eccezione delle variazioni anatomiche come le ossa sesamoidi e i muscoli accessori. Il corpo umano è costituito mediamente, tralasciando altri sistemi, da 206 ossa e circa 650 muscoli.

Il corpo è costituito da diverse cavità, aree separate che ospitano diversi sistemi di organi. Il cervello e il sistema nervoso centrale risiedono in un’area protetta dal resto del corpo dalla barriera emato-encefalica. I polmoni risiedono nella cavità pleurica. L’intestino, il fegato e la milza si trovano nella cavità addominale.

Altezza, peso, forma e altre proporzioni del corpo variano a seconda dell’individuo, l’età e il sesso. La forma del corpo è influenzata dalla distribuzione di tessuto muscolare e grasso.

I vasi sanguigni trasportano il sangue in tutto il corpo, che viene spinto in circolo dal battito del cuore. Venule e vene raccolgono il sangue a basso contenuto di ossigeno dai tessuti, convogliandolo nelle vene più grandi fino a raggiungere la vena cava superiore e inferiore, che drenano il sangue nella parte destra del cuore. Da qui, il sangue viene pompato nei polmoni dove riceve l’ossigeno e torna indietro nel lato sinistro del cuore. Il sangue viene poi pompato nell’arteria più grande del corpo, l’aorta, e poi progressivamente alle arterie più piccole e alle arteriole fino a raggiungere i tessuti. Qui il sangue passa ai capillari, poi alle piccole vene e il processo ricomincia. Il sangue trasporta ossigeno, prodotti di scarto e ormoni da un posto all’altro del corpo a un altro. Il sangue viene filtrato ai reni e al fegato.

FISOLOGIA

La fisiologia umana è lo studio del funzionamento del corpo umano, che comprende le funzioni meccaniche, fisiche, bioelettriche e biochimiche di tutti gli esseri umani in buona salute. Il corpo umano è costituito da molti sistemi interagenti di organi che interagiscono fra loro per mantenere l’omeostasi, ovvero uno stato stabile in cui tutte le sostanze presenti nell’organismo, ad esempio zucchero e ossigeno, rimangono entro livelli non patologici.

Ogni sistema contribuisce alla sua omeostasi, ma anche a quella degli altri sistemi e dell’intero organismo. Alcuni sistemi combinati vengono indicati con nomi comuni. Ad esempio, il sistema nervoso e il sistema endocrino operano insieme come sistema neuroendocrino. Il sistema nervoso riceve informazioni dal corpo e le trasmette al cervello tramite impulsi nervosi e neurotrasmettitori. Il sistema endocrino rilascia ormoni utili per regolare la pressione e il volume del sangue. Insieme, questi sistemi regolano l’ambiente interno del corpo, mantenendo il flusso sanguigno, la postura, l’apporto energetico, la temperatura e il PH.

Principi Nutritivi

principi nutritivi (o nutrienti) sono sostanze assunte durante il processo di nutrizione e sono indispensabili alla vita e al metabolismo di tutti gli organismi viventi.

In biochimica il metabolismo (dal greco μεταβολή ossia “cambiamento”), è l’insieme delle trasformazioni chimiche che si dedicano al mantenimento vitale all’interno delle cellule degli organismi viventi. Queste reazioni catalizzate da enzimi consentono agli organismi di crescere e riprodursi, mantenere le proprie strutture e rispondere alle sollecitazioni dell’ambiente circostante. La parola “metabolismo” può anche riferirsi a tutte quelle reazioni chimiche che avvengono negli organismi viventi, incluse la digestione e il trasporto di sostanze all’interno delle cellule e tra cellule differenti, nel qual caso la serie di reazioni che avvengono all’interno delle cellule prende il nome di metabolismo intermedio.

I principi nutritivi si possono suddividere, sommariamente, in tre categorie:

  • ENERGETICI, per fornire energia per il mantenimento delle funzioni vitali e per le attività corporee e sono diversi a seconda del tipo di organismo vivente: gli esseri umani necessitano di glucidi (carboidrati), lipidi (grassi) e dei protidi (lunghe catene di amminoacidi che formano diversi tipi di proteine);
  • PLASTICI, per fornire materiale plastico per la crescita, il rimodellamento, la sostituzione e la riparazione delle cellule;
  • BIOREGOLATORI e NUTRIENTI INORGANICI, per fornire materiale regolatore delle reazioni metaboliche (minerali, vitamine e ogni altra molecola essenziale nello specifico metabolismo esaminato, come amminoacidi essenziali e altro).

L’insieme delle quantità di macro e micronutrienti necessarie per mantenere lo stato di salute dell’uomo è definito Fabbisogno Sostanziale Umano, ovvero tutte quelle sostanze essenziali che sono indispensabili alla sopravvivenza e che il metabolismo umano non riesce a sintetizzare in quantità sufficiente. Questi elementi devono quindi essere somministrati attraverso l’alimentazione.

MACRONUTRIENTI

I macronutrienti sono sostanze necessarie per la produzione di energia e per fornire materiale plastico per la crescita e la rigenerazione del corpo. In particolare:

  • l’ACQUA
  • GLUCIDI (o carboidrati), forniscono 4 kcal/gr.
    Sono la fonte energetica principale in quanto vengono rapidamente metabolizzati in glucosio che viene usato come “carburante” per lo svolgersi di tutte le funzioni delle cellule e dei tessuti. Le maggiori fonti alimentari di carboidrati sono gli alimenti farinacei (pasta, pane ecc.), i tuberi amidacei (patate ecc.), i legumi, la frutta e lo zucchero.
  • i PROTIDI (o proteine), forniscono 4 kcal/gr.
    Sono il principale materiale plastico che serve per la costruzione dei tessuti e degli organi. I muscoli per esempio sono principalmente costituiti da proteine. L’assunzione di proteine è quindi molto importante nei bambini in crescita, poiché devono “costruire” il proprio corpo, ma sono indispensabili anche in età adulta per la rigenerazione dei tessuti. Le proteine inoltre hanno una funzione importante per il sistema immunitario e ormonale, e possono essere usate per produrre energia in carenza di glucidi. Le maggiori fonti alimentari di proteine sono la carne, animali acquatici come pesci, il latte e le uova, ma anche i legumi (soia, fagioli, piselli) ne sono molto ricchi. Nella scelta degli alimenti proteici è importante considerarne il valore biologico.
  • i LIPIDI (o grassi), forniscono 9 kcal/gr.
    Sono un’importante fonte di energia e possono servire come riserva in quanto vengono utilizzati più lentamente che i glucidi. Sono inoltre fondamentali per il mantenimento delle membrane cellulari e per l’assorbimento di alcune vitamine (A, D, E, e K). I lipidi sono contenuti soprattutto nei condimenti grassi come burro, olio, strutto e lardo, ma anche nella carne, nel pesce e nella frutta secca (noci, mandorle ecc.). La qualità e gli effetti sulla salute dei lipidi sono direttamente correlati al loro contenuto in acidi grassi, che differisce molto tra grassi di origine animale e vegetale.

MICRONUTRIENTI

I micronutrienti sono sostanze nutritive che devono necessariamente essere assunte, anche in piccola quantità, dall’organismo, in quanto indispensabili ai fini del metabolismo. In particolare si suddividono in:

  • Vitamine
  • Sali Minerali

L’ACQUA

L’acqua è un composto chimico di formula molecolare H2O, in cui i 2 atomi di idrogeno sono legati ad 1 di ossigeno con legame covalente polare. In condizioni di temperatura e pressione normali si presenta come un sistema bifase, costituito da un liquido incolore e insapore (che viene chiamato “acqua” in senso stretto) e da un vapore incolore (detto vapore acqueo). Si presenta allo stato solido (detto ghiaccio) nel caso in cui la temperatura sia uguale o inferiore alla temperatura di congelamento.

Essendo l’acqua un ottimo solvente, le acque naturali contengono disciolte moltissime altre sostanze, ed è per questo motivo che con il termine “acqua” si intende comunemente sia il composto chimico puro di formula H2O, sia la miscela (liquida) formata dallo stesso, con altre sostanze disciolte al suo interno.

L’acqua è una componente fondamentale di tutti gli organismi viventi presenti sul nostro pianeta: si trova in elevate percentuali nelle cellule e agisce come solvente per tutte le biomolecole (come carboidrati, proteine, vitamine idrosolubili ecc.), dando loro la possibilità di reagire tra di loro nelle varie reazioni biochimiche. Oltre che come solvente, l’acqua partecipa attivamente come reagente in diverse reazioni metaboliche, soprattutto quelle di idrolisi, ed è, assieme all’anidride carbonica, uno dei principali reagenti della fotosintesi clorofilliana; è inoltre, sempre assieme alla CO2, il prodotto conclusivo del processo di respirazione cellulare.

Essendo il principale costituente della gran parte dei viventi, l’acqua è quindi presente anche nell’organismo umano, in percentuali variabili a seconda dell’età, del sesso e del peso. I fluidi corporei che hanno il maggiore contenuto di acqua sono il liquido cefalo-rachidiano (99%), il midollo osseo (99%) e il plasma sanguigno (85%). Risulta quindi di fondamentale importanza per il trasporto dei nutrienti in tutti i distretti corporei e per l’eliminazione e l’escrezione, tramite l’urina, delle scorie prodotte nelle reazioni biochimiche. L’acqua inoltre svolge una funzione determinante nella regolazione della temperatura corporea (tramite la sudorazione) e della concentrazione dei sali minerali; partecipa inoltre alla digestione, favorendo il transito intestinale e l’assorbimento delle sostanze nutritive. Proprio perché l’acqua deve essere presente in quantità molto elevate nell’alimentazione umana viene classificata come “macronutriente“.

L’ALIMENTAZIONE CORRETTA

Un’alimentazione sana è quella che fornisce tramite gli alimenti assunti quotidianamente la quantità di nutrienti che corrisponde al proprio fabbisogno. La nutrizione, come tutte le scienze, è in continua evoluzione e l’acquisizione di nuovi dati e nuovi studi fa sì che le raccomandazioni per una dieta corretta vengano periodicamente aggiornate in funzione delle nuove conoscenze.

Uno schema utilizzato per visualizzare quali sono le proporzioni di alimenti che è consigliabile assumere è quello delle piramidi alimentari. Si tratta di piramidi divise da piani che delimitano dei volumi. Ad ogni settore coincide una tipologia di alimento e la sua relativa quantità, compresa l’acqua, ed eventualmente anche la quantità di attività motoria come elemento fondamentale. I volumi maggiori della piramide trovano gli alimenti che possono essere consumati in quantità maggiore. Proseguendo troviamo quei cibi il cui consumo deve essere progressivamente più limitato.

Un esempio di piramide alimentare che combina raccomandazioni dietetiche a consigli per un’attività motoria adeguata.

Esistono diverse versioni della piramide alimentare, che riflettono diverse teorie scientifiche in merito.

 

Descrivendo brevemente una delle piramidi a frazionamento orizzontale vediamo che alla base della piramide si trova l’acqua, poi frutta e ortaggi, essenziali per l’apporto in vitamine e minerali, ma anche di fibre, importanti non per la funzione nutriente ma per il mantenimento della funzione digestiva dell’intestino.

 

Al terzo piano si trovano i cibi ricchi in carboidrati complessi (pasta, pane, riso, cereali), che in molti regimi alimentari dovrebbero rappresentare la maggiore fonte di energia.

 

Al quarto piano si trovano gli alimenti proteici (carne, pesce, uova, legumi).

 

Al quinto piano si trovano latte e derivati, e al sesto i grassi (olio e burro): questi alimenti, in condizioni metaboliche e di attività medie vanno consumati in quantità limitate anche perché hanno una densità energetica maggiore (cioè a parità di peso forniscono più calorie delle altre categorie di alimenti).

 

All’apice troviamo vino e birra, e infine i dolci.

 

In molti casi la piramide alimentare viene combinata con consigli per un’adeguata attività fisica, altro elemento insieme alla dieta che permette di mantenersi in salute. Questo tipo di schema viene definito “piramide alimentare-motoria”.

Questa è una suddivisione semplificata e di massima, considerando una notevole variabilità di approcci alimentaristi, dal vegetarianismo, all’esclusione dei latticini per motivi di indigeribilità genetica del lattosio, al bando religioso di alcune carni animali o delle bevande fermentate, fattori inerenti eventuali patologie a parte.

La scienza della nutrizione umana studia il rapporto tra l’alimentazione e lo stato di salute o malattia, dove molti comuni problemi di salute possono essere evitati o alleviati con una dieta appropriata. La figura professionale competente per la prescrizione di una terapia dietetica (che può essere un intervento di tipo artificiale, nutrizione enterale/parenterale  o dietetico) è il medico-chirurgo (tutte le specialità), mentre le figure competenti per l’elaborazione della dieta sono il dietologo (medico-chirurgo specializzato in scienza dell’alimentazione), il nutrizionista (biologo specializzato) ed il dietista (professione sanitaria tecnico-assistenziale).

Tabelle di Composizione degli Alimenti

Le Tabelle di Composizione degli Alimenti, ad opera del CREA (Consiglio per la Ricerca in agricoltura e l’analisi dell’Economia Agraria), raccolgono gran parte dei dati che il “CREA Centro Alimenti e Nutrizione” ha selezionato e analizzato negli ultimi anni.

La Ricerca Dati permette di consultare le Tabelle di Composizione degli Alimenti utilizzando una delle seguenti modalità:

  • Ricerca per alimento: digitare liberamente il nome dell’alimento o parte di esso nella casella. Il risultato sarà una lista di alimenti contenenti i criteri richiesti nel nome dell’alimento
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  • Ricerca per ordine alfabetico: è possibile ricercare gli alimenti utilizzando un elenco riportato in ordine alfabetico

La banca dati può essere consultata liberamente da tutti gli interessati.

GLUCIDI (Carboidrati)

SOMMARIO
Introduzione
Caratteristiche
Ruolo Biologico e Proprietà Nutrizionali


INTRODUZIONE

glucidi (dal greco γλυκύς, cioè “dolce”) sono dei composti chimici organici formati da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno. Sono chiamati anche carboidrati (da “idrati di carbonio”) o saccaridi. I glucidi hanno numerose funzioni biologiche, tra cui quella di fonte energetica e trasporto dell’energia (esempio: amido, glicogeno) e quella strutturale (della cellulosa nelle piante e della cartilagine negli animali).

Nell’organismo umano rappresentano solo l’1% del peso corporeo, ma svolgono importanti funzioni biologiche.

Il glucide più importante è il GLUCOSIO (C6H12O6),  sintetizzato dagli organismi autotrofi (i vegetali) che, grazie alla clorofilla, trasformano l’energia solare in energia chimica: tale processo è noto come “fotosintesi clorofilliana” e consiste nella produzione di glucosio a partire da molecole organiche semplici: l’anidride carbonica (CO2) presente nell’atmosfera e l’acqua (H2O) assorbita dal terreno. Nel corso di questa reazione si libera ossigeno (O2), molecola essenziale per la vita degli esseri viventi.

FOTOSINTESI CLOROFILLIANA
Durante la fotosintesi, con la mediazione della clorofilla, la luce solare permette di convertire “6 molecole di CO2“e “6 molecole di H2O” in una molecola di glucosio (C6H12O6), zucchero fondamentale per la vita della pianta.

 

6CO2 + 6H2O + energia solare → C6H12O6 + 6O2

Come sottoprodotto della reazione si producono “6 molecole di ossigeno” che la pianta libera nell’atmosfera attraverso gli stomi che si trovano nella foglia.

Il glucosio successivamente dà origine alla formazione di altri glucidi, di protidi e lipidi, costituendo i nutrienti per gli animali erbivori (organismi eterotrofi), ecco perché i glucidi sono alla base della catena alimentare.


CARATTERISTICHE

Dal punto di vista chimico, i glucidi sono composti ternari in quanto formati da tre elementi chimici: carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O). Sono indifferentemente chiamati zuccheri o carboidrati.

La maggior parte dei glucidi può essere descritta dalla formula Cn(H2O)n, dove n è un numero maggiore o uguale a tre. Una molecola di gludice contiene sempre diversi funzionali ossidrili (-OH) insieme a un gruppo aldeidico (-CHO) oppure, alternativamente, insieme a un gruppo chetonico (-CO-). Secondo questa differenza possono essere suddivisi in:

  • glucidi ALDOSI
  • glucidi CHETOSI

Esistono diverse classificazioni dei saccaridi, a seconda del numero di unità ripetitive che li compongono possono essere suddivisi in:

  • i MONOSACCARIDI formati da una sola unità ripetitiva, tra questi si contano il glucosio, il galattosio, il fruttosio e il deossiribosio;
  • gli OLIGOSACCARIDI formati da poche unità ripetitive:
    disaccaridi: formati da due unità ripetitive;
    trisaccaridi: formati da tre unità ripetitive;
  • i POLISACCARIDI formati da molte unità ripetitive: tra questi si conta l’amido.

I glucidi si distinguono inoltre in:

  • GLUCIDI SEMPLICI: monosaccaridi e oligosaccaridi;
  • GLUCIDI COMPLESSI: polisaccaridi.

CLASSIFICAZIONE DEI GLUCIDI

SEMPLICI

  • Monosaccaridi
    Glucosio (frutta e miele)
    Fruttosio (frutta e miele)
    Galattosio (latte, combinato con il glucosio)
  • Dissacaridi
    Saccarosio (canna e barbabietola da zucchero)
    Lattosio (latte)
    Maltosio (malto dei cereali)

COMPLESSI

  • Polisaccaridi
    Amido (cereali, tuberi e legumi)
    Cellulosa (cereali integrali, legumi, frutta e ortaggi)
    Glicogeno (tracce nelle carni)
MONOSACCARIDI

monosaccaridi, conosciuti anche come zuccheri semplici (dal greco μόνος, mònos, «singolo», e σάκχαρον, sàccaron, «zucchero») sono molecole semplici prodotte dagli organismi autotrofi attraverso la fotosintesi clorofilliana, gli animali assumono poi direttamente o indirettamente tali molecole delle piante. I monosaccaridi sono solidi, solubili in acqua, hanno aspetto cristallino, colore bianco e sapore dolce.

Sono classificati a seconda del tipo di gruppo carbonilico (aldeidico o chetonico) e dal numero di atomi di carbonio contenuti nella molecola, che possono variare da 3 a 9. I monosaccaridi più importanti sono quelli che contengono 3, 5 oppure 6 atomi di carbonio, rispettivamente appartenenti ai gruppi dei triosipentosi ed esosi:

  • nei TRIOSI la forma aldeidica si chiama gliceraldeide, mentre la forma chetonica viene chiamata diidrossiacetone;
  • nei PENTOSI la forma aldeidica si chiama ribosio, mentre la forma chetonica prende il nome di ribulosio;
  • infine, negli ESOSI la forma aldeidica si chiama glucosio, mentre la forma chetonica prende il nome di fruttosio.

I più importanti dal punto di vista nutrizionale sono il GLUCOSIO (aldoso), il FRUTTOSIO (chetoso) e il GALATTOSIO (aldoso): tutti e tre sono costituiti da 6 atomi di carbonio (esosi) e presentano la formula grezza C6H12O6 ma diversa formula di struttura.

Qui di seguito è possibile accedere ad un breve approfondimento, è sufficiente selezionare l’argomento per visualizzare il testo.

GLUCOSIO

Il GLUCOSIO, noto anche come glicosio o destrosio (limitatamente all’enantiomero destrogiro), è un monosaccaride aldeidico; è il composto organico più diffuso in natura, sia libero sia sotto forma di polimeri. È una molecola chirale, ne esistono quindi due enantiomeri:

  • l’enantiomero destrogiro (D-glucosio o destrosio) è il più diffuso in natura, presente allo stato libero in numerosi frutti zuccherini; si trova anche nella maggior parte dei liquidi organici, nel fegato, nel sangue e nella milza.
  • l’enantiomero levogiro (L-glucosio).

È uno degli zuccheri più importanti ed è usato come fonte di energia sia dagli animali che dalle piante. Il glucosio è il principale prodotto della fotosintesi ed è il combustibile della respirazione.

Si scioglie bene in acqua (909 g/L a 25 °C) e poco in etanolo. Una soluzione di 100 g/L in acqua a 20 °C ha pH circa 7.

Il glucosio è uno zucchero aldoesoso perché la sua molecola è composta da sei atomi di carbonio (-esoso) e contiene un gruppo carbonilico aldeidico -CHO tipico delle aldeidi (aldo-). La sua forma più stabile è quella in cui uno dei gruppi ossidrile si lega al carbonio C1 del gruppo aldeidico (-CHO) a formare un anello a 6 atomi, un anello piranosico, la cui struttura è riportata in figura. La reazione di formazione dell’anello è reversibile; a pH 7 circa lo 0,0026% delle molecole è presente in forma aperta.

È la principale fonte di energia per gli organismi viventi, ma anche tutti gli altri carboidrati hanno un ruolo molto importante. La combustione del glucosio attraverso la respirazione (ossidazione aerobica) fornisce circa 4 kilocalorie per grammo: è presente nel nostro sangue in una misura variabile tra i 60 e i 100 mg/100 ml.

La capacità del fegato di immagazzinare glucosio è piuttosto limitata (70-100 g), e gli eventuali carboidrati in eccesso (rispetto al fabbisogno calorico) vengono convertiti in grassi e depositati nel tessuto adiposo.

Attraverso la glicolisi, il glucosio è immediatamente coinvolto nella produzione dell’adenosin-trifosfato (ATP), che è il vettore energetico delle cellule. È altresì un composto critico nella sintesi delle proteine e nel metabolismo dei lipidi. Inoltre, dato che le cellule del sistema nervoso non sono in grado di metabolizzare i lipidi, il glucosio rappresenta la loro fonte principale di energia.

Il glucosio è assorbito nel sangue attraverso le pareti intestinali. Parte di esso viene indirizzato direttamente alle cellule cerebrali, mentre il rimanente si accumula nei tessuti del fegato e dei muscoli in una forma polimerica affine all’amido, il glicogeno. Quest’ultimo è una fonte di energia ausiliaria per il corpo e funge da riserva che viene consumata quando è necessario.

Proprio il rapido assorbimento del glucosio ne fa uno degli zuccheri semplici a più alto indice glicemico, tanto che viene internazionalmente utilizzato come unità di misura di tale indice, e posto a 100.

Il fruttosio ed il galattosio, altri zuccheri che si formano dalla scissione dei carboidrati, vengono indirizzati al fegato, dove vengono a loro volta convertiti in glucosio. Questo percorso più lungo ne fa degli zuccheri più adatti per un utilizzo dilazionato nel tempo, in quanto il loro indice glicemico è inferiore, ma la loro efficacia è più duratura, in virtù del lento rilascio in forma di glucosio da parte del fegato.

FRUTTOSIO

Il FRUTTOSIO, zucchero semplice, è un monosaccaride isomero topologico (o costituzionale) del glucosio, dal quale si differenzia in quanto chetoso anziché aldoso. Entrambi sono importanti nella nutrizione umana e animale, spesso usati come dolcificanti e nell’industria alimentare di dolci e panificati.

Derivazione del nome fruttosio: frutta + glucosio = fruttosio.

In natura si presenta, solido o in soluzione acquosa, nella maggior parte dei frutti zuccherini e dei loro relativi succhi, quindi nel miele, e in percentuale più bassa, in diversi vegetali, ad esempio la bieta da zucchero o la canna da zucchero, dai quali tuttavia si ricava il più noto saccarosio. Il fruttosio è il più dolce tra tutti i tipi di zuccheri.

Essendo contenuto in buona quantità anche nel comune miele e nella frutta, può essere assunto in quantitativo sufficiente per il fabbisogno giornaliero anche solo consumando questi alimenti.

I benefici del fruttosio rispetto al saccarosio, sono reali sebbene di minima entità:

  • maggiore potere dolcificante;
  • apporto calorico leggermente inferiore al saccarosio (3,75 kCal/g contro 4 kCal/g);
  • indice glicemico più basso del saccarosio (20 circa vs. 50-70 c.ca), esso veniva consigliato soprattutto ai sofferenti di iperglicemia e ai diabetici, sebbene oggi sia stato soppiantato da dolcificanti sostituitivi molto più efficaci.
GALATTOSIO

Il GALATTOSIO, zucchero semplice, è un composto chimico organico glucide monosaccaride, epimero di tipo aldoso destrogiro del glucosio, uguale a esso nella composizione e nella struttura: viene prodotto in piccole quantità dal nostro organismo e viene utilizzato per la sintesi di polimeri complessi.

La maggior parte del galattosio usato dal nostro organismo ha un’origine alimentare, infatti il costituente di un importante e diffuso disaccaride: il lattosio (lo zucchero del latte). Quando la quantità di galattosio introdotta con gli alimenti supera i bisogni dell’organismo, esso viene utilizzato per produrre energia; per assolvere a questa funzione il galattosio deve essere prima convertito in glucosio per azione di due enzimi a livello del fegato.

DISACCARIDI

disaccaridi sono composti chimici organici che si formano quando due monosaccaridi condensano tra loro, la formula generale di un disaccaride (diesoso) è C12H22O11.

Il loro aspetto e le caratteristiche fisiche sono simili a quelle degli esosi, sono infatti solidi bianchi, cristallini, di sapore dolce e facilmente solubili in acqua.

Quando avviene la CONDENSAZIONE di due molecole di monosaccaridi, si ottiene anche l’eliminazione di una molecola d’acqua:

2 C6H12O6 → condensazioneC12H22O11 + H2O

Il legame tra due monosaccaridi è chiamato legame glicosidico.

La reazione che porta alla scissione di un disaccaride, con la formazione di due molecole di monosaccaridi, è chiamata IDROLISI:

H2O + C12H22O11 idrolisi2 C6H12O6

I più importanti dal punto di vista nutrizionale sono il SACCAROSIO (glucosio+fruttosio), il MALTOSIO e il LATTOSIO.

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SACCAROSIO

Il SACCAROSIO, comunemente chiamato zucchero, è un composto chimico organico glucide disaccaride ottenuto dalla condensazione di glucosio e fruttosio.

A temperatura ambiente e pressione atmosferica si presenta sotto forma di solido (in cristalli) o disciolto in soluzione. Lo si trova largamente in natura, nella frutta e nel miele (in percentuale più bassa rispetto al fruttosio), sebbene, da sempre, esso si estragga dalle piante della barbabietola da zucchero (soprattutto in Europa) e dalla canna da zucchero (nel resto del mondo).

Il saccarosio così estratto viene utilizzato nell’ambito dell’industria alimentare, specialmente dolciaria e pasticciera: lo zucchero comunemente usato in Europa, raffinato quasi completamente, viene chiamato zucchero bianco (o zucchero da tavola o zucchero da cucina), mentre lo zucchero che contiene melassa viene chiamato zucchero bruno (o zucchero di canna).

La CARAMELLIZZAZIONE

In analogia agli altri zuccheri, se sottoposto a elevate temperature il saccarosio subisce la cosiddetta “caramellizzazione”, che porta alla produzione di sostanze chimiche che conferiscono un colore scuro e un aroma differente: il prodotto risultante è il caramello.

All’aumentare della temperatura, si ha dapprima la fusione dello zucchero sotto forma di liquido viscoso, quindi intorno a 160-170 °C si produce il cosiddetto “caramello chiaro”; aumentando ulteriormente la temperatura intorno a 165-177 °C si forma il “caramello scuro”. Oltre 177 °C viene innescato il processo di combustione del caramello, che lo rende amaro e non più adatto all’uso alimentare.

Per temperature superiori a 250 °C, il processo di combustione dello zucchero avviene velocemente, rilasciando anidride carbonica e idrogeno sotto forma di gas e il residuo solido risultante sarà carbone di zucchero.

MALTOSIO

Il maltosio è un composto chimico organico glucide disaccaride, altrimenti chiamato zucchero di malto, formato per condensazione di due molecole di glucosio: è presente nei semi germinanti come quelli dell’orzo, quando scindono le loro riserve di amido da utilizzare come nutrimento. A temperatura ambiente è un solido bianco e igroscopico.

Il maltosio può essere scisso in due molecole di glucosio per effetto dell’idrolisi, negli organismi viventi è l’enzima maltasi che raggiunge questo scopo molto rapidamente.

La produzione dai cereali germoglianti, come l’orzo, ha un ruolo importante nella produzione della birra e di bevande alcoliche: quando l’orzo è maltato, viene portato in una condizione in cui la concentrazione di amilasi maltogenica è massimizzata, durante il processo di macerazione queste amilasi convertono gli amidi del cereale in maltosio. Il metabolismo del maltosio da parte dei lieviti durante la fermentazione porta quindi alla formazione di etanolo e biossido di carbonio.

LATTOSIO

Il lattosio è un composto chimico organico glucide disaccaride, altrimenti chiamato zucchero del latte, formato per condensazione di una molecola di galattosio e una molecola di glucosio: il lattosio rappresenta il 98% degli zuccheri presenti nel latte.

Si trasforma in acido lattico ad opera dei batteri lattici, questa reazioine è alla base della fermentazione lattica di notevole importanza per la produzione dello yogurt e del formaggio.

Nel latte materno umano è considerato particolarmente prezioso, infatti i carboidrati azotati contenuti in questo latte contribuiscono alla rapida crescita di colonie di lattobacilli, che proteggono l’organismo da tutti i tipi di funghi e parassiti.

Il nostro organisimo è in grado di digerire e scomporre il lattosio in zuccheri semplici (idrolisi) per mezzo dell’enzima lattasi, la maggior parte della popolazione mondiale non mostra persistenza della lattasi in età adulta e, di conseguenza, diventa affetta da diversi gradi di intolleranza al lattosio e dunque una maldigestione caratterizzata da disturbi gastrointestinali che insorgono dopo l’ingestione di alimenti contenenti questo zucchero.

L’intolleranza al lattosio deve essere confusa con un’allergia: le eventuali allergie al latte sono infatti sostenute da particolari proteine contenute nello stesso.

POLISACCARIDI

polisaccaridi, conosciuti anche come glucidi complessi, sono caratterizzati da un gran numero di unità ripetitive, legate insieme tra loro da legami clicosidici per formare molecole grandi e complesse: si parte da piccole catene lineari di un minimo di 20 unità ripetitive per formare dei polisaccaridi lineari fino ai polisaccaridi ramificati.

Ogni singola unità di base dei polisaccaridi è denominata monomero, solo solidi, amorfi e generalmente insolubili in acqua e privi di sapore dolce.

In natura, i polisaccaridi si trovano comunemente nelle piante, dove costituiscono dal 50% al 90% del loro peso secco, mentre negli animali si trovano in quantità minori, ma la loro presenza è essenziale nella loro nutrizione, essenzialmente per costituire una funzione di scorta energetica.

I polissacaridi di maggior interesse alimentare sono tre: l’amido, il glicogeno e la cellulosa. Tutti e tre sono polimeri del glucosio, ovvero formati dalla ripetizione della stessa unità fondamentale di glucosio.

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AMIDO

L’amido è comunemente contenuto in alimenti come pane, pasta, riso, patate, caratterizzato da un gran numero di unità di glucosio polimerizzate unite tra loro da legame α-glicosidico e costituito da 4/5 di amilopectina e da 1/5 di amilosio. La sua formula grezza è:

(C6H10O5)n

dove n è un numero variabile da circa un centinaio fino ad alcune migliaia e che sta ad indicare i residui di unità di glucosio monomeriche che sono unite tra loro per formare i polimeri, da cui derivano i vari tipi di amidi presenti in natura (es. l’amido di riso, l’amido di mais, etc.).

Anticamente l’amido si otteneva in genere dalla macerazione del frumento avanzato e non macinato al mulino, motivo per cui si chiama così (gr. a-mylos,a-mylon, lat. amydos = senza mulino). Restava sul fondo un residuo, chiamata fecola, da cui si ricavava una polvere granulosa bianca, scarsamente idrosolubile e scarsamente liposolubile, per via dell’amilopectina. Oggi si usa ancora come sinonimo di amido il nome “fecola”, ma per indicare solo quello derivato dalle patate, poiché usato soprattutto come addensante in gastronomia.

Come detto, l’amido è composto da due polimeri:

  • amilopectina, circa l’80%, costituita da un numero più elevato di molecole di glucosio (300-500) ed è insolubile in acqua ma è capace di intrappolarne le molecole permettendo il rigonfiamento dei granuli di amido;
  • amilosiocirca il 20%, consiste in una lunga catena a spirale di molecole di glucosio (50-300) ed è solubile in acqua calda.

In entrambi i casi si tratta di polimeri del glucosio che si differenziano l’uno dall’altro per la struttura. L’amilosio è un polimero lineare che tende ad avvolgersi ad elica, in cui le unità di glucosio sono legate tra loro con legami glicosidici α(1→4) (tra il sito 1 di una unità e quello 4 dell’unità successiva). L’elica è costituita da 6 molecole di glucopiranosio (glucosio) per spira, stabilizzate da legami a idrogeno come nel DNA. L’amilopectina è invece un polimero ramificato che presenta catene di base di struttura simile all’amilosio che si dispongono a formare una struttura ramificata; ogni 24-30 unità di glucosio si innestano catene laterali attraverso legami α(1→6). L’amilopectina ha una struttura a grappolo costituita da segmenti di tipo A (15-20 unità di glucopiranosio) e catene di tipo B meno numerose. Sullo scheletro delle catene di Tipo B si insediano le catene di tipo A che costituiscono le ramificazioni. L’amilopectina è caratterizzata da strutture amorfe e strutture cristalline; le prime sono costituite di legami α(1→6), mentre le strutture cristalline danno origine a tratti di doppia elica. L’amilopectina è disposta radialmente con le estremità riducenti in prossimità del centro dei granuli di amido.

L’amido è il carboidrato di riserva delle piante, immagazzinato come fonte energetica, sintetizzato per via enzimatica a partire dal glucosio, a sua volta prodotto dalla fotosintesi clorofilliana.

6 CO2 + 6 H2O + luce → C6H12O6 + 6 O2
n C6H12O6 + enzima → H-(C6H10O5)n-OH + n-1 H2O

La formazione dell’amido, cioè l’unione dell’amilosio e dell’amilopectina, è catalizzata da un enzima chiamato amido sintetasi. L’ingestione degli alimenti contenenti amido provoca un innalzamento di glucosio nel sangue, al pari di ogni altro carboidrato.

In natura l’amido ha disposizione semicristallina nei granuli, il che ne determina la quasi totale insolubilità in acqua a temperatura ambiente; una parziale solubilizzazione è possibile attraverso un aumento della temperatura, e porta alla formazione di un gel.

L’amido riveste particolare importanza nell’industria alimentare come agente addensante che in acqua ad alta temperatura forma la salda d’amido, nella ristorazione ne troviamo diverse tipolgie come ad esempio l’amido di patate (fecola), l’amido di mais (maizena) e l’amido di riso.

GLICOGENO

Il glicògeno (spesso chiamato amido animale) è un polisaccaride ramificato con un peso molecolare molto elevato, nell’organismo umano è una riserva energetica glucidica depositato prevalentemente nel fegato e nel muscolo scheletrico, tuttavia è presente anche in altri tessuti, tra cui cuore, reni e tessuto adiposo.

Viene idrolizzato in base alle necessità per fornire molecole di glucosio di rapito utilizzo ogni volta che le cellule del nostro organismo lo richiedono, in particolare:

  • nei MUSCOLI sono immagazzinati i due terzi del glicogeno presente in media in un organismo umano, circa 200-300 grammi, sotto forma di catene più corte e più leggere;
  • nel FEGATO, invece, è stoccato il terzo restante (circa 80-100 grammi) sotto forma di catene più lunghe e pesanti.
CELLULOSA

La cellulosa è uno dei più importanti polisaccaridi, contenuto principalmente nei vegetali, con catene disposte parallelamente le une alle altre legate fra loro per mezzo di legami ad idrogeno che formano fibrille, catene molto lunghe, difficili da dissolvere.

Questa molecola ha funzione strutturale e di sostegno, circa la metà delle pareti cellulari delle piante è costituita da cellulosa che gli conferisce la tipica resistenza e rigidità, ed è costituita da lunghe catene lineari formate dall’unione di migliaia di molecole di glucosio formate tra loro da legami di tipo β-glicosidico.

La cellulosa è idrolizzata, in particolari condizioni, nel disaccaride cellobiosio che successivamente è idrolizzato a glucosio: nell’intestino dell’uomo questo processo idrolitico non avviene perché mancano gli enzimi specifici (cellulasi) necessari per la scissione della cellulosa, nei prestomaci dei ruminanti e nell’intestino cieco degli erbivori monogastrici (equidi) sono invece presenti numerosi batteri e protozoi simbionti che producono la cellulasi e che sono quindi in grado di convertirli in legami α-glicosidico, utilizzando la cellulosa come alimento.

La cellulosa, insieme ad altri composti non digeribili (emicelluosa, lignina, pectina, etc..), forma parte della fibra alimentare: gli alimenti ricchi di fibre sono la frutta, gli ortaggi, i legumi e i cereali non raffinati.

Nonostante se ingerita non fornisca energia all’organismo umano a causa della nostra incapacità di poterla convertire in glucosio, ha comunque importanti funzioni tra le quali:

  • conferire un elevato senso di sazieta, prevenendo l’iperalimentazione;
  • prevenire l’accumulo di sostanze tossiche, diminuendo il contatto tra residuo fecale e mucosa intestinale;
  • regolare le funzioni intestinali e prevenire la stitichezza.

RUOLO BIOLOGICO e PROPRIETÀ NUTRIZIONALI

1 grammo di carboidrati = 4 kcal (17kJ)

I glucidi (o carboidrati) sono i macronutrienti di base dell’alimentazione umana e sono la più comune fonte di energia negli organismi viventi, inoltre la loro digestione richiede meno acqua di quella delle proteine o dei grassi.

Le proteine e i grassi sono componenti strutturali necessari per i tessuti biologici e per le cellule, e sono anche una fonte di energia per la maggior parte degli organismi.

In particolare i monosaccaridi sono la più grande risorsa per il metabolismo: quando non c’è immediato bisogno di monosaccaridi spesso sono convertiti in forme più vantaggiose per lo spazio, come i polisaccaridi. In molti animali, compresi gli umani, questa forma di deposito è il glicogeno, sito nelle cellule del fegato e dei muscoli.

I carboidrati complessi non assimilabili dall’uomo, come ad esempio la cellulosa, l’emicellulosa e la pectina, sono un’importante componente della fibra alimentare. Cibi ricchi di carboidrati sono il pane, la pasta, i legumi, le patate, la crusca, il riso e i cereali. La maggior parte di questi cibi sono ricchi di amido.

Le FUNZIONI che i glucidi svolgono nel nostro organismo possono essere sintetizzate così:

  • FUNZIONE ENERGETICA: i glucidi forniscono energia rapida e immediata utilizzazione, inoltre il glucosio rappresenta l’unica fonte di energia per le cellule del cervello e per i globuli rossi del sangue;
  • FUNZIONE DI RISERVA (o deposito): il glicogeno rappresenta una forma di riserva energetica di rapido utilizzo in situazioni di deficienza di glucosio;
  • FUNZIONE DI PLASTICA: alcuni glucidi (ribosio e desossiribosio) sono costituenti degli acidi nucleici (RNA e DNA), altri sono costituenti delle membrane cellulari (es. il galattosio forma parte della guaina mielinica delle cellule del sistena nervoso);
  • FUNZIONE PROTETTIVA: i glucidi svolgono un’azione protettiva nei confronti del fegato, sono infatti necessari per una corretta utilizzazione dei grassi. Se l’apporto glucidico è ridotto nella dieta, il fegato non riesce a smaltire adeguatamente i grassi e si formano una serie di sostanze (corpi chetonici) che risultano tossiche per l’organismo.

PROTIDI (Proteine)

SOMMARIO
Introduzione
Struttura
Ruolo Biologico
Proprietà Nutrizionali
Video Esplicativo


INTRODUZIONE

I PROTIDI o proteine (dal greco “πρῶτος“, “próteios”, che significa “primo, principale”), sono i costituenti principali delle cellule di tutti gli esseri viventi e hanno compiti strutturali (o plastici): sono spesso rappresentati come i “mattoni” di una casa.

Dal punto di vista chimico sono dei composti quaternari, ossia sono formate da quattro elementi chimici: carbonio (C), idrogeno (H), ossigeno (O) e azoto (N), ma in esse possono essere presenti altri elementi come lo zolfo (S) e il fosforo (P).

Sono macromolecole biologiche costituite dall’unione di molte unità elementari dette amminoacidi (AA), i quali formano delle catene e sono legati uno all’altro da un legame peptidico (ovvero un legame tra il gruppo amminico di un amminoacido e il gruppo carbossilico dell’altro amminoacido, creato attraverso una reazione di condensazione con perdita di una molecola d’acqua).

Le proteine differiscono l’una dall’altra soprattutto nella loro sequenza di amminoacidi, la quale è dettata dalla sequenza nucleotidica conservata nei geni e che di solito si traduce in un ripiegamento proteico e in una struttura tridimensionale specifica che determina la sua attività.

Le proteine hanno FUNZIONI ESSENZIALI internamente alla cellula, svolgendo i compiti specifici codificate nelle informazioni contenute nei geni. Esse possono svolgere funzione strutturale, immunitaria, trasporto (di ossigeno, minerali, lipidi, di membrana), di identificazione dell’identità genetica, ormonale, enzimatica, contrattile, energetica.

Qui di seguito è possibile accedere ad un breve approfondimento, è sufficiente selezionare l’argomento per visualizzare il testo.

AMMINOACIDI

In chimica gli amminoacidi sono le unità costitutive delle proteine e a seconda del tipo, del numero e dell’ordine di sequenza con cui si legano i diversi amminoacidi, è possibile ottenere un enorme numero di proteine.

Sono molecole organiche che nella loro struttura recano sia il gruppo funzionale amminico -NH2 (basico)  denominato N terminus, sia quello carbossilico -COOH (acido) denominato C terminus. In funzione del valore del pH dell’ambiente chimico in cui si trova la molecola, i due gruppi terminali sono neutri o ionizzati.

Ogni amminoacido presenta inoltre una parte variabile, ovvero uno specifico gruppo laterale (detto anche gruppo R): in funzione delle proprietà chimiche di tale gruppo, un amminoacido viene classificato come acidobasicoidrofilo (o polare) e idrofobo (o apolare).

La struttura generica di un amminoacido alfa nella sua forma non ionizzata.

Il legame covalente che unisce il terminus N col terminus C di due amminoacidi è definito legame peptidico: le catene di peptidi sono indicate col termine di polipeptidi e possono contenere un numero molto elevato (centinaia o migliaia) di unità peptidiche, le semplici catene di polipeptidi costituiscono la struttura primaria delle proteine.

Nel codice genetico umano sono codificati 20 amminoacidi proteinogenici (precursori delle proteine), tuttavia il nostro organismo riesce a sintetizzarne solamente 11, gli altri 9 devono essere introdotti con gli alimenti e per questo vengono detti essenziali (AAE): la mancata assunzione di alimenti contenenti gli amminoacidi essenziali può comportare gravi carenze nutrizionali incapacitando il nostro organismo a produrre alcune proteine.

Ogni amminoacido ha un simbolo convenzionale (dalla A alla Z) e un simbolo a TRE LETTERE:

AMMINOACIDI prodotti dal corpo umano
[A] Alanina (Ala), C3H5NO
[C] Cisteina (Cys), C3H5NOS
[D] Acido aspartico (Asp), C4H5NO3
[E] Acido glutammico (Glu), C5H7NO3
[G] Glicina (Gly), C2H3NO
[N] Asparagina (Asn), C4H6N2O2
[P] Prolina (Pro), C5H7NO
[Q] Glutammina (Gln), C5H8N2O2
[R] Arginina (Arg), C6H12N4O
[S] Serina (Ser), C3H5NO2
[Y] Tirosina (Tyr), C9H9NO2
AMMINOACIDI ESSENZIALI
[F] Fenilalanina (Phe), C9H9NO
[H] Istidina (His), C6H7N3O
[I] Isoleucina (Ile), C6H11NO
[K] Lisina (Lys), C6H12N2O
[L] Leucina (Leu), C6H11NO
[M] Metionina (Met), C5H9NOS
[T] Treonina (Thr), C4H7NO2
[V] Valina (Val), C5H9NO
[W] Triptofano (Trp), C11H10N2O

I 20 amminoacidi codificati dal DNA UMANO sono codificati da codoni, sequenze ternarie delle quattro basi azotate. Il numero di possibili sequenze è 43 = 64, quindi è naturale che i 20 amminoacidi abbiano più sequenze codificanti, con l’eccezione di triptofano e metionina.

BASE AZOTATA

In biochimica, per base azotata si intende una delle cinque basi che compongono i nucleotidi del DNA (acido desossiribonucleico) e dell’RNA (acido ribonucleico). Si distinguono in purine e pirimidine:

  • PURINE: adenina e guanina
  • PIRIMIDINE: citosina, timina e uracile

Nel DNA si trovano entrambe le purine e, tra le pirimidine, citosina e timina. Nell’RNA la timina è sostituita dall’uracile.

Nel DNA le basi si accoppiano a due a due con legami a idrogeno, mentre nell’RNA, essendo questo un filamento unico, non sono legate tra loro.

  • DNA: adeninatimina e citosinaguanina.
  • RNA: adeninauracile e citosinaguanina.
LEGAME PEPTIDICO

Il legame peptidico (o giunto peptidico) è il legame chimico responsabile dell’unione degli amminoacidi e della conseguente formazione di peptidi e proteine.

Gli amminoacidi (AA) si legano tra loro tramite reazioni di condensazione, ovvero l’unione di due strutture molecolari con la perdita di una molecola di H2O, dando origine a lunghe catene: il legame tra due AA è di tipo covalente e si forma mediante l’unione di un gruppo carbossilico (COOH) e un gruppo amminico (NH2) di due amminoacidi consecutivi.

Formazione di un dipeptide da due amminoacidi.

COME SI FORMA UNA PROTEINA?

L’unione di due AA forma un dipeptide, quella di tre forma una tripeptide, e così via: in generale l’unione di un numero ridotto di AA forma un oligopeptide, di molti AA forma un polipeptide, e di un numero di AA superiore a 50 forma una vera e propria proteina.

AA + AA → AA-AA’ (dipeptide) + H2O
AA-AA’ + AA” → AA-AA’AA” (tripeptide) + H2O
AA < oligopeptide < polipeptide < proteina

IDROLISI DEL LEGAME PEPTIDICO

Le proteine contenute negli alimenti, nel corso dei processi digestivi, vengono idrolizzate fino a liberare gli amminoacidi costituenti in modo tale che il nostro organismo possa riutilizzare gli amminoacidi per sintetizzare nuove proteine.

La reazione inversa, ossia la rottura del legame peptidico con la conseguente liberazione degli AA, avviene necessariamente in presenza di acqua: tale reazione chimica si denomina idrolisi enzimatica.

L’idrolisi enzimatica è la reazione più semplice per rompere un legame covalente peptidico e consiste nella reazione inversa alla condensazione: con l’aggiunta di acqua e l’azione di un enzima si passa dai prodotti ai reagenti, quindi, nel caso di un dipeptide, ai due amminoacidi separati. Questa reazione è sfruttata nell’apparato digerente in cui esistono, a più livelli, numerosi enzimi proteolitici (pepsina, chimotripsina, tripsina, ecc.) per tramutare le proteine ingerite con l’alimentazione negli amminoacidi che vengono quindi assorbiti dalle cellule epiteliali intestinali prima di essere trasferiti nel circolo sanguigno per le necessità dell’organismo.

ENZIMI

In biochimica, si definisce enzima un catalizzatore dei processi biologici: dal punto di vista chimico gli enzimi sono eteroproteine formate da una parte colloidale proteica chiamata apoenzima (o apofermento) e da una parte non proteica chiamata coenzima (o cofermento) che spesso è una vitamina: l’insieme delle due parti si denomina oloenzima.

L’attività degli enzimi è determinata dalla struttura terziaria degli enzimi stessi: la maggior parte di essi presenta dimensioni decisamente maggiori dei substrati su cui agiscono, solitamente la regione dell’enzima coinvolta nell’attività catalitica è molto ridotta (conta spesso solo 3-4 amminoacidi).

Possiedono un’elevata specificità per quanto riguarda il tipo di molecola trasformata (substrato), si agganciano a specifiche regioni contenenti i residui catalitici (sito attivo), cambiando conformazione mano a mano che si legano: dopo la reazione vengono generati dei prodotti, ad esempio l’enzima lattasi agisce sul lattosio idrolizzandolo in glucosio e galattosio, l’enzima amilasi agisce sull’amido, e così via.

L’attività degli enzimi dipende da diversi fattori come la temperatura, il pH, la concentrazione dei substrati, etc.

La maggior parte degli enzimi sono bloccati al temperature uguali o inferiori ai 0°C e vengono completamente inattivati a temperature uguali o superiori agli 80°C, questo è uno dei principi sui quali si basano le tecniche di conservazione degli alimenti, poiché ad esempio esistono enzimi specifichi negli organismi viventi che accelerano il processo del loro deperimento.

Gli enzimi portano a termine una gran quantità di FUNZIONI all’interno degli organismi viventi.

  • Una delle caratteristiche più importanti degli enzimi è la possibilità di lavorare in successione, creando un pathway metabolico. Nei pathway, ogni enzima utilizza il prodotto della reazione precedente come substrato. È la presenza degli enzimi a determinare i passaggi del pathway: senza enzimi, il metabolismo non passerebbe attraverso gli stessi passaggi e non sarebbe in grado di generare prodotti a una velocità sufficiente per le esigenze della cellula. Ad esempio, un pathway come la glicolisi non potrebbe esistere in assenza degli enzimi che la compongono. Il glucosio, ad esempio, è in grado di reagire direttamente con l’adenosintrifosfato (ATP) per essere fosforilato su uno o più carboni, ma in assenza di enzimi questo avverrebbe a velocità tanto ridotte da essere insignificante. La rete del metabolismo cellulare dipende dunque dal set di enzimi funzionali presenti.
  • Un’altra importante funzione degli enzimi è correlata alla digestione negli animali. Enzimi come le amilasi e le proteasi sono in grado di ridurre le macromolecole (nella fattispecie amido e proteine) in unità semplici (maltosio e amminoacidi), assorbibili dall’intestino. In alcuni casi gli enzimi necessari alla digestione possono essere prodotti da organismi ospiti del tubo digerente: nei ruminanti, ad esempio, la cellulasi necessaria alla degradazione della cellulosa è prodotta da alcune specie batteriche.
  • Essi sono anche fondamentali per la trasduzione del segnale e la regolazione dei processi cellulari. In particolare, questi processi sono coordinati solitamente da chinasi e fosfatasi.
  • Gli enzimi sono anche in grado di generare movimento, come avviene ad esempio con la miosina, che idrolizza l’ATP generando la contrazione muscolare o con il trasporto di molecole nei vari dipartimenti cellulari attraverso il citoscheletro.
  • Altre ATPasi, localizzate presso le membrane cellulari, sono le pompe ioniche, coinvolte nel trasporto attivo.
  • I virus contengono numerosi enzimi che permettono loro di infettare le cellule. Tra di essi figurano le integrasi e le retrotrascrittasi.
  • Gli enzimi sono anche coinvolti in funzioni più esotiche, come la generazione di luce nella lucciola, resa possibile dalla presenza della luciferasi.

 


STRUTTURA

Le proteine sono strutture molecolari complesse che svolgono nelle cellule molte funzioni, queste ultime dipendono in gran parte dalla forma che le proteine assumono nello spazio.

Per conoscere una singola proteina e comprendere la sua attività biologica, è indispensabile conoscere la sua organizzazione strutturale, cioè la conformazione spaziale.

La conformazione spaziale è la forma tridimensionale della proteina, la quale è stabilizzata da legami per la maggior parte di tipo secondario (e perciò deboli) che si instaurano tra diversi punti della molecola.

Convenzionalmente distinti vari livelli di organizzazione, che possono essere tre o quattro a seconda della proteina.

  • La STRUTTURA PRIMARIA corrisponde al primo livello di organizzazione ed è il più semplice, formato dalla sequenza specifica degli amminoacidi, dalla tipo di catena peptidica e dal numero stesso delle catene, determina da sola il ripiegamento della proteina. La struttura primaria è specifica per ogni proteina, ogni suo cambiamento (anche minimo) può causare gravi alterazioni nell’attività biologica della proteina;
  • La STRUTTURA SECONDARIA consiste nella conformazione che la catena polipeptidica assume nello spazio, ripiegandosi su se stessa: ogni proteina ha una tipica conformazione e corrisponde alla struttura che energeticamente la rende più stabile;
  • La STRUTTURA TERZIARIA è rappresentata dalla configurazione tridimensionale completa che la catena polipeptidica assume nell’ambiente in cui si trova, molte proteine infatti si attorcigliano ulteriormente su se stesse e presentano di conseguenza tratti con strutture diverse: ad α-elica, lineari, senza apparente struttura, etc. Il risultato di questi ripiegamenti conferisce alla proteina una forma più o meno sferoidale e compatta: gran parte delle strutture terziarie può essere classificato come globulare o fibrosa.
  • La STRUTTURA QUATERNARIA è quella che deriva dall’unione di due o più unità (catene) polipeptidiche, unite tra loro da vari tipi di legami deboli in un modo molto specifico. Le diverse catene polipeptidiche che costituiscono la proteina sono nominate subunità, come ad esempio avviene nella costituzione dell’emoglobina, costituita da quattro subunità, due globuline α e due globuline β.

CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE

Le proteine possono essere classificate secondo diversi criteri:

  • in base alla forma
  • in base alla funzione
  • in base alla composizione chimica
  • in base al valore biologico
in base alla FORMA
FIBROSE: si presentano come lunghe catene di amminoacidi e svolgono una funzione prevalentemente strutturale, o di tipo meccanico. Queste proteine concorrono a formare parte di quei tessuti che richiedono resistenza, come i capelli e le unghie (ad es. cheratina), o elasticità, come i muscoli (ad es. actina, miosina);
GLOBULARI: classe che comprende leproteine più o meno sferoidali e compatte. A questa categoria appartengono le proteine di trasporto, che hanno il compito di trasportare sostanze attraverso i fluidi dell’organismo (ad es. le albumine e le globuline del siero del sangue), gli enzimi e alcuni ormoni che intervengono nelle reazioni biochimiche delle cellule e regolano lo svolgimento delle funzioni degli organismi.
in base alla FUNZIONE
STRUTTURALI: sono componenti fondamentali della struttura di alcuni organi o tessuti, come il collagene presente nei tendini e nelle cartilagini;
TRASPORTO: come le lipoproteine e l’emoglobina, proteine presenti nel sangue che trasportano rispettivamente lipidi e ossigeno;
CONTRATTILI: come l’actina e la miosina che permettono la contrazione muscolare;
FUNZIONE ORMONALE: sono gli ormoni che controllano i diversi processi metabolici. Si ricordano a proposito l’insulina e il glucagone che regolano il metabolismo glucidico;
ENZIMI: consentono lo svolgimento delle reazioni biochimiche, ed esempio la tripsina e l’amilasi salivare;
DIFESA IMMUNITARIA: sono gli anticorpi o immunoglobuline presenti nel siero, che costituiscono un sistema specifico di difesa dell’organismo.
in base alla COMPOSIZIONE CHIMICA
SEMPLICI: chiamate anche omoproteine, sono costituite da soli amminoacidi e loro volta possono essere suddivise in albumine, globuline, glutenine, gliadine, etc;
CONIUGATE: chiamate anche eteroproteine, sono costituite da una parte proteica e da un gruppo non proteico. Appartengono a questo gruppo le lipoproteine (costituite da una proteina unita a un lipide), le glicoproteine (proteine legate a un glucide) le metalloproteine (proteine con un metallo), etc.
in base al VALORE BIOLOGICO
La classificazione più importante dal punto di vista alimentare e nutrizionale è quella basata sul contenuto di amminoacidi essenziali:
ad ALTO VALORE BIOLOGICO, o complete, sono quelle che contengono gli otto AAE in quantità equilibrata ai fini nutrizionali: alimenti ricchi di proteine complete sono le uova, la carne, il pesce, il latte e i formaggi;
a MEDIO VALORE BIOLOGICO, o parzialmente complete, sono quelle che presentano un contenuto in AAE non ben equilibrato ai fini nutrizionali in quanto scarseggiano uno o più AAE: alimenti con proteine a medio valore biologico sono i legumi (poveri di metionina e cisteina) e il lievito di birra;
a BASSO VALORE BIOLOGICO, o incomplete, sono quelle carenti in alcuni AAE: le proteine dei cereali sono proteine incomplete perché non contengono lisina.

DENATURAZIONE DELLE PROTEINE

Le proteine sono necessarie per tutti gli organismi viventi poiché, come abbiamo visto, ricoprono funzioni specifiche: gli alimenti contengono una grande varietà di proteine e sono formate da catene di amminoacidi, questi ultimi (per poter essere riutilizzati dagli organismi viventi in base alle necessità) devono essere “smontati” per mezzo dei “processi digestivi”.

La denaturazione delle proteine, quindi, è un fenomeno chimico che consiste nel cambiamento della struttura proteica nativa, con conseguente perdita della funzione originaria della molecola, al fine consentire una maggiore digeribilità delle proteine.

Questo processo può avvenire per opera di DUE TIPI di AGENTI:

  • CHIMICI, come gli acidi (ad esempio i succhi gastrici) o basi (ad esempio alcuni detergenti) l’alcol etilico, alte concentrazioni saline, per azione enzimatica, etc;
  • FISICI, come temperature relativamente alte (ad esempio quelle di cottura), azioni meccaniche persistenti (ad esempio sbattere l’albume d’uovo che trattenendo l’aria viene montato neve), etc.

Quando una proteina inizia a denaturarsi, diviene sempre più sensibile al processo, infatti la denaturazione è un processo cooperativo: non vengono compromessi i legami peptidici e la struttura primaria non viene modificata, ma in seguito alla denaturazione le proteine possono esporre e rendere reattivi alcuni gruppi funzionali tramite i quali formare dei legami intramolecolari (deboli o forti) che possono causare l’aggregazione di più molecole proteiche.

La denaturazione proteica è in genere una reazione irreversibile, ad esempio, quando le proteine di ALBUMINA (albume d’uovo) superano i 62°C, si srotolano e si legano fra loro formando una sostanza solida e bianca.

In altri casi, invece, è una reazione reversibile: un esempio è la tecnica della permanente (estetica) che permette di creare i riccioli a partire da capelli lisci, sfruttando la denaturazione della CHERATINA presente nei capelli rompendo i ponti di solfuro, viene data la forma al capello, infine con ossidazione vengono riformati i ponti in modo da fissare la nuova forma.


RUOLO BIOLOGICO

Le proteine hanno un ruolo fondamentale internamente alla cellula, svolgendo i compiti specifici codificate nelle informazioni contenute nei geni. Esse possono svolgere funzione strutturale, immunitaria, trasporto (di ossigeno, minerali, lipidi, di membrana), di identificazione dell’identità genetica, ormonale, enzimatica, contrattile, energetica. L’insieme delle proteine espresse in un particolare tipo di cellula è noto come la sua proteoma.

La principale caratteristica delle proteine che permette a loro un insieme diversificato di funzioni è la capacità di legarsi altre molecole in modo specifico. La regione della proteina che permette il legame con l’altra molecola è conosciuta come il sito di legame ed è spesso una depressione o “tasca” sulla superficie molecolare. Questa capacità di legame è mediata dalla struttura terziaria della proteina, che definisce la tasca del sito di legame, e dalle proprietà chimiche delle catene laterali degli amminoacidi circostanti.

Le proteine possono legarsi ad altre proteine nonché a substrati piccole molecole. Le interazioni proteina-proteina regolano anche l’attività enzimatica, controllano la progressione del ciclo cellulare e permettono l’assemblaggio di grandi complessi di proteine che svolgono molte reazioni strettamente correlate con una funzione biologica comune. Le proteine possono anche legarsi, o anche essere integrate, nelle membrane cellulari. La capacità dei partner di legame di indurre cambiamenti conformazionali nelle proteine permette la costruzione di reti di segnalazione estremamente complesse.

È importante sottolineare che le interazioni tra le proteine sono reversibili e dipendono fortemente dalla disponibilità di diversi gruppi di proteine partner per formare aggregati che sono in grado di effettuare insiemi discreti. Lo studio delle interazioni tra proteine specifiche è una chiave per comprendere gli aspetti importanti della funzione cellulare e, in ultima analisi, le proprietà che distinguono particolari tipi di cellule.

Il ruolo più noto delle proteine all’interno della cellula è quello di operare come enzimi in grado di catalizzare reazioni chimiche. Quasi tutti i nomi degli enzimi terminano in “-asi” per convenzione. Gli enzimi sono generalmente altamente specifici e riescono ad accelerare solo una, o poche altre, reazioni. Essi sono fondamentali per la maggior parte delle reazioni coinvolte nel metabolismo, così come nei processi di manipolazione del DNA, quali la replicazione del DNA, la riparazione del DNA e la trascrizione.


PROPRIETÀ NUTRIZIONALI

1 grammo di proteine = 4 kcal (17 kJ)

La maggior parte dei microorganismi e delle piante possono sintetizzare tutti e 20 gli amminoacidi standard, mentre gli animali (incluso l’uomo) devono ottenere alcuni di essi con la dieta. Gli amminoacidi che l’organismo non può sintetizzare sono detti “amminoacidi essenziali”.

Negli organismi animali (incluso l’uomo) gli amminoacidi sono ottenuti con il consumo di cibi contenenti proteine, suddivise poi in amminoacidi tramite la digestione, che generalmente prevede la denaturazione delle proteine nell’ambiente acido dello stomaco e l’idrolisi da parte di enzimi detti proteasi. Alcuni amminoacidi ingeriti sono usati nella biosintesi delle proteine, mentre altri sono convertiti in glucosio tramite la gluconeogenesi, o entrano a far parte del ciclo dell’acido citrico. Questo impiego di proteine come fonte energetica è particolarmente importante in condizioni di inedia in quanto permette di impiegare anche le proteine dell’organismo, in particolare quelle presenti a livello muscolare, come substrato per mantenere la vita.

Le funzioni più importanti di questi macronutrienti sono le seguenti:

  • PLASTICA o strutturale: le proteine hanno il compito di formare nuovi tessuti e di riparare quelli già esistenti, essendo i principali materiali da costruzione degli organismi viventi;
  • REGOLATRICE: le proteine regolano il metabolismo corporeo, basti pensare agli enzimi con la loro funzione catalizzatrice o agli ormoni;
  • ENERGETICA: le proteine, a differenza dei gluicidi e dei lipidi, non si possono accumulare nei tessuti, perciò se introdotte in eccesso vengono utilizzate per la produziuone di energia o trasformate in grasso di riserva.

La CARENZA di proteine porta al deperimento generale dell’organismo e determina la comparsa di diversi sintomi, fino a degenerare in patologie e malattie più o meno gravi.

L’ECCESSO, invece, viene trasformato in grassi e accumulato nel tessuto adiposo favorendo l’obesità, inoltre determina un carico di lavoro eccessivo per i reni che possono ammalarsi o invecchiare precocemente.


VIDEO ESPLICATIVO
Prof. Antonio Loiacono

LIPIDI (Grassi)

SOMMARIO
Introduzione
Lipidi SEMPLICI
Lipidi COMPLESSI
Esterificazione, Idrolisi e Idrogenazione
Ruolo Biologico
Proprietà Nutrizionali


INTRODUZIONE

lipidi (dal greco λίπος, lìpos, «grasso»), o grassi, sono composti organici largamente diffusi in natura, e rappresentano un’importante riserva energetica per animali e piante (semi), in quanto sono in grado di liberare una grande quantità di calorie per unità di massa: per questo sono il substrato energetico ideale per le cellule.

Dal punto di vista chimico sono dei composti ternari, formati quindi da tre elementi chimici: carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O); in alcuni casi possono essere presenti altri elementi quali fosforo (P) e azoto (N).

Durante l’attività fisica i lipidi vengono utilizzati insieme ai carboidrati, fornendo in ugual misura l’energia necessaria per attività di medio basso livello, se l’attività fisica si protrae per almeno un’ora si va incontro a un esaurimento delle scorte di carboidrati (glicogeno) e a un corrispondente aumento dell’utilizzo di lipidi. Inoltre i lipidi alimentari apportano gli acidi grassi essenziali (cioè non sintetizzati dall’organismo), come gli acidi linoleico (da cui deriva l’acido arachidonico) e linolenico.

Nel nostro organismo i lipidi costituiscono circa il 17% del peso corporeo.

I lipidi vengono identificati sulla base delle loro proprietà comuni di solubilità: non sono solubili in acqua (definiti per questo idrofobici), mentre sono solubili in solventi organici come etere dietilico o acetone, alcoli e idrocarburi. L’insolubilità in acqua è la proprietà analitica che viene usata come base per la separazione dai carboidrati e dalle proteine.

Dal punto di vista strutturale, i lipidi sono costituiti prevalentemente da atomi di carbonio e di idrogeno uniti tra loro con legami covalenti scarsamente polari (caratteristica che conferisce il comportamento idrofobico) e disposti simmetricamente. Tuttavia, alcuni lipidi presentano, in una regione ristretta della loro molecola, gruppi polari (ad esempio fosfolipidi). I lipidi polari presentano caratteristiche fisico-chimiche peculiari rispetto ai lipidi neutri (apolari). In particolare, i lipidi polari mostrano caratteristiche anfipatiche (solubilità sia in acqua che in solventi apolari) o addirittura risultano talora insolubili in solventi organici e solubili in acqua.

Nonostante la loro somiglianza in termini di solubilità, i lipidi sono molto diversi tra loro per quanto riguarda la struttura chimica, in quanto comprendono esteri e idrocarburi e possono essere aciclici, ciclici o policiclici. A seconda del grado di complessità si possono CLASSIFICARE in 2 categorie:

  • i lipidi SEMPLICI, che contengono acidi grassi, costituiti da carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O): i più importanto sono i gliceridi, gli steroidi e le cere;
  • i lipidi COMPLESSI, che non contengono acidi grassi, costituiti anche altre sostanze non lipidiche come l’acido fosforico (fosfolipidi), alcuni zuccheri (glicolipidi), proteine (lipoproteine), etc, e in alcuni casi fosforo (P) e azoto (N).

LIPIDI SEMPLICI

ACIDI GRASSI

Con il termine acidi grassi (AG) si indicano gli acidi monocarbossilici alifatici derivati o contenuti in forma esterificata in un grasso vegetale o animale, olio o cera: sono i componenti fondamentali dei gliceridi e dei lipidi complessi.

Sono prevalentemente, ma non esclusivamente, con una catena da 4 a 30 atomi di carbonio in un numero pari, senza ramificazioni e aciclici (cioè costituiti da molecole che non presentano catene chiuse ad anello) e un gruppo funzionale carbossilico (-COOH). Possono classificarsi in:

  • ACIDI GRASSI SATURI (AGS), quando non sono presenti doppi legami nella catena carboniosa. Quelli più diffusi sono il palmitico e lo stearico;
  • ACIDI GRASSI INSATURI (AGI), quando sono presenti doppi legami nella catena carboniosa; a loro volta si suddividono in:
    acidi grassi monoinsaturi o monoenoici, se è presente un solo doppio legame C=C (il più rappresentativo è l’acido oleico);
    acidi grassi polinsaturi o polienoici, se sono presenti due o più doppi legami C=C.

Questa suddivisione è molto importante poiché in base al grado di insaturazione gli acidi grassi cambiano le loro proprietà fisiche, chimiche e soprattutto nutrizionali.

A temperatura ambiente gli AGS sono solidi, mentre gli AGI sono liquidi. Per questo motivo i grassi di origine animale (lardo, strutto, etc.) sono in generale solidi (poiché ricchi di acidi grassi saturi), mentre i grassi di origine vegetale (quali olio di oliva, di semi, etc.) sono in genere liquidi (perché ricchi di acidi grassi insaturi).

La presenza di doppi legami C=C e la lunghezza della catena carboniosa influenza la temperatura di fusione e la temperatura di cristallizzazione degli acidi grassi. Maggiore è la percentuale di doppi legami e più le catene carboniose risultano corte, più alta risulta la fluidità dell’acido grasso e la sua temperatura di cristallizzazione si abbassa.

 

Il metabolismo di grassi saturi e insaturi attiva gli stessi enzimi, e l’organismo non è in grado di regolare questa competizione enzimatica. Pertanto, è importante mantenere l’equilibrio corretto nell’assunzione di questi due tipi di grassi. Un sovraccarico di acidi grassi in generale riduce la quantità di enzimi e aggrava il problema della competizione.

Gli acidi grassi polinsaturi sono ulteriormente classificati in due famiglie diverse:

  • omega-3, o serie dell’acido linolenico, quando l’ultimo doppio legame è presente sul terzo carbonio a partire dalla fine (ad esempio acido α-linolenico): ne sono particolarmente abbondanti i pesci azzurri;
  • omega-6, o serie dell’acido linoleico, quando l’ultimo doppio legame è presente sul sesto carbonio a partire dalla fine (ad esempio acido linoleico): ne sono particolarmente abbondanti gli oli di origine vegetale.

Questi due tipi di AGI non sono sintetizzabili dall’organismo umano, ma sono indispensabili per il nostro metabolismo e devono essere assunti attraverso l’alimentazione, per cui sono detti ACIDI GRASSI ESSENZIALI (AGE). Sono molto importanti sotto il profilo nutrizionale in quanto svolgono importanti funzioni nell’organismo:

  • costituiscono i fosfolipidi, componenti strutturali delle membrane cellulari;
  • riducono i valori di colesterolo nel sangue, con azione preventiva nei confronti dell’aterosclerosi;
  • sono precursori delle prostaglandine, sostanze con svariate funzioni, come ad esempio la pressione sanguigna, hanno azione antinfiammatoria, intervengono nella contrazione dei muscoli lisci, etc.

APPROFONDIMENTO

Per conoscenza, inseriamo dei collegamenti esterni per la visualizzazione dell’ELENCO dei più importanti:

GLICERIDI

gliceridi (o acilgliceroli) sono dei grassi saponificabili la cui molecola è ottenuta dall’unione del glicerolo con gli acidi grassi. Il glicerolo, o glicerina, è un composto organico nella cui struttura sono presenti tre gruppi funzionali (-OH).

I gruppi ossidrili del glicerolo possono essere sostituiti con:

  • acidi grassi uguali, ottenendo un gliceride puro;
  • acidi grassi diversi, ottenendo gliceridi misti.

A seconda del numero di ossidrili esterificati, si parla di:

  • MONOGLICERIDI, la cui molecola è costituita da 1 catena di acido grasso addizionata tramite esterificazione a 1 molecola di glicerolo;
  • DIGLICERIDI, la cui molecola è costituita da 2 catene di acidi grassi addizionata tramite esterificazione a 1 molecola di glicerolo;
  • TRIGLICERIDI, la cui molecola è costituita da 3 catene di acidi grassi addizionata tramite esterificazione a 1 molecola di glicerolo.

I gliceridi hanno funzione principalmente energetica, dove i monogliceridi e i digliceridi svolgono ruoli nel metabolismo intermedio e hanno proprietà emulsionanti, mentre i trigliceridi sono i principali grassi di deposito nel tessuto connettivo e sono la tipologia più comunemente presente nei grassi animali e vegetali.

In base alla consistenza in cui si possono trovare, vengono definiti:

  • OLI, se liquidi a temperatura ambiente, di origine prevalentemente vegetale;
  • GRASSI propriamente detti, se solidi o semisolidi a temperatura ambiente, di origine prevalentemente animale.

STEROIDI

Gli steroidi sono lipidi che presentano una struttura policiclica (formata da quattro anelli di atomi di carbonio “condensati”), il più importante dal punto di vistra nutrizionale è il colesterolo in quanto presente in tutte le cellule dei tessuti animali non solo come costituente delle membrane, ma perché esercita la funzione di ormone: sono steroidi anche gli ormoni sessuali (es. testosterone, diidrotestosterone, estradiolo, progesterone) e gli ormoni corticosurrenali (es. cortisolo, aldosterone).

Un ormone (dalla lingua greca όρμάω – “mettere in movimento”) è un messaggero chimico che trasmette segnali da una cellula (o un gruppo di cellule) a un’altra cellula (o altro gruppo di cellule): tale sostanza è prodotta da un organismo con il compito di modularne il metabolismo e/o l’attività di tessuti e organi dell’organismo stesso.

Il COLESTEROLO è precursore degli ormoni sessuali, degli ormoni cortico-surrenali, dei sali biliari e della Vitamina D. Essendo insolubile in acqua non può circolare liberamente nel sangue, deve quindi essere trasportato dalle proteine solubili in acqua chiamate lipoproteine, le quali si distinguono in:

  • LDL (Low Density Lipoprotein), lipoproteine a bassa densità, sono caratterizzate da una bassa densità (compresa tra 1,006 e 1,063 g/ml e da un diametro di circa 18-25 nm) con la funzione di trasportare i trigliceridi e il colesterolo dal fegato verso i tessuti.
    Poiché l’eccesso di colesterolo nel sangue favorisce la formazione di ateromi (placche di grasso), i quali ostruiscono progressivamente le arterie creando disturbi al sistema cardiovascolare più o meno gravi, viene comunemente chiamato colesterolo cattivo.
  • HDL (High Density Lipoprotein), lipoproteine ad alta densità, sono caratterizzate dalla massima densità (compresa tra 1,063 e 1,210 g/ml e da un diametro di circa 8-11 nm) con la funzione di partecipare alla maturazione di chilomicroni e VLDL (very low density lipoprotein) e di rimuovere il colesterolo in eccesso dai tessuti periferici per portarlo al fegato o ai tessuti steroidogenici, come le ghiandole surrenali o le gonadi.
    Essendo in grado di rimuovere il colesterolo da un ateroma nelle arterie e trasportarlo al fegato, viene comunemente chiamato colesterolo buono.

L’origine del colesterolo presente nel sangue è prevalentemente endogena: le cellule del fegato, infatti, ne sintetizzano circa 1 grammo al giorno, la maggior parte del quale è destinato a trasformarsi in acidi biliari. Tuttavia, una parte del colesterolo è di origine esogena e dunque introdotto per mezzo dell’alimentazione: è molto importante conoscere la composizione dei cibi per ridurre al minimo l’introduzione di colesterolo in eccesso al fine di prevenire malattie cardiovascolari.


LIPIDI COMPLESSI

FOSFOLIPIDI

I fosfolipidi sono composti formati dall’unione del glicerolo con 2 molecole di acidi grassi e 1 molecola di acido fosforico: sebbene risultino simili ai trigliceridi dal punto di vista strutturale, contengono un gruppo fosfato che conferisce una carica negativa, e quindi polarità, alla molecola. Il risultato finale è che ogni fosfolipide ha una testa idrofila e una coda idrofoba, rendendoli parzialmente solubili in acqua.

Questa particolare struttura li rende idonei a formare le membrane biologiche che avvolgono le cellule e gli organuli cellulari, infatti in un ambiente liquido le molecole di fosfolipidi si dispongono con i gruppi idrofili rivolti sia verso la soluzione acquosa interna alle cellule, sia verso quella esterna, relativa all’ambiente circostante. Invece le code idrofobe si attraggono tra loro occupando una posizione mediana.

Ciò detto, la principale funzione dei fosfolipidi nell’organismo è di tipo costruttivo:

  • ruolo strutturale nelle membrane cellulari;
  • ruolo nel trasporto plasmatico dei lipidi;
  • precursori di regolatori metabolici.

Le LECITINE sono tra i fosfolipidi più importanti: oltre a essere costituenti cellulari (in particolare delle cellule del sistema nervoso), sono presenti in numerosi alimenti come la soia, il germe di grano e il tuorlo d’uovo. Grazie alla sua duplice natura, la molecola della lecitina tende a collocarsi all’interfaccia tra due sostanza immiscibili, per esempio olio e acqua. La lecitina è ampiamente utilizzata, nell’ambito della ristorazione, con diverse funzioni:

  • Emulsionante, permette di mescolare tra loro sostanze altrimenti immiscibili, specialmente nei sistemi acqua-in-olio, come la margarina e il cioccolato;
  • Solubilizzante, permette di dissolvere olio nell’acqua;
  • Umidificante, aiuta le polveri a sciogliersi più velocemente nell’acqua;
  • Agente anticristallizzante, previene la cristallizzazione degli zuccheri in presenza di grasso, come nel cioccolato;
  • Agente anti-raffermamento, interagiscono con le molecole di amido e formano dei complessi che tendono a cristallizzare più lentamente per la presenza dell’acido grasso, quindi il fenomeno della retrogradazione dell’amido viene ritardato e la conservabilità del prodotto si allunga;
  • Addensanti.

GLICOLIPIDI

I glicolipidi derivano dall’unione di lipidi e una molecola di glucide (carboidrati), solitamente galattosio o glucosio: hanno un ruolo prevalentemente plastico concorrendo a formare le membrane cellulari, alcuni di essi infatti sono costituenti fondamentali della mielina, la sostanza bianca che avvolge le cellule del sistema nervoso.

La componente lipidica può essere rappresentata da glicerolo (gliceroglicolipidi) o sfingosina (sfingoglicolipidi), esterificati con acidi grassi.


ESTERIFICAZIONE, IDROLISI e IDROGENAZIONE

ESTERIFICAZIONE

L’esterificazione è la reazione di preparazione di un estere a partire da un alcol ed un acido; spesso l’acido è un acido carbossilico, ma anche gli acidi inorganici (es. acido solforico, acido fosforoso e fosforico) possono essere esterificati.

Gli esteri sono composti formati dalla reazione di un acido organico o inorganico con un alcol: oltre ai gliceridi sono esteri molte altre sostanze, ad esempio alcuni oli essenziali e la nitroglicerina.

L’acido è fatto reagire in eccesso di alcool (o con sottrazione successiva di acqua), in presenza di un catalizzatore acido. Il risultato sono un estere e acqua.

Trattandosi di una reazione di equilibrio, la sottrazione di acqua e l’eccesso di alcol servono a spostare l’equilibrio di reazione verso i prodotti finali.

Il processo inverso dell’esterificazione è l’idrolisi.

IDROLISI

Rientrano sotto il generico nome di idrolisi (dal greco ὕδωρ, acqua, e λύω, sciogliere) diverse reazioni chimiche in cui le molecole sono scisse in due o più parti per effetto dell’acqua in cui svolge il ruolo di solvente.

Non è da confondersi con l’idratazione, in cui a una molecola viene addizionata una molecola di acqua (come nel caso dell’idratazione degli alcheni ad alcoli).

In presenza di acqua il gliceride viene scisso liberando il glicerolo e le molecole di acidi grassi che lo costituiscono: se questa reazione avviene in presenza di una base (es. l’idrossido di sodio, comunemente chiamato soda caustica) il processo prende il nome di saponificazione e le sostanze prodotte sono i saponi.

L’idrolisi dei trigliceridi avviene normalmente nel corso della digestione ad opera di enzimi detti lipasi.

IDROGENAZIONE

L’idrogenazione è una reazione chimica dove viene addizionato idrogeno ad un substrato che può essere un elemento o un composto chimico, di regola in presenza di un catalizzatore (generalmente a base di nichel) e a determinate condizioni di temperatura e pressione. La reazione inversa è detta deidrogenazione.

La reazione comporta la saturazione dei doppi legami presenti negli acidi grassi insaturi, sfruttata per trasformare gli oli (liquidi) in grassi (solidi): i prodotti ottenuti sono i grassi idrogenati che, per le loro caratteristiche e il basso costo, vengono impiegati nell’industria dolciaria.


RUOLO BIOLOGICO

I lipidi rappresentano un’importante riserva energetica per animali e piante (semi), in quanto sono in grado di liberare una grande quantità di calorie per unità di massa, il valore calorico di un grammo di lipidi è circa il doppio rispetto a zuccheri e proteine, circa 9,46 kcal/g contro 4,15 kcal/g.

Proprio per questo sono il substrato energetico ideale per le cellule. In un uomo sano di 70 kg, vi sono circa 15 kg di trigliceridi.

Durante l’attività fisica i lipidi vengono utilizzati insieme ai carboidrati, fornendo in ugual misura l’energia necessaria per attività di medio basso livello, se l’attività fisica si protrae per almeno un’ora si va incontro a un esaurimento delle scorte di carboidrati (glicogeno) e a un corrispondente aumento dell’utilizzo di lipidi.

Inoltre i lipidi alimentari apportano gli acidi grassi essenziali (cioè non sintetizzati dall’organismo), come gli acidi linoleico (da cui deriva l’acido arachidonico) e linolenico.


PROPRIETÀ NUTRIZIONALI

I lipidi introdotti con gli alimenti hanno diversi compiti:

  • rendono più appetibili i cibi e gli conferiscono senso di sazietà;
  • trasportano le vitamine liposolubili.

Ne conseguono delle FUNZIONI importanti:

ENERGETICA, conferendo 9 kcal (37 kJ) per ogni grammo, più del doppio a parità di peso rispetto ai glucidi e protidi. Sottoforma di trigliceridi si accumulano nel tessuto adiposo (lipidi di deposito) dove svolgono quindi la funzione di riserva energetica, svolgendo anche un ruolo come isolante termico contribuendo a modellare il corpo;

  • PLASTICA, insieme alle proteine, costituendo le membrale biologiche (lipidi cellulari)
  • REGOLATRICE, ad esempio gli ormoni steroidei che regolano importanti attività biologiche.

Generalmente il fabbisogno giornaliero di lipidi è mediamente il 25-30% delle calorie totali, quelli di origine vegetale sono ricchi di acidi grassi insaturi, quelli di origine animale invece sono ricchi di acidi grassi saturi e colesterolo: ne consegue che una dieta bilanciata dovrebbe tendere a preferire quelli di origine vegetale, evitando il più possibile quelli di origine animale poiché tendono ad accumularsi nel sangue favorendo problemi cardiovascolari.

La CARENZA di lipidi può provocare secchezza e desquamazione della pelle e altri disturbi all’organismo umano, mentre l’ECCESSO è molto pericoloso:

  • favorisce l’insorgenza di problemi cardiovascolari,
  • comporta l’aumento del tessuto adiposo (e peso corporeo) e annesse patologie, come l’obesità.

VITAMINE

SOMMARIO
Introduzione
Elenco delle Vitamine
Effetti sulla Salute


INTRODUZIONE

Le vitamine sono un composto organico e un nutriente essenziale che un organismo richiede in quantità limitate, che tuttavia un organismo vivente non è in grado di sintetizzare in quantità sufficiente e pertanto deve ottenerlo attraverso l’alimentazione: lo studio dell’attività, della funzione strutturale e del loro ruolo nel mantenimento della salute si chiama “vitaminologia“.

Il termine “vitamina” è condizionato dalle circostanze e dal particolare organismo, l’eventuale integrazione può essere importante per la cura di alcuni problemi di salute (es. stati di debilitazione post operatori, forti stress non compensati da sufficiente/corretta alimentazione e riposo ecc…), ma vi è una scarsa evidenza di benefici nutrizionali quando viene utilizzata da persone sane.

Per convenzione, il termine vitamina non comprende altri nutrienti essenziali, attualmente sono 13 le vitamine universalmente riconosciute. Le vitamine sono classificate per la loro attività biologica e chimica, ma non per la loro struttura. Così, per ogni “vitamina” ci si riferisce a una serie di vitameri composti che mostrano tutte le attività biologiche associate a una particolare vitamina. Una tale serie di sostanze chimiche viene raggruppata sotto un “descrittore generico” accompagnato da una lettera dell’alfabeto, come “vitamina A”, che comprende i composti retinali, il retinolo e i quattro carotenoidi conosciuti. I vitameri per definizione sono convertibili nella forma attiva della vitamina nel corpo, e sono talvolta interconvertibili tra loro.

Le vitamine possiedono diverse funzioni biochimiche: alcune hanno funzioni simili agli ormoni come regolatori del metabolismo minerale o regolatori della crescita di tessuti e cellule e della differenziazione, altre funzionano come antiossidanti. Il maggior gruppo di vitamine, le vitamine B, funzionano come precursori per cofattori enzimatici, aiutando gli enzimi nel loro lavoro come catalizzatori nel metabolismo.


ELENCO DELLE VITAMINE

Ogni vitamina è tipicamente utilizzata in molteplici reazioni e, di conseguenza, la maggior parte hanno funzioni multiple. Le vitamine universalmente riconosciute sono 13:

  • Vitamina A
  • Vitamina B1
  • Vitamina B2
  • Vitamina B3
  • Vitamina B5
  • Vitamina B6
  • Vitamina B7
  • Vitamina B9
  • Vitamina B12
  • Vitamina C
  • Vitamina D
  • Vitamina E
  • Vitamina K

Qui di seguito verranno esposte brevemente le caratteristiche di ogni vitamina, esclusivamente dal punto di vista dell’alimentazione umana, riassumendone i punti essenziali quali una breve descrizione, la fonte alimentare e gli effetti sul corpo umano.

VITAMINA A
La vitamina A è una vitamina liposolubile, in natura si presenta in tre diverse forme: alcolica (retinolo), aldeidica (retinaldeide) ed acida (acido retinoico): la formula bruta è C20H30O. Anche i carotenoidi che contengono almeno un anello di β-ionone non sostituito (come il beta-carotene) sono considerati precursori della vitamina A. Nell’organismo presenta numerose funzioni biologiche che riguardano soprattutto la visione e la differenziazione cellulare, ovvero l’assegnazione di compiti specifici per ogni tipologia di cellula.

Le fonti alimentari sono in prevalenza di origine animale, soprattutto nel fegato e nella milza, seguiti poi da latte e derivati e uova. Dato che carne, latte e uova sono però ricchi di colesterolo si consiglia di assumerla principalmente tramite pesce e derivati, e tramite fonti vegetali. I carotenoidi, da cui l’organismo ricava la vitamina A, sono particolarmente presenti nei tessuti vegetali e nei microorganismi fotosintetici. Tra i tessuti vegetali, ne sono particolarmente ricchi quelli a colorazione giallo-arancione (visto che questi fattori sono direttamente responsabili di questo tipo di colorazione) e quelli a foglia.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • la CARENZA determina inibizione della crescita, deformazione e fragilità delle ossa e serie modifiche delle strutture epiteliali e degli organi riproduttivi, infatti regola la differenziazione degli epiteli mucosi ed una sua carenza causa cheratinizzazione degli epiteli con un processo detto metaplasia squamosa. La sua carenza può indurre anche secchezza della pelle e delle mucose respiratorie, digerenti e urinarie.
    Un’altra importante alterazione riguarda la funzione visiva: una bassa quantità di rodopsina determina anche necessità di una maggior stimolazione luminosa, pertanto la quantità minima di luce necessaria per innescare i meccanismi della visione aumenta. Questo fenomeno determina una diminuzione dell’adattamento alla bassa illuminazione (cecità crepuscolare o cecità notturna, emeralopia). Nei casi più seri di deficit vitaminico può anche comparire la Cheratomalacia, ovvero secchezza della congiuntiva e della cornea che possono portare danni oculari permanenti fino alla cecità completa.
    La carenza di vitamina A può portare anche ad un aumento della mortalità materna in gravidanza.
  • la TOSSICITÀ è determinata dalle dosi: assumere quantità giornaliere superiori alle capacità di immagazzinamento ed eliminazione del fegato, sia tramite consumo frequente di alimenti ricchi in vitamina A sia per mezzo di integratori, può comportare la comparsa di una sintomatologia caratterizzata da inappetenza, dolori muscolari, anemia, perdita dei capelli e varie alterazioni neurologiche e può determinare la comparsa di un’intossicazione acuta con nausea, vomito, emicrania, perdita di coordinazione e disturbi visivi.
    La tossicità da carotenoidi è più contenuta in quanto il loro assorbimento è modesto e diminuisce ancora in caso di alte dosi: in caso di sovradosaggio si può verificare la comparsa di pigmentazione giallo-arancione della pelle e delle mucose, fenomeno che regredisce in poco tempo una volta che la dose di carotenoidi venga ridotta.
VITAMINA B1

La vitamina B1 (o tiamina o aneurina) è un composto chimico idrosolubile in acqua che forma soluzioni debolmente acide e ha una buona stabilità al calore e all’ossidazione: la sua formula bruta è C12H17N4OS+. È necessaria per la sintesi dell’emoglobina nel sangue e per la produzione di acido γ-amminobutirrico (GABA) a partire dall’acido glutammico.

Le fonti alimentari sono in prevalenza di origine animale e vegetale: generalmente negli alimenti vegetali si trova in forma libera, mentre in quelli animali si trova anche in forma fosforilata, mono-fosfato e di-fosfato. Molto ricchi di tiamina sono i legumi, il germe e il pericarpo dei cereali. Negli alimenti animali le maggiori concentrazioni si trovano nel fegato, nel rene, nel cervello e nell’intestino. Un’altra fonte importante di tiamina è il lievito di birra.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • la CARENZA determina problemi metabolici, in particolare nel metabolismo dei carboidrati, visibile pochi giorni dopo, con un aumento plasmatico degli α-chetoacidi (acido piruvico e lattico) e un abbassamento dell’attività transchetolasica degli eritrociti.
    La carenza cronica di tiamina provoca alterazioni del sistema nervoso e dell’apparato cardiovascolare, con evoluzione subacuta e potenzialmente fatale. L’incidenza di deficit di tiamina è stato notevolmente ridotto in seguito all’introduzione della fortificazione dei cereali, ma risulta ancora un notevole problema sanitario nelle popolazioni dell’Asia orientale facenti uso di riso brillato ed anche in soggetti suscettibili nei paesi sviluppati, come alcolisti, donne gravide, pazienti soggetti a malassorbimento, soggetti malnutriti.
    Le manifestazioni cliniche del deficit di tiamina sono:
    – insufficienza cardiaca con shock iperdinamico (beriberi umido);
    – polineuropatia (beriberi secco): di tipo sensitivo motorio, motorio puro, oppure sensitivo puro, talora con un quadro di grave disequilibrio secondario ad atassia sensitiva;
    – Encefalopatia di Wernicke, caratterizzata da confusione mentale, oftalmoparesi, atassia cerebellare e psicosi di Korsakoff, la sua evoluzione cronica dementigena, caratterizzata da amnesia e confabulazione;
    – neuropatia ottica.
  • non si conoscono fenomeni di TOSSICITÀ in quanto la quantità eccedente viene rapidamente eliminata con le urine.
VITAMINA B2

La vitamina B2 (o riboflavina) è una molecola che fa parte del gruppo funzionale dei cofattori FAD e FMN e di conseguenza è necessaria per numerose reazioni catalizzate da flavoproteine, incluse le reazioni di attivazione di altre vitamine: la sua formula bruta è C17H20N4O6.

Le fonti alimentari sono le verdure, nel lievito e soprattutto nel latte, nel fegato, nel cuore, nel rene e nell’albume dell’uovo. Nelle verdure il contenuto della vitamina è presente soprattutto nelle parti a crescita attiva e diminuisce allorché la pianta smette di crescere. Anche nel latte la quantità di riboflavina può essere variabile a seconda del tipo di alimentazione degli animali produttori. Nei tessuti dei mammiferi la vitamina è presente nella forma coenzimatica.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • essendo coinvolta in moltissime reazioni metaboliche, la sua CARENZA può riguardare anche altre vitamine, ciò significa che può portare ad uno stato pluricarenziale di altre vitamine. Si rilevano tra l’altro: alterazioni mitocondriali, inibizione della conversione della vitamina B6 nelle sue forme coenzimatiche (con conseguente pellagra), aumento della perossidazione lipidica, anemia da carenza di ferro, aumento della sintesi di glutatione e conseguente diminuzione degli aminoacidi coinvolti in questo processo.
    Si ha dolore e/o bruciore alle labbra, alla lingua o alla bocca e difficoltà a deglutire e masticare, pallore, formazione di screpolature e ragadi dolorose, dermatite seborroica. Si può anche avere lacrimazione, bruciore e prurito oculari e diminuzione dell’acutezza visiva;
  • non si conoscono fenomeni di TOSSICITÀ in quanto il sistema di assorbimento della riboflavina è saturabile e sembra che non superi i 25 mg.
VITAMINA B3
Con il termine vitamina B3 (o niacina) si intendono due molecole simili tra loro: l’acido nicotinico (la niacina propriamente detta) e l’ammide di quest’ultimo, la nicotinammide (o niacinammide). La sua formula bruta è C6NH5O2.
Sia l’acido nicotinico sia la nicotinammide sono derivati della piridina e sono solubili in acqua, resistenti al calore, alla luce, alle basi e all’ossigeno.
Entrambe le molecole sono coinvolte in molteplici reazioni di ossidoriduzione di vie sia cataboliche sia anaboliche.

Le fonti alimentari sono in genere di origine vegetale per quanto riguarda l’acido nicotinico, mentre di origine animale per quanto riguarda la nicotinammide: sono composti resistenti alla cottura, fatto salvo che possono facilmente disperdersi nel liquido di cottura.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • la CARENZA è nota con il nome di pellagra, in genere tale patologia ha inizio con problemi all’apparato gastrointestinale cui poi si aggiunge una dermatite fotosensibilizzante. Si hanno anche disturbi mentali con stanchezza, depressione e disturbi della memoria;
  • la TOSSICITÀ comporta principali effetti collaterali che si possono verificare sono quelli vasodilatatori con comparsa di vampate, eritema, prurito, dolore epigastrico, nausea, mal di testa e diarrea. Si sono anche avuti casi di epatotossicità, evidenziata da alterazione delle transaminasi.
VITAMINA B5
La vitamina B5 (o acido pantotenico) deriva dalla condensazione, tramite legame carboamidico, di una molecola di β-alanina con una molecola di acido pantoico: è instabile al calore, alle basi ed agli acidi ed è solubile in acqua; è un componente, insieme all’ATP e alla β-mercaptoetilammina, del Coenzima A ed anche della fosfopanteteina. La sua formula bruta è C9H17NO5.
Questa vitamina è implicata nella sintesi del coenzima A (CoA), che può agire come trasportatore di altri composti all’interno delle cellule ed è quindi molto importante nel metabolismo energetico.

Le fonti alimentari sembrano essere ubiquitarie, si trova in particolare nel fegato, nei fegatelli di pollo e manzo, nel lievito di birra, crusca di frumento, semi di sesamo, pappa reale. In minor misura: semi di girasole, soia, uova, piselli secchi, melassa grezza, farina integrale di grano saraceno e nei legumi, soprattutto come CoA e fosfopanteteina (85%).

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • la CARENZA comporta alterazioni cutanee come arrossamenti, ragadi e dermatiti seboroiche;
  • non sono noti effetti di TOSSICITÀ acuta, cronica o da alti dosaggi.
VITAMINA B6
La piridossina (C8H11NO3), il piridossale (C8H9NO3), la piridossamina (C8H12N2O2), sono le forme con cui si presenta la vitamina B6: tutte e tre sono derivati piridinici che si differenziano tra loro per i diversi gruppi funzionali sostituenti che si trovano in posizione para rispetto all’atomo di azoto.
Sono stabili al calore soprattutto in ambiente acido, ma vengono decomposti dalla luce o da sostanze ossidanti.
La funzione primaria di questa vitamina è di coenzima a supporto di vari enzimi coinvolti principalmente nel metabolismo degli amminoacidi.

Le fonti alimentari sembrano essere ubiquitarie, è presente sia in alimenti di origine animale (maiale, manzo, tacchino) sia in alimenti di origine vegetale (semi, banane, ceci, patate, pistacchi). Generalmente nei primi vi è una maggior quantità di piridossamina e piridossale fosforilati mentre nei secondi prevale la piridossina. Tuttavia nei vegetali vi può anche essere una quota di piridossamina glicosilata che non viene idrolizzata dagli enzimi intestinali e che per tanto è inutilizzabile.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • la CARENZA è rara e può comportare la comparsa di depressione con nausea, vomito, dermatite seborroica, lesioni delle mucose, glossite e cheilosi e neuropatie periferiche;
  • la TOSSICITÀ è causata da quantativi superioru a 50mg/die per periodi di tempo prolungati che possono provocare delle neuropatie periferiche.
VITAMINA B7
La vitamina B7 (o biotina) è solubile in acqua e in questo stato è resistente al calore, alle basi ed agli acidi, si decompone per azione della luce ultravioletta e di forti ossidanti. La sua formula bruta è C10H16N2O3S5.
Coinvolta in molteplici processi fisiologici, è legata soprattutto al metabolismo di grassi, carboidrati e aminoacidi.

Le fonti alimentari sembrano essere ubiquitarie, è presente sia nel regno animale sia in quello vegetale: si trova anche nel latte umano e di mucca, nei latticini, nel tuorlo dell’uovo e nei frutti di mare. Soprattutto nei vegetali la biotina è presente legata in maniera energica alle proteine per cui la sua biodisponibilità è più bassa. La biotina è prodotta in elevate quantità anche dai batteri intestinali.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • la CARENZA è rara e si possono verificare in individui che assumono grandi quantità di uova crude o alla coque, invece le uova cotte non hanno questo effetto in quanto la cottura denatura l’avidina, nell’adulto può dare origine a manifestazioni cutanee (desquamazioni);
  • la TOSSICITÀ non è nota fino a livelli di 10 mg/die.
VITAMINA B9
La vitamina B9 (o acido folico) è necessaria per tutte le reazioni di sintesi, riparazione e metilazione del DNA, per il metabolismo dell’omocisteina (rimetilazione), e di altre importanti reazioni biochimiche, specialmente quando sono implicati intensi periodi di divisione cellulare in caso di crescita rapida. Per questo motivo sia i bambini sia gli adulti necessitano di acido folico per produrre normalmente i globuli rossi e prevenire forme di anemia.
La sua formula bruta è C19H19N7O6.
Questa vitamina è essenziale alla vita e poiché interviene nella sintesi degli acidi nucleici e quindi è molto importante per la divisione e la maturazione delle cellule, per maggiori informazioni si consiglia un approfondimento.

Le fonti alimentari sono soprattutto di origine vegetale come le verdure a foglia verde (lattuga, spinaci, broccoli), nei legumi e nelle uova; è presente nelle frattaglie (rene, fegato) ma scarsa nella frutta e nel latte.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici e necessitano di un approfondimento:

  • la CARENZA si traduce in problemi nella sintesi di DNA e RNA, gli elementi più coinvolti da questo problema sono le cellule a ricambio rapido, come quelle del midollo osseo;
  • la TOSSICITÀ non è nota fino a una dose di 5 mg/die.
VITAMINA B12
La vitamina B12 (o cobalamina) è una sostanza chimica altamente solubile in acqua che comprtende 4 tipologie di vitameri: idrossicobalamina, cianocobalamina, metilcobalamina e adenosilcobalamina. La sua formula bruta è C63H88CoN14O14P.
Questa vitamina è coinvolta nel metabolismo di ogni cellula nella veste di cofattore: sintesi del DNA, metabolismo degli acidi grassi e sintesi degli aminoacidi. In particolare ha un ruolo importante nella produzione di mielina (utile per il sistema nervoso) e nella maturazione dello sviluppo di globuli rossi nel midollo osseo.

Le fonti alimentari sono soprattutto di origine animale che ne contengono in adeguate quantità, in particolare il fegato, molluschi e alcuni tipi di pesce. In natura la sintesi della vitamina B12 avviene solo per opera di microrganismi (alcuni archei e batteri).

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • la CARENZA di questa vitamina si presenta soprattutto nei soggetti che hanno scelto una dieta completamente vegana, generalmente può causare anemia (e relativi sintomi) e disturbi neurologici;
  • la TOSSICITÀ non è nota poiché un’eventuale quantità in eccesso viene eliminata con le urine, senza provocare effetti tossici da accumulo.
VITAMINA C
La vitamina C (o acido ascorbico) è un composto organico molto idrosolubile, debolmente acido, con proprietà antiossidanti presente in natura: la sua formula bruta è C6H8O6.
Questa vitamina è importante per il corretto funzionamento del sistema immunitario e per la sintesi di collagene nell’organismo, il quale rinforza i vasi sanguigni, la pelle, i muscoli e le ossa: gli esseri umano non possono creale collagere senza la vitamina C.

Le fonti alimentari sono esclusivamente in natura, gli esseri umani infatti non sono in grado di sintetizzare questa vitamina: è presente in alcuni alimenti soprattutto nei vegetali a foglia verde, peperoni, pomodori, kiwi e negli agrumi, particolarmente concentrata nel frutto di ciliegia amazzonica, l’acerola, e nella rosa canina. La cottura può comportare perdita di vitamina (in taluni casi fino al 75%), può essere ridotta adottando una cottura che sia il più possibile rapida.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • la CARENZA determina la comparsa dello scorbuto, patologia che riguarda particolarmente l’insufficiente produzione di collagene e di sostanza cementante intercellulare, determinando alterazioni a livello dei vasi sanguigni con comparsa di emorragie, rallentamento della cicatrizzazione delle ferite, gengiviti con alterazioni della dentina, gengivorragie e osteoporosi;
  • la TOSSICITÀ da sovradosaggio comporta diarrea, dosi superiori ai 1 g/die possono portare alla presenza di disturbi (nausea, mal di testa, ecc.).
VITAMINA D

Per vitamina D si intende un gruppo di pro-ormoni liposolubili costituito da 5 diverse vitamine: vitamina D1, D2, D3, D4 e D5. Le due più importanti forme nelle quali la vitamina D si può trovare sono la vitamina D2 (ergocalciferolo) e la vitamina D3 (colecalciferolo), entrambe le forme dall’attività biologica molto simile:

  • l’ergocalciferolo (D2), con formula bruta C28H44O, è di provenienza vegetale
  • il colecalciferolo (D3), con formula bruta C27H44O, è derivante dal colesterolo e sintetizzato negli organismi animali

Questa vitamina è importante è essenziale per l’omeostasi del calcio e del fosfato, ed è determinante per la crescita e il mantenimento dello scheletro.
La fonte principale di vitamina D per l’organismo umano è l’esposizione alla radiazione solare.

Le fonti alimentari sono ridotte, pochi alimenti contengono quantità apprezzabili di vitamina D: un alimento particolarmente ricco è l’olio di fegato di merluzzo, seguito dai pesci grassi come il salmone e l’aringa, l’uovo, il fegato, le carni rosse e le verdure verdi.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • la CARENZA determina una diminuzione dei livelli sierici di calcio e fosforo con conseguente iperparatiroidismo secondario e aumento della concentrazione di fosfatasi alcalina, si hanno alterazione dei processi di mineralizzazione con rachitismo (nel bambino non esposto al sole) e osteomalacia (nell’adulto non esposto al sole) e debolezza muscolare, deformazione ossea (in caso di malattia ossea) e dolori;
  • in caso di prolungata assunzione di vitamina, superiore a 10.000 UI/die, si possono verificare fenomeni di TOSSICITÀ acuta o cronica con comparsa di nausea, diarrea, ipercalciuria, ipercalcemia, poliuria, calcificazione dei tessuti molli.
VITAMINA E

Per vitamina E s’intende un gruppo di otto composti liposolubili che include quattro tocoferoli e quattro tocotrienoli:

  • tocoferoli (α, β, γ e δ)
  • tocotrienoli (α, β, γ e δ)

La sua formula bruta è C29H50O2. Questa vitamina è un nutriente vitaminico essenziale e vitale per l’uomo, un potente antiossidante liposolubile, che protegge le membrane cellulari dalle specie reattive dell’ossigeno.

Le fonti alimentari sono ridotte, pochi alimenti contengono quantità apprezzabili di vitamina D: un alimento particolarmente ricco è l’olio di fegato di merluzzo, seguito dai pesci grassi come il salmone e l’aringa, l’uovo, il fegato, le carni rosse e le verdure verdi.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • sviluppare CARENZA di vitamina E è complicato in quanto i suoi depositi nell’organismo sono ingenti (soprattutto nel fegato), in casi di malassorbimento o abetalipoproteinemia può comporta l’insorgenza di una sindrome neurodegenerativa con neuropatia periferica, miopatia e atassia cerebellare;
  • non sembrano essere noti effetti di TOSSICITÀ da sovradosaggio.
VITAMINA K

Per vitamina K s’intende una serie di composti suddivisi in tre gruppi:

  • Vitamina K1fillochinone (C31H46O2) di origine vegetale e che costituisce la forma più presente nella dieta,
  • Vitamina K2 o menachinone (C46H64O2) di origine batterica, sintetizzata dai batteri simbionti normalmente presenti nella flora intestinale umana, come quelli appartenenti al genere Escherichia (come E. coli);
  • Vitamina K3 o menadione (C11H8O2), liposolubile, di origine sintetica ed il suo derivato bisolfitico, idrosolubile.

Questa vitamina garantisce la corretta funzionalità di alcune specifiche proteine implicate nel legame del calcio nelle ossa e in altri tessuti, e nella coagulazione del sangue (attività antiemorragica).

Le fonti alimentari sembrano essere ubiquitarie, si trova sia negli alimenti vegetali sia in quelli animali, viene sintetizzata dai batteri intestinali ed è presente anche nell’alga spirulina. Tra i vegetali i più ricchi sono gli ortaggi a foglie verdi (broccoli, cavolo, cavolini di Bruxelles, cime di rapa, spinaci, verza, ecc…)., ma anche i ceci, i piselli, la soia, il tè verde, le uova, il fegato di maiale e di manzo. I latticini, la carne, la frutta ed i cereali ne hanno in quantità molto inferiori.

Gli effetti sul corpo umano sono molteplici:

  • la CARENZA si manifesta all’inizio con aumento del tempo di coagulazione e diminuzione della protrombina, poi con segni clinici che vanno dalle petecchie sino a grandi emorragie: dato che la vitamina K partecipa attivamente alla fissazione del calcio nelle ossa attraverso le proteine Gla ed osteocalcina, in soggetti predisposti la sua carenza può addirittura causare fenomeni osteoporotici antecedenti a disordini coagulativi;
  • la TOSSICITÀ è differente in base al tipo di sovradosaggio: alti livelli di menadione possono portare a stress ossidoriduttivo con diminuzione dei livelli di glutatione ed emolisi, mentre non sono noti effetti da sovradosaggio di fillochinone o menachinoni.

EFFETTI SULLA SALUTE

Le vitamine sono essenziali per la normale crescita e per lo sviluppo di un organismo multicellulare. Utilizzando il modello genetico ereditato dai suoi genitori, un feto inizia a svilupparsi, dal momento del concepimento, grazie alle sostanze nutritive che assorbe. È pertanto necessario che alcune vitamine e minerali siano presenti in determinati momenti. Questi nutrienti facilitano le reazioni chimiche che formano, tra l’altro, la pelle, le ossa e i muscoli. Se vi fosse una grave carenza di uno o più di questi nutrienti, un bambino potrebbe incorrere in una malattia; anche carenze minori possono causare gravi danni permanenti.

Per la maggior parte, le vitamine sono ottenute attraverso l’alimentazione, ma alcune grazie ad altri mezzi. Ad esempio, i microrganismi nell’intestino, comunemente noto come “flora intestinale”, sono in grado di produrre la vitamina K e la biotina, mentre una forma di vitamina D è sintetizzata nella pelle con l’aiuto della luce solare naturale alla lunghezza d’onda ultravioletta. Gli esseri umani possono produrre alcune vitamine da precursori che assimilano. Esempi includono la vitamina A, prodotta dal beta-carotene, e la niacina, prodotta dal triptofano.

Una volta che la crescita e lo sviluppo sono stati completati, le vitamine rimangono nutrienti essenziali per il sano mantenimento delle cellule, tessuti e organi che compongono un organismo multicellulare; essi consentono anche ad una forma di vita pluricellulare di utilizzare in modo efficiente l’energia chimica fornita dal cibo che mangia e per aiutare a elaborare le proteine, i carboidrati e grassi necessari per il metabolismo.

SALI MINERALI

SOMMARIO
Introduzione
Macroelementi
Microelementi
Oligominerali
Assunzione dei Sali Minerali


INTRODUZIONE

I SALI MINERALI (o elementi essenziali) sono composti inorganici che ricoprono un ruolo fondamentale nel funzionamento di tutti gli organismi viventi, essi sono infatti costituenti di alcune fondamentali biomolecole, come elemento centrale dei gruppi prostetici di emoglobina e clorofilla, come parte di enzimi deputati alla sintesi delle proteine, costituenti strutturali della crescita e sviluppo di vari organi e tessuti come denti e ossa, alla regolazione dell’equilibrio idrosalino delle cellule.

Nell’organismo umano la quantità di sali minerali presenti rappresenta circa il 4% del peso corporeo, pertanto il fabbisogno giornaliero è limitato, tuttavia essendo essi eliminati costantemente dall’organismo, attraverso le feci, l’urina ed il sudore, vanno costantemente reintegrati.

In base al fabbisogno giornaliero, nell’alimentazione dell’adulto umano, i sali minerali vengono sommariamente classificati in due o tre gruppi principali:

  • MACROELEMENTI: il fabbisogno è > 100 mg/giorno;
  • MICROELEMENTI: il fabbisogno è < 1mg/giorno;
  • OLIGOELEMENTI: il fabbisogno è tra 1 e 100 mg/giorno.

MACROELEMENTI

Sono detti macroelementi gli elementi presenti nell’organismo umano in quantità relativamente elevate, il cui fabbisogno giornaliero è superiore a 100 mg e sono costituenti fondamentali e strutturali delle molecole biologiche, o circolano nei fluidi extracellulari in forma ionica. I macroelementi sono 7:

  • Calcio (Ca)
  • Cloro (Cl)
  • Fosforo (P)
  • Magnesio (Mg)
  • Potassio (K)
  • Sodio (Na)
  • Zolfo (S)

Qui di seguito verranno esposte brevemente le caratteristiche di ogni macroelemento, esclusivamente dal punto di vista dell’alimentazione umana, riassumendone i punti essenziali quali una breve descrizione, la fonte alimentare e gli effetti sul corpo umano.

MACROELEMENTI: approfondimento
CALCIO (Ca)
Il calcio è l’elemento chimico di numero atomico 20 e il suo simbolo è Ca ed è un importante componente di una dieta equilibrata: una mancanza di calcio rallenta la formazione e la crescita delle ossa e dei denti e provoca il loro indebolimento, viceversa nelle persone con malattie renali, un eccesso di calcio nella dieta porta alla formazione di calcoli renali. È l’elemento maggiormente presente: da 1,5 a 1,9% del peso corporeo (circa 1200 g per un uomo adulto del peso di circa 70 kg) e così distribuito:

  • 98% nello scheletro;
  • 1% nei denti;
  • 1% all’interno dei liquidi organici e del sangue

Le sue FUNZIONI sono:

  • costruzione dello scheletro e dei denti;
  • regolazione della contrazione muscolare (compreso il muscolo cardiaco);
  • coagulazione del sangue;
  • trasmissione degli impulsi nervosi;
  • regolazione della permeabilità cellulare;
  • corretto funzionamento di numerosi enzimi.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono latte e formaggi, pesce, carni, frutta secca e cereali integrali.

La CARENZA può causare:

  • rachitismo;
  • osteoporosi.

L’ECCESSO può causare:

  • nausea;
  • vomito;
  • stato confusionale;
  • sonnolenza.
CLORO (Cl)
Il cloro è l’elemento chimico di numero atomico 17 e simbolo Cl e si trova soprattutto in forma ionica nei fluidi extracellulari: è particolarmente abbondante nei succhi gastrici (in particolare nell’acido cloridrico) e gioca un ruolo essenziale nella digestione proteica e nella difesa dai fermi introdotti con gli alimenti.

Le sue FUNZIONI sono:

  • digestione delle proteine;
  • regolazione del bilancio idrico;
  • regolazione pressione osmotica;
  • corretto equilibrio acido-base.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono i cibi stagionati, i formaggi, i salumi, l’acqua ed i prodotti da forno salati: fa fonte principale di cloro alimentare è rappresentata dal sale da cucina.

La CARENZA può causare:

  • apatia mentale;
  • anoressia.

L’ECCESSO può causare:

  • vomito.
FOSFORO (P)
Il fosforo l’elemento chimico di numero atomico 15 e come simbolo P ed è coinvolto in tutte le funzioni vitali di tutte le forme di vita conosciute. Negli esseri umani rappresenta circa l’1% del peso corporeo, ubiquitario negli acidi nucleici e nei composti fosforilati alla base dei processi energetici cellulari, mineralizzato col calcio a formare le ossa e sommariamente così distribuito:

  • 85% in ossa e denti,
  • 10% nel tessuto muscolare,
  • 1% nel cervello come fosfolipidi.
  • 4% nel sangue (tampone fosfato)

Le sue FUNZIONI sono:

  • fondamentale per la formazione delle proteine e per il corretto sfruttamento energetico degli alimenti;
  • partecipa alla formazione delle molecole di RNA e DNA.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono il latte e formaggi, pesce, carni, frutta secca e cereali integrali.

La CARENZA può causare:

  • debolezza;
  • demineralizzazione delle ossa;
  • anoressia.

L’ECCESSO può causare:

  • ipocalcemia;
  • calcificazione e ossificazione dei tessuti molli.
MAGNESIO (Mg)
Il magnesio è l’elemento chimico di numero atomico 12 e come simbolo Mg e ricopre un ruolo essenziale per tutti i tessuti e le cellule: gli ioni di magnesio interagiscono principalmente con i composti polifosfati, ad esempio l’ATP, il DNA e l’RNA; costituiscono lo scheletro, intervengono nella regolazione dell’eccitabilità delle membrane nervose e muscolari, e nella trasmissione sinaptica. Negli esseri umani rappresenta circa il 0,05% del peso corporeo, di cui il 70% nelle ossa.

Le sue FUNZIONI sono:

  • costituzione dello scheletro;
  • attività nervosa e muscolare;
  • il metabolismo dei grassi;
  • sintesi proteica.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono quelli di origine vegetale, ad esempio i semi amidacei e oleosi come i legumi, la frutta secca, il cacao e i cereali integrali. Il magnesio abbonda anche in alcune spezie, nei frutti dolci e negli ortaggi, soprattutto a foglia verde, poiché trattasi di un costituente fondamentale della clorofilla.

La CARENZA può causare:

  • anoressia;
  • vomito;
  • aumento dell’eccitabilità muscolare.

L’ECCESSO può causare:

  • depressione;
  • disturbi cardiaci e respiratori.
POTASSIO (K)
Il potassio è l’elemento chimico di numero atomico 19 e come simbolo K e regola l’eccitabilità neuromuscolare, la ritmicità del cuore, la pressione osmotica, l’equilibrio acido-base e la ritenzione idrica. Negli esseri umani rappresenta lo 0,35% del peso corporeo ed è presente in forma di ione principalmente all’interno delle cellule e meno nei liquidi extracellulari.

Le sue FUNZIONI sono:

  • funzionamento dei muscoli scheletrici e del miocardio;
  • regolazione eccitabilità neuromuscolare;
  • equilibrio acido-base;
  • ritenzione idrica;
  • pressione osmotica.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono quelli di origine vegetale, ad esempio i fagioli e i piselli secchi, gli asparagi, le patate, le albicocche, le banane, i cavolfiori, gli spinaci.

La CARENZA può causare:

  • debolezza muscolare;
  • irregolarità cardiache (aritmia, tachicardia);
  • stato confusionale;
  • sonnolenza;
  • crampi muscolari;
  • astenia.

L’ECCESSO può causare:

  • ipotensione;
  • brachiacardia.
SODIO (Na)
Il sodio è l’elemento chimico di numero atomico 11 e come simbolo Na e negli esseri umani rappresenta circa il 0,15% del peso corporeo ed è contenuto in forma ionica nel sangue e nei liquidi intracellulari.

Le sue FUNZIONI sono:

  • regolatore della permeabilità delle membrane cellulari.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono molteplici, è particolarmente abbondante nei salumi e negli altri alimenti a cui viene aggiunto per aumentarne conservabilità e sapidità: in generale i cibi di provenienza animale (latte, carni, pollame e pesce) sono più ricchi di sodio degli alimenti di origine vegetale (cereali, verdure, ortaggi e frutta).

La CARENZA può causare:

  • anoressia;
  • nausea;
  • vomito.

L’ECCESSO può causare:

  • ipertensione arteriosa;
  • nausea;
  • vomito;
  • convulsioni;
  • difficoltà respiratorie.
ZOLFO (S)
Lo zolfo è l’elemento chimico di numero atomico 16 e come simbolo S ed è indispensabile per la vita di qualsiasi cellula: è essenziale per la costruzione del tessuto connettivo e dei mucopolisaccaridi, è presente in molti tessuti dell’organismo umano e rappresenta lo 0,25% del peso corporeo. Si trova in due aminoacidi (metionina e cisteina) fondamentali per la struttura tridimensionale proteica, e in tre vitamine (tiamina, biotina e acido pantotenico).

Le sue FUNZIONI sono:

  • formazione di cartilagini, peli e capelli.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono soprattutto le uova, la carne, il pesce ed i formaggi. Nel mondo vegetale, le fonti più generose di zolfo sono rappresentate da aglio, cipolla e cavoli.

La CARENZA dello zolfo è genericamente molto rara, può determinare perdita di tonicità della pelle, comparsa di dolori articolari, inquietudine e insonnia.

L’ECCESSO può causare:

  • problemi di sviluppo fisico e scarsa crescita.

MICROELEMENTI

Il fabbisogno giornaliero dei minerali di questo gruppo varia da meno di 1 mg sino a 99 mg. I microelementi sono 9:

  • Ferro (Fe)
  • Rame (Cu)
  • Zinco (Zn)
  • Fluoro (F)
  • Iodio (I)
  • Selenio (Se)
  • Cobalto (Co)
  • Manganese (Mn)
  • Molibdeno (Mo)

Qui di seguito verranno esposte brevemente le caratteristiche di ogni microelemento, esclusivamente dal punto di vista dell’alimentazione umana, riassumendone i punti essenziali quali una breve descrizione, la fonte alimentare e gli effetti sul corpo umano.

MICROELEMENTI: approfondimento
FERRO (Fe)
Il FERRO è l’elemento chimico di numero atomico 26 e il suo simbolo è Fe ed è essenziale per la vita di tutti gli esseri viventi, eccezione fatta per pochi batteri: negli esseri umani rappresenta circa lo 0,005% in peso, costituisce importantissimi enzimi, citocromi e proteine di trasporto e stoccaggio dell’ossigeno.

Le sue FUNZIONI sono:

  • sintesi di emoglobina;
  • sintedi di mioglobina;
  • sintesi di collagene;
  • è indispensabile nei processi di respirazione cellulare e nel metabolismo degli acidi nucleici;
  • compone numerosi enzimi come le nitrogenasi, responsabili della fissazione biologica dell’azoto, o le catalasi;
  • struttura varie proteine, alcune delle quali partecipano al trasporto, allo stoccaggio e all’utilizzo dell’ossigeno (emoglobina, mioglobina), mentre altre sono coinvolte nel trasferimento di elettroni (citocromi).

Le principali FONTI ALIMENTARI sono le frattaglie (soprattutto il fegato), le carni (rosse e bianche), il pesce (ad esempio corvina, branzino), i molluschi (soprattutto le ostriche) e i crostacei, il tuorlo d’uovo, i legumi (ad esempio lenticchie, fagioli, ceci, piselli, piselli dagli occhi neri, soia ecc) e i derivati come il tofu, la frutta secca e i vegetali a foglia verde (come il crescione, gli spinaci), la melassa nera (derivato della canna da zucchero).

La CARENZA può causare:

  • anemia;
  • aritmia cardiaca;
  • tachicardia.

L’ECCESSO può causare:

  • danni alle cellule del tratto gastrointestinale;
  • danni alle cellule del cuore e del fegato;
  • insufficienza epatica.
RAME (Cu)
Il rame è l’elemento chimico di numero atomico 29 e simbolo Cu ed è essenziale per la crescita e lo sviluppo del corpo umano: riveste un ruolo molto importante all’interno del metabolismo, dalla normale attività del cervello, del sistema nervoso e cardiovascolare al trasporto del ferro e alla protezione delle cellule contro l’ossidazione. C’è bisogno del rame anche per rafforzare le ossa e assicurare il funzionamento del sistema immunitario.

Le sue FUNZIONI sono:

  • partecipazione al metabolismo energetico;
  • produzione dei globuli rossi;
  • produzione dei tessuti connettivi;
  • produzione delle ossa.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono i cibi sia di origine animale che vegetale: fegato e rognoni, ostriche, granchi, aragosta, cacao, noci, pecan, arachidi, semi di girasole e relativo olio, germe di mais e relativo olio, crusca di frumento o di segale, fagioli, lenticchie, cacao, cioccolato ecc. Sono fonti secondarie le carni e alcuni frutti come i limoni, le mele, la papaya, il cocco ecc, i funghi e il lievito di birra.

La CARENZA può causare:

  • anomalie nel metabolismo del glucosio e del colesterolo;
  • anomalie ossee;
  • aumento dell’incidenza di infezioni;
  • crescita ridotta;
  • ipertiroidismo;
  • ipopigmentazione;
  • neutropenia;
  • osteoporosi.

L’ECCESSO può causare:

  • diarrea;
  • disordini neurologici;
  • mal di stomaco;
  • nausea;
  • perossidazione dei lipidi o altre macromolecole;
  • può arrecare danni ad alcuni organi: il fegato, le ossa, il sistema nervoso centrale e il sistema immunitario;
  • può arrecare danni e malattie ai tessuti;
  • può causare anemia interferendo con il trasporto e/o il metabolismo del ferro.
ZINCO (Zn)
Lo zinco è l’elemento chimico di numero atomico 30 e come simbolo Zn ed è un elemento essenziale per la vita degli esseri umani, ricoprendo un ruolo importantissimo soprattutto nella costituzione e nel funzionamento di enzimi, acidi nucleici e proteine di vario genere.

Le sue FUNZIONI sono:

  • funzioni essenziali nel metabolismo degli acidi nucleici DNA e RNA;
  • interazione con una vasta gamma di ligandi organici;
  • regolazione dell’apoptosi, ovvero la morte cellulare programmata in risposta a danni o stress del DNA;
  • trasduzione del segnale e nell’espressione genica;

Le principali FONTI ALIMENTARI sono le ostriche, carne rossa e bianca, noccioline, fagioli, pane integrale, semi di zucca e semi di girasole.

La CARENZA può causare:

  • diminuzione dell’interesse sessuale;
  • ipogonadismo;
  • minore concentrazione di spermatozoi e impotenza.

L’ECCESSO può causare:

  • alterazione del metabolismo del rame e del ferro;
  • alterazione della salute dei globuli rossi;
  • anemia;
  • compromissione delle funzioni immunitarie;
  • diarrea;
  • irritabilità;
  • nausea;
  • riduzione del livello di alcuni globuli bianchi;
  • sonnolenza;
  • vertigini;
  • vomito;
FLUORO (F)
Il fluoro è l’elemento chimico di numero atomico 9 e come simbolo F, genericamente fortifica le ossa favorendo il deposito del calcio al loro interno e promuove il buono sviluppo dei denti, inoltre riduce il rischio di danni allo smalto dei denti contrastando l’acidità nel cavo orale.

Le sue FUNZIONI sono:

  • mineralizzazione dello scheletro e dello smalto;
  • prevenzione della carie dentale;
  • prevenzione delle fratture ossee e osteoporosi.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono il pesce, i frutti di mare, il latte, la carne e il formaggio. Il livello di questo elemento negli alimenti di origine vegetale varia molto a seconda delle caratteristiche del terreno su cui sono stati coltivati e dell’eventuale uso di fertilizzanti.

La CARENZA può causare:

  • carie dentale;
  • osteoporosi.

L’ECCESSO può:

  • alterare il metabolismo delle vitamine;
  • compromettere il buon funzionamento di alcuni organi: il sistema nervoso centrale, di reni e surreni, del fegato, del cuore e degli organi riproduttivi;
  • interferire con l’attività di diversi enzimi.
IODIO (I)
Lo iodio è l’elemento chimico di numero atomico 53 e come simbolo I ed è molto importante per la sintesi degli ormoni tiroidei, i messaggeri biologici importantissimi per regolare il metabolismo corporeo.

La sua FUNZIONE determina il buon funzionamento degli ormoni tiroidei:

  • controllo della temperatura corporea;
  • metabolismo di zuccheri, grassi e proteine;
  • sviluppo del sistema nervoso centrale e dello scheletro.

La principale FONTE ALIMENTARE è il pesce, ma anche le alghe ne contengono buone quantità. In altri alimenti è presente in dosi molto variabili, ad esempio nel latte, nelle uova, nella carne e nei cereali.

La CARENZA può causare:

  • è il principale fattore di rischio modificabile per il ritardo mentale;
  • effetti negativi in termini di crescita e sviluppo;
  • produzione insufficiente di ormoni tiroidei.

L’ECCESSO può causare:

  • gozzo;
  • ipertiroidismo;
  • malattie della tiroide.
SELENIO (Se)
Il selenio è l’elemento chimico di numero atomico 34 e come simbolo Se: viene utilizzato prevalentemente dalla tiroide e le cellule che metabolizzano i suoi ormoni.

La sua FUNZIONE primaria, essendo un potente antiossidante, è proteggere le cellule dall’aggressione dei radicali liberi, contrastando gli effetti dello stress ossidativo.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono gli alimenti di origine animale, soprattutto pesci di mare e frattaglie, ma si trova in concentrazioni variabili anche in diversi cereali, legumi, semi oleosi, frutti ed ortaggi, a seconda della concentrazione nel terreno in cui vengono coltivati.

La CARENZA può causare:

  • aumentare la fragilità delle unghie;
  • interferire con la produzione dei globuli rossi;
  • modificare la pigmentazione di pelle e capelli;
  • riduzione della funzionalità dei muscoli scheletrici.

L’ECCESSO può causare:

  • affaticamento;
  • alitosi, con un odore che ricorda quello dell’aglio;
  • alterazioni delle unghie;
  • diarrea;
  • eruzione cutanea;
  • lesioni nervose;
  • nausea;
  • perdita dei capelli;
  • vomito.
COBALTO (Co)
Il cobalto è l’elemento chimico di numero atomico 27 e come simbolo Co ed è l’elemento fondamentale della Vitamina B12.

Le FUNZIONI del cobalto rivestono una notevole importanza come costituente della Vitamina B12 e come cofattore di diversi enzimi, a livello del sistema nervoso è utile per il benessere della mielina, la guaina che riveste nervi, garantendo la trasmissione dell’impulso nervoso.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono principalmente i cibi di origine animale, quali carne muscolare, fegato, midollo osseo, prodotti della pesca e tuorlo d’uovo.

La CARENZA di cobalto nell’essere umano non è dissociata rispetto al deficit di Vitamina B12, può causare disturbi neurologici, danni ai nervi, perdita di memoria, cambiamenti dell’umore e psicosi.

L’ECCESSO di cobalto nell’essere umano può causare problemi cardiaci (incluso lo scompenso cardiaco congestizio) e può portare a una produzione eccessiva di globuli rossi, con aumento del rischio di formazione di coaguli e di ictus.

MANGANESE (Mn)
Il manganese è l’elemento chimico di numero atomico 25 e come simbolo Mn e partecipa attivamente a numerosi meccanismi biologici dell’organismo umano utili all’equilibrio della nostra salute.

Le sue FUNZIONI sono a supporto di:

  • attività tiroidea;
  • coagulazione;
  • fertilità;
  • formazione delle ossa;
  • gestione del colesterolo;
  • gestione della glicemia;
  • sistema immunitario.

Le principali FONTI ALIMENTARI sono i vegetali a foglia verde, il riso integrale, il cocco, le mandorle e le nocciole.

La CARENZA è rara ma può portare a infertilità femminile, danni al pancreas, problemi cardiaci e osteoporosi.

Un ECCESSO può causare sintomi simili a quelli del Parkinson, inoltre chi soffre di problemi al fegato può avere problemi psichiatrici, tremori e spasmi.

MOLIBDENO (Mo)
Il molibdeno è l’elemento chimico di numero atomico 42 e come simbolo Mo e la sua utilità è strettamente legata al ruolo biologico dei molibdoenzimi.

La sua FUNZIONE è identificabile nei tre enzimi che hanno assoluto bisogno di questo elemento per il corretto funzionamento:

  • la xantinaossidasi, che degrada l’ipoxantina in xantina e successivamente questa in acido urico;
  • l’aldeideossidasi, enzima che riduce le aldeidi prodotte dal normale metabolismo intermedio e che serve anche a disintossicare il fegato dall’aldeide acetica prodotta durante il metabolismo dell’etanolo (assunzione di alcolici);
  • e infine la sulfito ossidasi, anch’essa a principale localizzazione epatica e che ossida gli ioni solfito a ioni solfato (meno tossici).

Le principali FONTI ALIMENTARI sono le crucifere, i legumi e certi cereali.

La CARENZA di molibdeno causa un malfunzionamento delle funzioni sopra citate, nei casi più gravi può aumentare la possibilità di calcolosi renale.

L’ECCESSO non risulta essere tossico, infatti dipende fortemente dallo “stato chimico” in cui un organismo umano si trova.


OLIGOMINERALI

Sono detti oligoelementi (dal greco: ὀλίγος, oligo, poco) gli elementi chimici presenti solo in tracce nell’organismo umano: spesso di questi elementi non si conosce la localizzazione molecolare o la funzione biochimica, sempre se esistente.

Il reale fabbisogno di questi elementi non è sempre stabilito né appurato, e molti autori li considerano in gran parte inessenziali. Si tratta di apporti dell’ordine dei microgrammi o meno, giornalieri. Si ricorda che si tratta di metalli estremamente tossicianche a basse dosi, e spesso soggetti ad accumulo nell’organismo, per cui il reale dosaggio non deve essere banalizzato. Sono molto più frequenti i rischi da sovradosaggio e contaminazione ambientale. Gli oligominerali sono 10:

  • ARSENICO (As): elemento chimico di numero atomico 33, altamente tossico e promotore della cancerogenesi, non sono noti ruoli biologici scientificamente provati in nutrizione umana
  • BROMO (Br): elemento chimico di numero atomico 35, non sono noti ruoli biologici scientificamente provati in nutrizione umana e nei mammiferi. I suoi composti organici sono diffusi in alcuni organismi marini, principalmente alghe rosse e alcuni gasteropodi.
  • BORO (B): elemento chimico di numero atomico 5, essenziale, in tracce, alla crescita vegetale per la corretta formazione della parete cellulare. Benché non siano note sindromi da deficienza nella dieta umana, se ne può ipotizzare una funzione nella biochimica inerente all’attivazione di vitamine del gruppo D, ma la carenza nell’apporto dietetico viene pressoché scongiurata visti i livelli di apporto medio in qualsiasi forma di dieta. Studi al riguardo, in alcuni organismi superiori, hanno richiesto livelli di controllo dell’apporto esterno di boro tali da richiedere l’ultrafiltrazione dell’aria ambiente.
  • CROMO (Cr+++forma trivalente: elemento chimico di numero atomico 24, altamente nocivo in forma esavalente, come nei cromati e bicromati. Se ne dibatte l’essenzialità a fronte di forti meccanismi di mercato nell’ambito della supplementazione. I soli ruoli biologici scientificamente provati in nutrizione umana si riferiscono a sintomi da carenza in pazienti ospedalizzati costretti a nutrizione parenterale totale a lungo termine. La carenza nell’apporto naturale viene pressoché scongiurata visti i livelli di apporto medio in qualsiasi forma di dieta. Si ipotizza che il cromo trivalente possa formare una metalloproteina a basso peso molecolare, coinvolta in alcune varianti del metabolismo di lipidi e glucidi.
  • GERMANIO (Ge): elemento chimico di numero atomico 32, non sono noti ruoli biologici scientificamente provati in nutrizione umana, e sono noti gli effetti tossici da sovradosaggio. Alcuni suoi composti organici sono stati in passato usati a scopo terapeutico.
  • NICHEL (Ni): elemento chimico di numero atomico 28, alcuni studi clinici ipotizzano un qualche ruolo nell’ambito delle deidrogenasi e transaminasi, ma ne viene pressoché escluso il rischio di carenze. Essenziale in alcuni microorganismi, in parte costituenti la flora intestinale dei vertebrati, il metallo è presente nella molecola di numerosi enzimi diffusi tra gli organismi unicellulari ed i vegetali. Sono piuttosto noti e diffusi i sintomi da sovradosaggio, e da reazione allergica, vista la diffusione ubiquitaria del metallo nelle leghe da conio e nella bigiotteria.
  • SILICIO (Si): elemento chimico di numero atomico 14, il silicio gioca un ruolo importante nel metabolismo di molti organismi viventi, in particolare nei vegetali. Nell’uomo, pur non essendo nota la precisa biochimica relativa all’elemento, si sono evidenziati ruoli nel metabolismo dei tessuti connettivi, principalmente ossa e cartilagini. Non sono concordi i livelli raccomandati di assunzione, e i sintomi da carenza sono pressoché sconosciuti essendo ubiquitario alle concentrazioni utili, negli alimenti vegetali, nell’acqua potabile, in molti tessuti animali.
  • STAGNO (Sn): elemento chimico di numero atomico 50, non sono noti ruoli biologici scientificamente provati in nutrizione umana e nei mammiferi. Relativamente poco tossico allo stato metallico (viene utilizzato nell’inscatolamento alimentare), i suoi composti organici e i sali sono spesso altamente tossici, si deve evitare la corrosione dei contenitori da parte di alimenti ad elevata acidità.
  • VANADIO (V): elemento chimico di numero atomico 23, non sono noti ruoli biologici scientificamente provati in nutrizione umana, contrariamente a quanto noto per altri mammiferi dove, nei ratti, è essenziale per una corretta crescita (benché a livello di PPB, parti per miliardo, nella dieta). Il suo eventuale ruolo nell’alimentazione è controverso. I suoi composti sono tutti altamente tossici, e le esposizioni atmosferiche tollerate, anche a livello lavorativo sono dell’ordine dei ng/m3.
  • TUNGSTENO (W): elemento chimico di numero atomico 74, utilizzato da alcune ossidoreduttasi.

ASSUNZIONE DEI SALI MINERALI

Come detto in precedenza i sali minerali devono essere assunti dagli organismi viventi dall’ambiente esterno, dall’acqua e tramite gli alimenti vegetali, animali e minerali. Le quantità consigliate nella dieta umana variano secondo il peso corporeo, il genere, l’età, l’attività svolta, ma sulla base comune di parametri consolidati. Organismi nazionali e sovranazionali (ad esempio la FDA o la IOM) stabiliscono criteri largamente accettati in bromatologia.

Un minerale, così come le vitamine, viene considerato essenziale se:

  • la sua carenza provoca un deficit funzionale;
  • la somministrazione di supplementi del minerale è importante per lo sviluppo;
  • i sintomi da carenza sono associati a diminuite concentrazioni di un minerale nei tessuti.

I cereali integrali sono una fonte piuttosto completa di alcuni minerali, forniscono ferro, rame, manganese, e contengono solamente piccole quantità di calcio, selenio, zinco.

I latticini contengono una elevata quantità di calcio e di fosforo ma con apporto alterato Ca/Mg. I latticini provvedono sensibilmente al fabbisogno di potassio, zolfo, zinco e molibdeno. D’altra parte, il latte ha un basso contenuto in ferro, manganese, nichel, silicio.

I vegetali hanno un elevato contenuto in boro e potassio.

Varie bevande forniscono una considerevole percentuale dell’apporto di fluoro (prevalentemente tè), silicio (prevalentemente birra). Il sodio ed il potassio sono minerali che competono tra loro, come lo sono il calcio ed il magnesio. Un elevato apporto di sodio e di calcio può pertanto disturbare l’equilibrio potassio-magnesio.

Di seguito alcuni cibi ricchi di sali minerali e relativo elemento contenuto:

  • Latte e suoi derivati (latticini, yogurt, formaggi), pesce in scatola (salmone, sardine), ortaggi a foglia verde, per il CALCIO;
  • Frutta secca, soia, cacao, per il MAGNESIO;
  • Sale da tavola (cloruro di sodio), alcuni tipi di alghe marine commestibili, olive, latte, e spinaci per SODIO;
  • Legumi, patate, pomodori, banane per il POTASSIO;
  • Sale da tavola è la principale fonte di CLORO;
  • Carne, uova, legumi per lo ZOLFO;
  • Carni rosse, verdure a foglia verde, pesce (tonno, salmone), uova, frutta secca, fagioli, cereali, per il FERRO;
  • Latte e pesce per il FOSFORO.

I sali minerali presenti negli alimenti non si modificano durante la cottura o il riscaldamento, tuttavia la loro concentrazione può diminuire in quanto essi possono parzialmente sciogliersi nell’acqua utilizzata, possono cambiare solubilità, legarsi e chelarsi a diverse molecole, e cambiare così la loro biodisponibilità. Il metodo di cottura a vapore dei cibi evita ad esempio la diluizione dei sali.

Normalmente una dieta alimentare equilibrata è sufficiente per l’acquisizione da parte dell’organismo della quantità di sali minerali necessari. Tuttavia in casi specifici, dovuti a determinate patologie, o stati particolari (per esempio durante la gravidanza), o in persone che praticano discipline sportive in modo intenso, può essere necessario acquisire i minerali necessari attraverso specifici integratori alimentari. In questi casi è opportuno che la scelta della tipologia e della quantità di integratore da assumere avvengano sotto il controllo di un medico.

TRASFORMAZIONE dei PRINCIPI NUTRITIVI nella COTTURA

Il nostro percorso di approfondimento ha toccato diversi temi molto importanti, partendo dall’atomo e la formazione delle molecole, analizzando gli organismi viventi con una brevissima sosta sull’organismo umano, raggiungendo infine i principi nutritivi indispensabili per la nostra vita e che stanno alla base della nostra alimentazione.

“…i cibi si trasformano in sangue, il sangue in cuore e cervello, in materia di pensieri e sentimenti: noi, siamo, quello che mangiamo…”

Ludwig Feuerbach

La maggior parte dei cibi non possono essere consumati crudi, per rispondere alle nostre diverse esigenze in materia di alimentazione vengono dunque sottoposti a COTTURA, espondendoli fonti di calore per trasformarli da crudi a cotti al fine di:

  • migliorarne le qualità igieniche, eliminando batteri, virus e animali (per esempio le uova dei parassiti Taenia solium e Taenia saginata);
  • trasformare alcune sostanze tossiche termolabili rendendole commestibili;
  • aumentare la digeribilità, poiché con la cottura gli alimenti si inteneriscono e diventano più facilmente masticabili, inoltre inizia la demolizione delle grosse molecole di cui sono costituiti;
  • prolungarne la conservazione consentendoci di mantenere più a lungo i suoi valori nutritivi, inattivando alcuni enzimi e distruggendo i microrganismi;
  • alterarne la consistenza e il sapore, come conseguenza delle numerose trasformazioni a carico delle caratteristiche organolettiche, rendendoli più appetibili sviluppando aromi e sapori.

Tuttavia, a determinate temperature, pH e tempi di cottura, la cottura dei cibi ha anche degli EFFETTI NEGATIVI:

  • può diminuire il valore nutritivo, essenzialmente come conseguenza della distruzione dei principi nutritivi termolabili e della dissoluzione in acqua di quelli idrosolubili;
  • può sviluppare sostanze tossiche con particolari tecniche di cottura, ad esempio l’immersione in un grasso bollente (frittura) che, come vedremo, può sviluppare acroleina altamente tossica per il fegato.

In che modo vengono trasformati i principi nutritivi nella cottura? Scopriamolo insieme.

Modificazione dei GLUCIDI (carboidrati)

Le modificazioni che subiscono i glucidi dipendono essenzialmente dalla loro natura chimica e dalla tecnica di cottura applicata.

L’AMIDO è il più abbondante tra i glucidi presenti negli alimenti:

  • con la cottura in ACQUA i granuli di amido si gonfiano e inglobano molecole d’acqua fino alla loro rottura, dando luogo a una soluzione colloidale, cioè la salda d’amido;
  • con la cottura A SECCO e a temperature elevate (circa 160 °C), l’amido si idrolizza parzialmente formando molecole più piccole come destrine (destrinizzazione) e maltosio, conferendo il caratteristico colore bruno-dorato e dando origine alla formazione di sostanze aromatiche (si pensi alla cottura del pane e al suo caratteristico aroma).

Gli ZUCCHERI SEMPLICI:

  • se cotti in ACQUA, essendo idrosolubili, tendono a passare nel liquido di cottura;
  • se cotti A SECCO, subiscono la caramellizzazione e formano il tipico caramello, che è impiegato nella preparazione di alcuni dolci e anche come colorante naturale in molte bevande. Se il riscaldamento prosegue ad alta temperatura, il caramello si decompone totalmente dando origine al fenomeno della carbonizzazione.

La CELLULOSA, infine, in seguito alla cottura a calore umido, diventa più tenera e rende commestibili i legumi e i vegetali.

Modificazione dei PROTIDI (proteine)

A temperature di circa 50-60 °C la maggior parte delle proteine va incontro alla denaturazione, con conseguenti cambiamenti organolettici dell’alimento (ad es. l’albume d’uovo coagula); a temperature superiori, le catene proteiche in parte si idrolizzano per rottura dei legami peptidici. Entrambe le trasformazioni aumentano la digeribilità delle proteine perché più facilmente attaccabili dagli enzimi digestivi.

In presenza di glucidi semplici, i gruppi amminici di alcuni amminoacidi possono reagire con gli zuccheri stessi dando luogo alla formazione dei composti melanoidinici che fanno imbrunire l’alimento: la formazione di queste sostanze di colore bruno è uno degli effetti di una serie di reazioni chimiche complesse nota come la “reazione di Maillard“. Questa reazione non solo provoca profondi cambiamenti nelle proprietà organolettiche degli alimenti (colore, aroma, sapore), ma anche in quelle nutrizionali.

Modificazione dei LIPIDI (grassi)

I grassi alimentari sono composti principalmente da trigliceridi, i quali per effetto delle alte temperature subiscono l’idrolisi liberando acidi grassi e glicerina: ad elevate temperature la glicerina si decompone in acroleina, sostanza volatile di odore acre e pungente molto tossica per il fegato.

Questa alterazione avviene con la frittura quando l’olio supera il cosiddetto punto di fumo, che rappresenta la temperatura oltre la quale l’olio si decompone, manifestandosi con la liberazione di un fumo biancastro (contenente diverse sostanze tra cui acidi grassi liberi e acroleina) molto irritante per le mucose dell’apparato respiratorio e dello stomaco.

IL PUNTO DI FUMO DI ALCUNI OLI

Il punto di fumo è caratteristico di ogni grasso ed è influenzato dalla quantità di acidi grassi polinsaturi presenti nella sua struttura e dal suo grado di acidità, erroneamente è comune pensare che il superamento del punto di fumo avvenga in prevalenza con la frittura, in realtà può avvenire con qualsiasi metodo di cottura che sottoponga i grassi (non soltanto liquidi) ad elevate temperature. Quì di seguito il “punto di fumo” degli oli più utilizzati per la cottura:

  • OLIVA, 175°C
  • ARACHIDE, 207°C
  • GIRASOLE, 209°C
  • SOIA, 213°C
  • PALMA, 223°C
  • MAIS, 242°C

Attenzione però, continui sbalzi termici (non necessariamente a temperature uguali o superiori al punto di fumo) e l’esposizione all’aria e altri contaminanti (come ad esempio l’immersione dei cibi nell’olio bollente) possono contribuire in ogni caso all’alterazione e degradazione degli oli.

Gli acidi grassi, invece, subiscono la termossidazione che porta alla formazione di perossidi (tossiche per il fegato) che determinano una serie di reazioni a catena con produzione di composti volatili dal caratteristico odore di rancido.

La PROGRESSIVA ALTERAZIONE dei lipidi si può riconoscere attraverso:

  • COLORE, sempre più intenso e scuro
  • DENSITÀ, tendente ad essere sempre più viscosa
  • SCHIUMA e FUMO, prodotti durante la cottura degli alimenti

Da cosa dipendono queste alterazioni?

  • dalla temperatura e dalla durata del trattamento, come specificato nell’approfondimento sul “punto di fumo”;
  • dal grado di insaturazione del grasso, infatti quelli ricchi di acidi grassi polinsaturi sono meno stabili ai trattamenti termici e ripetuti;
  • dalla superficie del grasso esposta alla luce e all’ossigeno;
  • dalla presenza o meno di acqua;
  • dalla presenza in tracce di metalli che fungono da catalizzatori dell’ossidazione;
  • dal tipo di alimento sottoposto a cottura.

Modificazione delle VITAMINE

Le vitamine sono i princìpi nutritivi che subiscono maggiori danni per effetto del calore, in generale un trattamento prolungato a temperature moderate incide maggiormente sulle vitamine di uno a temperature più alte ma per tempi minori.

Se la cottura avviene in acqua le vitamine idrosolubili migrano dall’alimento al liquido di cottura, in genere per ridurre le perdite vitaminiche durante la cottura è conveniente:

  • tagliare le verdure preferibilmente in grossi pezzi;
  • immergere gli alimenti vegetali in acqua bollente;
  • cuocere in recipienti chiusi;
  • impiegare il minor tempo possibile nella cottura;
  • utilizzare poca acqua;
  • cuocere a vapore o con la pentola a pressione.

Modificazione dei SALI MINERALI

I sali minerali risultano essere stabili al trattamento termico, ma passano facilmente in soluzione nell’acqua impiegata nella cottura dei cibi. Per limitarne le perdite occorre:

  • ridurre il tempo di cottura;
  • utilizzare poca acqua o, meglio ancora, preferire la cottura a vapore;
  • riutilizzare, se possibile, l’acqua di cottura dei vegetali.

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