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LA NUTRIZIONE
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Che cosa ne sai?
A che cosa serve l’alimentazione?
Che cosa sono i nutrienti?
Fai un esempio di pasto bilanciato giustificando la scelta fatta
Quali ruoli svolge l’apparato digerente?
Quali organi formano l’apparato digerente?
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NUTRITION
Nutrition is the set of biological processes that allow survival, growth, development and
integrity of living organisms of all kingdoms (animal, vegetable, fungi, archeobatter bacteria,
protists), based on the availability of energy and nutrients. It is therefore distinguishable from
nutrition, which is considered the nutrition moment that corresponds to the action of
procuring nutrients to the organism, and to the transformations that the food undergoes in
the digestive tract. Nutrients are mainly extracted from the external environment. Depending
on the chemical nature of these substances and the types of living organisms considered,
we can consider two major categories: Autotrophs: plants, many prokaryotes, autotrophic
bacteria such as blue algae: they generally absorb simple inorganic substances from the
environment, usually not using the energy stored in the chemical bonds of the assimilated
organic substances. Eterotrophs: Animals, fungi, many bacteria and Heterotrophic protozoa
must take complex organic molecules from which to extract carbon indispensable to life. It
is now known that a poor diet of nutrients can have a harmful impact on human and animal
health, using example in men with deficiencies such as scoops, rachitis, health conditions
at risk such as obesity and common chronic diseases such as cardiovascular disease,
diabetes and osteoporosis. Diet poverty is obviously linked to the specific dietary needs of
the organism considered, which may vary considerably even among similar species.
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La nutrizione è l'insieme dei processi biologici che permettono la sopravvivenza, la crescita,
lo sviluppo e l'integrità degli organismi viventi di tutti i regni
(animale, vegetale, funghi, batteri, archeobatteri, protisti), sulla base della disponibilità di
energia e di sostanze nutritive. Essa prende in considerazione l’alimentazione, che
corrisponde all'azione di procurare i nutrienti all'organismo, e le trasformazioni che il cibo
subisce nel tratto digerente.
Le sostanze nutritive vengono prelevate principalmente dall'ambiente esterno. A seconda
della natura chimica di queste sostanze e dei tipi di organismi viventi considerati, possiamo
considerare due grosse categorie:
Autotrofi: vegetali, molti procarioti, batteri autotrofi come le alghe azzurre: assorbono
generalmente dall'ambiente sostanze inorganiche semplici, in genere non utilizzando
l'energia immagazzinata nei legami chimici delle sostanze organiche complesse.
Eterotrofi: animali, funghi, molti batteri e protozoi eterotrofi devono assumere dall'ambiente
molecole organiche complesse da cui trarre sostanze ed energia indispensabili alla vita.
E’ ormai noto che una dieta errata possa avere un impatto dannoso sulla salute umana e
animale, causando ad esempio nell'uomo malattie da carenza, come scorbuto, beri-
beri, rachitismo, oppure condizioni sanitarie a rischio come l'obesità e comuni malattie
croniche come le malattie cardiovascolari, il diabete e l'osteoporosi. La qualità della dieta
viene ovviamente collegata alle esigenze alimentari specifiche dell'organismo considerato,
che possono variare considerevolmente anche tra specie affini.
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PRINCIPI NUTRITIVI
I principi nutritivi o nutrienti sono sostanze assunte durante il processo di nutrizione; sono
indispensabili alla vita e al metabolismo degli organismi viventi, siano essi animali, vegetali,
funghi, monere o protisti.
Categorie e funzioni
Sinteticamente i principi nutritivi possono essere suddivisi in sei categorie.
Le proteine: servono a costruire i tessuti dell’organismo (permettendone la crescita, la
riparazione, ecc.) ed a fabbricare altre sostanze
importantissime quali enzimi, anticorpi, ormoni, ecc.
Un grammo di proteine fornisce circa 4 Calorie. E’
bene che non più del 12% dell’energia alimentare
quotidiana provenga dalle proteine. Questo apporto
deve essere rappresentato per circa la metà da
proteine di origine animale che sono più ricche di
componenti che l’organismo non è capace di costruire da sé e che, quindi, devono
obbligatoriamente essergli forniti dalla dieta.
GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE →
https://www.youtube.com/watch?v=vn4EpkPj4qs generalità
https://www.youtube.com/watch?v=w7LaO06LBHg ruolo
https://www.youtube.com/watch?v=N5kYrQh_S_I funzioni
https://www.youtube.com/watch?v=wWozk0nhzhY proteine e aminoacidi
https://www.youtube.com/watch?v=uylVoNeuHpA struttura delle proteine
I carboidrati (o glucidi o zuccheri): hanno come funzione essenziale quella di fornire
energia (4 Calorie al grammo). Devono assicurare
dal 55 al 60% dell’energia che si introduce
quotidianamente. La maggior parte di questa
energia deve provenire dai carboidrati complessi,
come quelli del pane, della pasta, del riso, eccetera.
Fra questi ultimi va inclusa la fibra alimentare.
GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE →
https://www.youtube.com/watch?v=r6cjrZjYF6Q generalità
https://www.youtube.com/watch?v=v3TOd2sqckQ monosaccaridi
https://www.youtube.com/watch?v=dOeRvaZx2Dk disaccaridi
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https://www.youtube.com/watch?v=oL6JvYD2N88 polisaccaridi
I grassi (o lipidi): sono una fonte concentrata di energia (9 Calorie per grammo) e vanno
consumati in quantità tale da non superare il 25-
30% delle calorie alimentari quotidiane (circa 60-70
grammi fra grassi di condimento e grassi che fanno
parte integrante dei cibi). Oltre a fornire energia, i
grassi danno sapore al cibo e permettono
l’assorbimento delle vitamine liposolubili.
GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE →
https://www.youtube.com/watch?v=QQIxiFrY6PA generalità
https://www.youtube.com/watch?v=eKzVuWSIfS0 lipidi e fosfolipidi
Le vitamine: sono sostanze organiche molto diverse fra loro, indispensabili in piccola
quantità all’organismo per consentire lo svolgimento
di processi di vitale importanza e la sintesi di molti
componenti indispensabili per la vita e la salute. Non
forniscono direttamente energia e vanno introdotte
con regolarità, perché il nostro organismo non è
capace di fabbricarle. Si trovano sia negli alimenti
vegetali sia in quelli animali e vengono suddivise in due gruppi, a seconda che siano
solubili nei grassi (liposolubili) o in acqua (idrosolubili).
GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE →
https://www.youtube.com/watch?v=R8thnxwASaU vitamine
https://www.youtube.com/watch?v=ULLc8b70DB4 dove si trovano le vitamine
I minerali: sono sostanze inorganiche che non forniscono energia, ma svolgono
nell’organismo molte importanti funzioni,
partecipando a processi vitali e alla regolazione dei
liquidi corporei. L’organismo li elimina e li rinnova in
continuazione e, quindi, devono essere introdotti
regolarmente con la dieta. Sono presenti sia nei cibi
vegetali sia in quelli animali.
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GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE →
https://www.youtube.com/watch?v=pkyJ1qpRu3g dove si trovano i sali
https://www.youtube.com/watch?v=Gt_LEsKRrCE cosa sono gli sali
https://www.youtube.com/watch?v=Um3zjgavn8A funzioni sali
L’acqua è il costituente corporeo presente in maggiore quantità. Viene persa e
consumata in continuazione e deve quindi essere
continuamente reintegrata (con le bevande e con gli
alimenti) perché, pur non fornendo energia, è
fondamentale per la vita: infatti l’acqua è coinvolta in
tutte le reazioni che avvengono nel nostro corpo e
svolge importanti funzioni vitali.
I principi nutritivi, quindi, possono essere suddivisi in:
Energetici: forniscono energia per il mantenimento delle funzioni vitali e per le attività
corporee; essi sono diversi a seconda del tipo di organismo considerato.
Plastici: forniscono materiale plastico per la crescita, il rimodellamento, la sostituzione e
la riparazione delle cellule.
Regolatori: forniscono materiale regolatore delle reazioni metaboliche
GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE →
https://www.youtube.com/watch?v=LNk9TBNWpYY
Se vuoi puoi approfondire questo argomento a pag. 21.
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Completa la mappa
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EVOLUZIONE DELLA DIGESTIONE
Nella singola cellula, e negli organismi unicellulari (es. protisti) e pluricellulari più
semplici (es. spugne) la digestione avviene all’interno di organuli specifici (digestione
intracellulare). Il cibo, una volta ingerito, viene racchiuso in un vacuolo alimentare, una
specie di “stomaco” temporaneo. Il vacuolo si fonde poi con i lisosomi, ricchi di enzimi
(proteine che facilitano le reazioni, se vuoi puoi approfondire a pag. 22) digestivi che
trasformano gli alimenti in molecole più piccole che il citoplasma assorbe. Le sostanze
indigeribili rimangono nel vacuolo e vengono espulse dalla cellula.
Organismi più grandi e complessi hanno perfezionato una sorta di camera interna dove le
particelle alimentari vengono decomposte da enzimi che agiscono fuori delle cellule
(digestione extracellulare). Una delle soluzioni più semplici è quella delle meduse: questi
organismi presentano una cavità
gastrovascolare che ha una sola
apertura attraverso la quale entrano
materiali nutritivi ed escono i prodotti
di rifiuto. L’apertura ha cioè funzione
sia di bocca che di ano. Il cibo
catturato con i tentacoli urticanti
viene introdotto nella cavità e qui
intervengono gli enzimi che spezzettano il materiale nutritivo. Le cellule che tappezzano la
cavità assorbono le sostanze nutritive che vengono poi ulteriormente digerite con i
meccanismi intracellulari di cui abbiamo già parlato.
La maggior parte degli animali, i lombrichi, i molluschi, gli insetti fino ai vertebrati, ha un
apparato digerente costituito da un canale, come un tubo, che si estende da una estremità
all’altra del corpo. Questo è necessario per gli animali attivi che debbono mangiare con
frequenza.
Il tubo digerente è formato da diverse parti specializzate che elaborano il cibo secondo una
sequenza ordinata:
1. Prima lo frantumano meccanicamente
2. Poi lo demoliscono con gli enzimi
3. Infine inglobano nelle cellule le piccole molecole alimentari che qui subiscono la
digestione intracellulare.
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Osserviamo con più attenzione il lombrico.
Il canale digerente presenta parti specializzate a seconda della dieta degli animali. I
lombrichi prendono le sostanze
nutritive dai materiali in
decomposizione del suolo. Un
sistema digerente a forma di tubo per
un lombrico è molto vantaggioso perché scavando sottoterra ingerisce continuamente
particelle di suolo da una estremità mentre elimina dall’altra estremità quello che non serve.
Si parte con la faringe, poi l’esofago poi è presente l’ingluvie, un organo dove il cibo si
accumula e prosegue verso il ventriglio. Qui il cibo viene frantumato e raggiunge l’intestino
dove gli enzimi demoliscono fino alle molecole più semplici che vengono inglobate dalle
cellule.
Cosa osserviamo invece negli uccelli? Il sistema digerente degli uccelli è adattato alle
esigenze del volo. L’ingluvie è sempre un organo di
accumulo che consente di far fronte alle enormi
richieste caloriche del volo. Il ventriglio sostituisce i
denti, sfrutta infatti i sassolini accumulati in questo
organo e l’azione dei muscoli per frantumare i semi
duri e il rivestimento degli insetti, cibo preferito di molti
uccelli.
Come il lombrico e gli uccelli, l’uomo e gli altri
vertebrati hanno un sistema a forma di canale differenziato in compartimenti nei quali il cibo
viene prima demolito meccanicamente e poi chimicamente (enzimi) prima di essere
assorbito. I canali alimentari dei vertebrati presentano delle differenze in base alla dieta. I
ruminanti (mucche, pecore, capre, cammelli, ippopotami) per esempio hanno sistemi
digerenti elaborati per demolire la cellulosa. La ruminazione (il rigurgito degli alimenti e la
loro rimasticazione) e lo stomaco formato da quattro camere nelle quali avvengono le prime
fasi di demolizione della cellulosa, costituiscono gli adattamenti che consentono di digerire
materiali vegetali duri.
E ora concentriamoci sull’uomo…
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APPARATO DIGERENTE NELL’UOMO
GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE →
https://www.youtube.com/watch?v=vhq-Xjk7WBM
https://www.youtube.com/watch?v=sCkucKUJinc
BOCCA
La cavità interna della bocca è racchiusa lateralmente e anteriormente dalle arcate gengivo-
dentarie, superiormente dal
palato duro per la parte anteriore
e dal palato molle nella parte
posteriore; dal pavimento
emerge la lingua. Posteriormente
si apre nell'istmo delle fauci.
Nella cavità boccale avviene la
triturazione dei cibi, il loro
impasto con la saliva (prodotta
da ghiandole salivari che
riversano nella cavità della bocca
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il loro secreto) e la riduzione in una poltiglia definita bolo, che, tramite la deglutizione, verrà
indirizzata al canale esofageo.
Le ghiandole salivari producono la saliva, essa contiene una soluzione antibiotica, il
lisozima, ed enzimi come la ptialina che rompe le molecole d'amido e le trasforma
in zuccheri semplici.
I denti sono gli organi della masticazione, essi infatti triturano il cibo e, con l'aiuto della lingua
e della saliva, lo riducono in piccoli frammenti. I "denti da latte" sono 20 e compaiono i primi
mesi dopo la nascita (8 incisivi, 4 canini e 8 molari). I "denti definitivi" si completano intorno
all'età di 20 anni. La "dentizione definitiva" è costituita da 32 denti: 8 incisivi, 4 canini, 8
premolari e 12 molari. I denti sono gli organi della masticazione e svolgono l'importante
compito di frantumare il cibo. L'uomo, che è onnivoro, ha una dentatura formata da denti di
vario tipo, adatti a masticare qualunque cibo. A seconda della forma, i denti svolgono azioni
diverse.
ESOFAGO
L’esofago è un tubo costituito da una parete fatta di muscoli circolari che presenta
particolari ghiandole. L’esofago ha la funzione di
spingere il cibo dalla bocca allo stomaco. La
muscolatura di forma circolare si contrae in maniera
ritmica sopra il bolo inghiottito, spingendolo verso lo
stomaco. Questa azione, chiamata peristalsi, avviene
anche nello stomaco e nell’intestino ed è molto
importante per far avanzare il cibo lungo il tratto
digerente. I movimenti peristaltici sono così efficaci
che è possibile deglutire anche a testa in giù. La
mucosa (parete interna) dell’esofago secerne una
sostanza fluida (muco) che lo protegge da eventuali
escoriazioni e facilita la discesa del bolo.
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STOMACO
Lo stomaco è un sacco muscolare estensibile (accoglie da 2 a 4 litri di sostanze liquide e
solide). L’aprirsi e il chiudersi di un
anello fatto di fibre muscolari
(cardias) regola l’accesso del cibo
proveniente dall’esofago, mentre un
secondo orifizio alla base dello
stomaco (piloro) regola lo sbocco
del cibo nella prima parte
dell’intestino.
Lo stomaco ha tre funzioni
importanti:
1. Funge da serbatoio del cibo, che viene liberato poco a poco nell’intestino tenue.
2. In esso avviene la demolizione meccanica del cibo, realizzata attraverso una serie di
possenti contrazioni peristaltiche, della parete muscolare.
3. Le ghiandole presenti nella mucosa dello stomaco secernono enzimi e altre sostanze
(che costituiscono il succo gastrico) che favoriscono la digestione, come la gastrina,
l’acido cloridrico, il pepsinogeno e il muco.
La gastrina, un ormone, stimola cellule specializzate a produrre acido cloridrico; questo
permette la trasformazione del pepsinogeno (forma inattiva dell’enzima) in pepsina
(forma attiva dell’enzima) che scinde le proteine in molecole più semplici dette peptoni.
La forma inattiva serve a impedire che l’enzima attacchi le cellule dello stomaco; queste
sono protette anche dalla presenza del muco (prodotto da cellule specializzate dello
stomaco), una barriera contro le sostanze (acido e pepsina) che possono danneggiare
lo stomaco.
Gli alimenti nello stomaco vengono trasformati in una poltiglia, detta chimo, che contiene
succhi gastrici e cibo parzialmente digerito. Una successione di onde peristaltiche spinge
il chimo verso l’intestino tenue ma il piloro lascia passare solo piccole quantità di chimo
ad ogni contrazione. Occorrono da due a sei ore, a seconda dell’entità del pasto, per
svuotare completamente lo stomaco. Trascorso questo periodo i continui movimenti
vengono avvertiti come un senso di languore.
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INTESTINO TENUE
L’intestino tenue è uno stretto tubo avvolto a spirale e costituisce la parte più lunga del
canale digerente. Si
divide in tre porzioni:
duodeno, digiuno e ileo.
Le funzioni principali
dell’intestino tenue sono
due: ridurre gli alimenti in
molecole di piccole
dimensioni e assorbirle,
trasferendole nei vasi sanguigni o linfatici. L’intestino tenue produce sostanze che
aiutano la digestione e ne riceve altre dal fegato e dal pancreas. La parete dell’intestino
tenue è costituita da cellule specializzate a concludere il processo digestivo e assorbire
le piccole molecole che ne derivano. Quindi l’intestino tenue è la principale sede non
solo della digestione chimica (grazie alle sostanze che produce o che provengono dal
fegato e pancreas) ma anche del passaggio (assorbimento) dei materiali nutritivi nel
sangue. L’assorbimento è agevolato da una
superficie interna aumentata di circa 600 volte
rispetto a quella di un tubo liscio grazie ad una
miriade di pieghe e protuberanze. La parte è sia
ripiegata su se stessa sia ricoperta interamente
da piccole estroflessioni chiamate villi. Inoltre
ogni cellula di ciascun villo è ricoperta da microvilli. La parete dell’intestino ha perciò un
aspetto vellutato. Ciascun villo è dotato di una ricca rete di capillari sanguigni e di un
capillare linfatico destinati a distribuire in tutto il corpo le sostanze nutritive assorbite. Il
contatto delle sostanze nutritive con la superficie assorbente dell’intestino tenue è
ulteriormente facilitato da piccole contrazioni delle fibre muscolari. Esaurito
l’assorbimento, quello che resta affluisce nell’intestino crasso.
15
INTESTINO CRASSO
L’intestino crasso ha un diametro notevolmente maggiore rispetto all’intestino tenue, è
formato da due parti: il colon, che ne costituisce la maggior parte, e il retto che ne
costituisce gli ultimi 15 cm. Nell’intestino crasso confluiscono i residui della digestione:
una miscela di acqua, grassi e proteine sfuggiti ad ogni attacco, e fibre non digeribili
come le pareti cellulari di verdure e frutti. L’intestino crasso ospita una fiorente
popolazione di batteri che si nutrono a spese delle sostanze non digerite e in cambio
producono vitamine di cui la nostra dieta ci rifornisce in maniera insufficiente. Queste
vitamine vengono assorbite dalle cellule che rivestono l’intestino crasso, insieme
all’acqua residua e ai sali minerali. Quando l’assorbimento è terminato si ha una massa
semisolida formata solo da prodotti di rifiuto ma anche da batteri morti. Movimenti
peristaltici fanno procedere le feci così formate fino al retto la cui distensione stimola la
fuoriuscita di queste attraverso l’ano.
GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE →
https://www.youtube.com/watch?v=9g6MOqCf0vI
16
FEGATO E COLECISTI
Il fegato è la ghiandola più grande
del corpo umano, essa è posizionata
al di sotto del diaframma e sul lato
destro dell’addome.
È ricoperto da una capsula
connettivale, che lo protegge, e
possiede alcuni legamenti che lo
connettono ad altri organi, alla parete addominale anteriore e al diaframma. Il tessuto
epatico è percorso da arterie, vene, vasi linfatici e da fibre nervose.
La superficie epatica è liscia e soffice, di colore rosso-brunastro, ma nei soggetti obesi può
apparire giallastra, ciò è dovuto alle diffuse infiltrazioni di tessuto adiposo nel parenchima
epatico (steatosi).
Il suo peso rappresenta circa dal 2,5% del peso corporeo, in media da 1,8 a 2,1 kg nella
femmina e da 1,9 a 2,3 kg nel maschio. Il fegato tende a raggiungere le sue maggiori
dimensioni e le sua piena funzionalità verso i 18 anni di età, dopodiché il suo peso decresce
gradualmente con l'avanzare degli anni.
Il fegato comunica con un organo cavo detto colecisti
o cistifellea, esso ha la forma di una pera lunga circa
7-10 cm larga circa 3,5 cm e dalla capacità di 30-50
ml. Essa si trova alloggiata in una fossetta della
faccia inferiore del fegato, comunica con esso tramite
17
un dotto detto cistico e con il duodeno (parte dell’intestino tenue) tramite il coledoco.
La colecisti è organo che accumula la bile (prodotta dal fegato) durante il digiuno e lo riversa
nell’intestino tenue durante la digestione.
Il fegato gioca un ruolo fondamentale nel metabolismo (insieme di reazioni chimiche che un
organismo svolge per poter soddisfare le proprie funzioni vitali) e svolge una serie di
processi tra cui l'immagazzinamento degli zuccheri in eccesso sotto forma di glicogeno, la
sintesi delle proteine del plasma, la rimozione di sostanze tossiche dal sangue. Esso inoltre
produce la bile, importante nei processi della digestione ed è fino al 6º mese di vita
intrauterina il più importante organo emopoietico (che produce componenti del sangue). In
caso di splenectomia (asportazione della milza), il fegato può riassumere la funzione
di emocateresi (distruzione dei globuli rossi) sopperendo alla mancanza della milza.
Se vuoi puoi approfondire questo argomento a pag. 27.
18
PANCREAS
Il pancreas è una ghiandola voluminosa, lunga e piatta, situata trasversalmente nella
parte superiore e posteriore
della cavità addominale.
Nei soggetti giovani
raggiunge un peso di circa
80-100 grammi, che tende a
ridursi con l'avanzare
dell'età; la lunghezza
complessiva si colloca
intorno ai 15 centimetri.
Il pancreas svolge due
funzioni: una detta endocrina l’altra detta esocrina. Il primo termine fa riferimento alla sua
capacità di secernere e immettere nel circolo sanguigno degli ormoni (proteine regolatrici)
alcuni dei quali regolano la concentrazione ematica del glucosio, mentre il secondo termine
si riferisce alla produzione di enzimi digestivi che immessi nel tubo digerente terminano la
scomposizione chimica di amidi, proteine, grassi e acidi nucleici.
Se vuoi puoi approfondire questo argomento a pag. 31.
GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE →
https://www.youtube.com/watch?v=DTnncwHxt-Y
19
Completa la tabella
Nome organo Anatomia (dove si trova o com’è fatto)
Fisiologia (come funziona)
Bocca
Ghiandole salivari
Esofago
Stomaco
Intestino tenue
Fegato
Pancreas
Intestino crasso
20
Che cosa hai imparato?
Rispondi alle domande e confronta con la scheda di inizio capitolo “che cosa ne
sai?”
A che cosa serve l’alimentazione?
Che cosa sono i nutrienti?
Fai un esempio di pasto bilanciato giustificando la scelta fatta
Quali ruoli svolge l’apparato digerente?
Quali organi formano l’apparato digerente?
21
APPROFONDIMENTO N. 1: MACRO E MICRONUTRIENTI
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:
i carboidrati, o glucidi, 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,.), le patate, la frutta e il latte.
le proteine 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 sono un'importante fonte di energia e possono servire come riserva in quanto
vengono utilizzati più lentamente dei 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.
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 e minerali.
22
APPROFONDIMENTO N. 2. GLI ENZIMI
Si definisce enzima una sostanza che accelera una reazione (catalizzatore) nei
processi biologici.
La stragrande maggioranza degli enzimi sono proteine.
Avvenuta la reazione, il prodotto viene allontanato dall'enzima, che rimane disponibile per
iniziarne una nuova. L'enzima infatti non viene consumato durante la reazione.
Ogni enzima si lega ai suoi substrati come una chiave alla sua serratura, in modo
esclusivo in una sua porzione detta sito attivo, in questa sede le sostanze legate si
modificano poi si allontanano dal sito lasciandolo libero di promuovere altre reazioni.
L'attività di un enzima può essere influenzata da altre molecole che
possono inibirla (molti farmaci e veleni sono inibitori enzimatici), o aumentarla. Tale attività
può essere anche influenzata dalla temperatura, dal pH e dalla concentrazione dei
reagenti.
Gli enzimi portano a termine una gran quantità di funzioni all'interno degli organismi
viventi.
Nel metabolismo delle cellule, catene di enzimi consentono di generare prodotti ad una
velocità tale da soddisfare le necessità della cellula. In questo caso gli enzimi lavorano in
successione: ogni enzima utilizza il prodotto della reazione precedente come substrato.
La rete del metabolismo cellulare dipende dunque dal set di enzimi funzionali presenti.
Un'altra importante funzione degli enzimi è collegata alla digestione negli animali. Enzimi
come le amilasi e le proteasi sono in grado di ridurre le macromolecole
(es. 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
23
ospiti del tubo digerente: nei ruminanti, ad esempio, la cellulasi necessaria alla
degradazione della cellulosa è prodotta da alcune specie batteriche.
Gli enzimi sono anche in grado di generare movimento, come avviene ad esempio con
la miosina, che genera la contrazione muscolare.
I virus contengono numerosi enzimi che permettono loro di infettare le cellule.
Gli enzimi svolgono nei processi cellulari un ruolo determinante, infatti il
malfunzionamento di un solo enzima (su migliaia) è in grado di indurre una patologia seria.
Per ogni enzima esiste una patologia da malfunzionamento presente solitamente in
percentuali di popolazione tale da renderle le tipiche patologie rare.
Un esempio è la fenilchetonuria che è dovuta alla mutazione di un solo amminoacido nel
gene. Tale mutazione genera la perdita di ogni attività enzimatica, con
conseguenze neurologiche gravi, tra cui un importante ritardo mentale
Applicazioni industriali
Gli enzimi sono enormemente utilizzati nell'industria chimica e in altre applicazioni
industriali che richiedono catalizzatori estremamente specifici. Le principali limitazioni al
loro impiego sono la scarsa stabilità in solventi differenti da quello biologico e il numero
limitato di reazioni per cui tali enzimi sono efficaci.
Settore Applicazion
e Enzimi utilizzati Funzioni
Industria
alimenta
re
Panificazio
ne
α-amilasi fungine.
Catalizzano la conversione
dell'amido presente
nella farina in zuccheri semplici.
Utilizzate nella produzione di pane in
genere, si inattivano intorno ai 50 °C
e sono dunque distrutte durante il
processo di cottura.
Proteasi
I produttori di biscotti le utilizzando
per ridurre la concentrazione di
proteine nella farina.
24
Alimenti
per neonati Tripsina
Proteasi utilizzata per predigerire gli
alimenti destinati ai neonati.
Birrificazio
ne
Enzimi contenuti nell'orzo.
Degradano amido e proteine
producendo zuccheri semplici,
amminoacidi e brevi peptidi, utilizzati
dai lieviti per la fermentazione.
Enzimi dell'orzo prodotti
industrialmente.
Largamente utilizzati per la
birrificazione industriale come
sostituto degli enzimi naturali
dell'orzo.
Amilasi, glucanasi e proteasi Degradano i polisaccaridi e le
proteine del malto.
Beta glucosidasi Ottimizza il processo di filtrazione.
Amiloglucosidasi
Permette la produzione di birre a
basso contenuto calorico.
Proteasi
Rimuovono la torbidezza che si
genera durante la conservazione
delle birre.
Succhi di
frutta
Cellulasi, pectinasi Chiarificano i succhi di frutta
Industria
casearia
Rennina
Derivata dallo stomaco di
giovani ruminanti (come vitelli e agne
lli), è usata nella manifattura di
formaggi per idrolizzare proteine.
Vari enzimi prodotti da
microrganismi
Il loro impiego è crescente nel
settore.
Lipasi
Utilizzata nella produzione di
formaggi come il Roquefort.
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Lattasi
Degradano
il lattosio a glucosio e galattosio.
Intenerimen
to della
carne
Papaina
Con la sua azione proteolitica,
ammorbidisce la carne per la cottura.
Trattament
o
dell'amido
Amilasi, amiloglucosidasi e glucoa
milasi
Convertono l'amido in glucosio
(molto utilizzati nella produzione
di sciroppi).
Glucosio isomerasi
Converte il glucosio in fruttosio, per
la produzione di sciroppi ad alta
concentrazione di fruttosio (che,
rispetto al saccarosio, presenta alte
caratteristiche dolcificanti e basso
contenuto calorico).
industria cartiera
Amilasi, xilanasi, cellulasi e lignina
si
Le amilasi favoriscono la
degradazione dell'amido, al fine di
ottenere una viscosità inferiore. Le
xilanasi favoriscono
lo sbiancamento della carta. Le
cellulasi ammorbidiscolo le fibre. Le
ligninasi rimuovono la lignina per
rendere la carta più morbida.
Produzione
di biocarburanti Cellulasi
Utilizzate per degradare la cellulosa
in zuccheri semplici utilizzabili per
le fermentazioni.
Detersivi
Soprattutto proteasi, in una
specifica isoforma in grado di
funzionare all'esterno delle cellule
Utilizzate nelle fasi di prelavaggio,
con applicazione diretta sulle
macchie di natura proteica.
Amilasi Utilizzate per il lavaggio
di stoviglie con macchie
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particolarmente resistenti di amido e
derivati.
Lipasi
Utilizzate per ottimizzare la
rimozione di macchie di unto e grassi
di vario tipo.
Pulizia delle lenti a
contatto
Proteasi
Permettono la rimozione di varie
proteine dalle lenti, per prevenire
eventuali infezioni.
Produzione di gomma Catalasi
Consente la produzione
di ossigeno a partire dal perossido,
per convertire il lattice in gomma
schiumosa.
Fotografia Proteasi (ficina)
Degradano la gelatina presente
sulle pellicole di scarto per il
recupero del contenuto di argento.
Biologia molecolare
Enzimi di restrizione, DNA
ligasi e polimerasi
Utilizzate per la manipolazione
del DNA nelle tecniche di ingegneria
genetica. Ampi utilizzi
in farmacologia, agricoltura e medici
na (tra cui la medicina forense).
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APPROFONDIMENTO N. 3: IL FEGATO
Anatomia microscopica del fegato
Il tessuto epatico è organizzato in strutture dette lobuli, simili a prismi a base esagonale.
Ciascun lobulo è delimitato da sottili setti connettivali ed è formato da lamine di tessuto
epatico intervallate da vasi sanguigni e canali biliari.
Nel fegato di trovano diverse tipologie cellulari, le principali sono: gli epatociti, le cellule
stellate e le cellule di Kupffer.
Gli epatociti sono le cellule più numerose del fegato, ne costituiscono l'80% del volume e
circa il 60% per numero. La loro forma è poliedrica, con un numero di superfici variabile
da sei a dodici, il loro diametro varia da 20 a 30 µm. Sono spesso polinucleate (possono
arrivare ad avere anche quattro nuclei), e rappresentano un tipo di cellula in cui gli
organelli sono più sviluppati e rappresentati rispetto ad altri tipi, a causa della grande
varietà di compiti cui devono assolvere.
Le cellule stellate sono molto meno numerose degli epatociti, sono poste all’interno del
lobulo ed hanno una forma stellata o irregolare. Il loro citoplasma è ricco di vescicole
contenenti vitamina A, sono fondamentali nella rigenerazione del fegato poiché
secernono fattori di crescita responsabili della rigenerazione degli epatociti e della
produzione di tessuto cicatriziale a seguito di lesioni o interventi chirurgici. Altre sostanze
da loro secrete concorrono all'omeostasi (mantenimento delle condizioni interne al variare
di quelle esterne) dell'organo.
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Le cellule di Kupffer, sono i macrofagi del fegato (un tipo di globulo bianco) e si collocano
nei vasi sanguigni venosi. La loro forma è variabile ed irregolare, presenta numerose
estroflessioni. La loro funzione è quella di rimuovere per fagocitosi eventuali detriti
presenti nel sangue che arriva agli epatociti, ma possono anche stimolare il sistema
immunitario. Rimuovono gli eritrociti (globuli rossi) invecchiati o danneggiati agendo in
modo complementare alla milza (che possono sostituire in caso di splenectomia).
Fisiologia del fegato
Le funzioni del fegato sono espletate dagli epatociti.
Produce e secerne la bile, usata per emulsionare i grassi. Parte della bile viene riversata
direttamente nel duodeno, parte viene accumulata nella cistifellea.
Svolge numerose funzioni nel metabolismo dei carboidrati e delle proteine:
- la sintesi del glucosio a partire da alcuni amminoacidi, dall'acido lattico o dal glicerolo;
- la formazione del glucosio dal glicogeno (reazione che avviene anche all'interno
dei muscoli);
- la sintesi del glicogeno a partire dal glucosio;
- la demolizione di ormoni;
- il metabolismo delle proteine.
Interviene nel metabolismo dei lipidi:
- la sintesi del colesterolo;
- la sintesi dei trigliceridi.
Produce molte proteine del sangue tra cui i fattori della coagulazione
Demolisce l'emoglobina, creando metaboliti che vengono aggiunti alla bile come pigmenti.
Demolisce numerose sostanze tossiche e numerosi farmaci nel processo noto
come metabolismo dei farmaci. Il processo può portare ad intossicazione, quando il
metabolita è più tossico del suo precursore.
Converte l'ammoniaca in urea.
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Funge da deposito per numerose sostanze, tra cui il glucosio (sotto forma di glicogeno),
la vitamina B12, il ferro e il rame.
Nel feto fino al terzo mese, il fegato è la sede principale della produzione di globuli rossi;
viene rimpiazzato in questo compito dal midollo osseo alla 32ª settimana di gestazione.
Contiene numerose cellule specializzate del sistema immunitario che agiscono da "filtro"
nei confronti degli antigeni (molecole capaci i attivare la risposta immunitaria) trasportati
dal sistema della venoso.
Attualmente non esiste un organo artificiale capace di emulare tutte le funzioni del fegato.
Patologie del fegato
Molte malattie del fegato sono accompagnate dall'itterizia causata dall'incremento dei
livelli di bilirubina nell'organismo. La bilirubina è il risultato della decomposizione
dell'emoglobina dei globuli rossi morti; normalmente viene rimossa dal fegato e escreta
attraverso la bile.
Insufficienza epatica: compromissione più o meno marcata della funzionalità del fegato
dovuta a varie possibili cause.
- epatite: infiammazione del fegato, viene causata da vari virus, ma anche da alcune
sostanze tossiche, da malattie autoimmuni e da condizioni ereditarie;
- cirrosi epatica: è la formazione di tessuto fibroso all'interno del fegato in sostituzione
degli epatociti morti. La morte delle cellule epatiche può essere causata da epatite
virale, alcolismo o intossicazione da altre sostanze tossiche;
- la steatosi epatica: accumulo di lipidi nel fegato;
- tumori benigni: come l'adenoma, l'angioma, l'iperplasia focale nodulare.
- il cancro del fegato: primario oppure come metastasi (riproduzione a distanza
nell’organismo di un processo tumorale) di cancro in altre zone dell'apparato digerente.
Chirurgia
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Il primo trapianto di fegato, realizzato con successo, avvenne nel 1967. Bisognerà
aspettare gli anni ottanta perché diventi un trattamento clinico standard, grazie
all'introduzione di farmaci che evitano il rigetto di trapianto. La maggior parte dei trapianti
vengono effettuati in caso di malattie che portano a lesioni permanenti del fegato o di
cirrosi (come le epatiti virali, alcoliche ed autoimmuni e la cirrosi biliare primitiva).
Inoltre il fegato può essere oggetto di resezione chirurgica, spesso per il tentativo di
eradicare una massa tumorale.
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APPROFONDIMENTO N. 4: IL PANCREAS
Dal punto di vista anatomico, il pancreas viene normalmente suddiviso in tre porzioni, che
prendono il nome di testa (accolta nella concavità del duodeno), corpo e coda (che si
spinge fino all'ilo della milza).
Anteriormente al pancreas vi è lo stomaco, che lo copre completamente.
Misura circa 12–15 cm dalla testa alla coda in età adulta, è largo 4 cm e spesso 2 cm. È
di colore rosa salmone, ha una consistenza piuttosto dura e mostra una superficie
lobulata
Anatomia microscopica del pancreas
Il pancreas è funzionalmente suddiviso in una parte esocrina preponderante (97-99% del
totale, che produce sostanze che vengono riversate nell’intestino tenue), formata dagli
acini pancreatici e in una endocrina (1-3% che produce sostanze che vengono riversate
nel circolo sanguigno) costituita dalle isole di Langerhans .
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Il pancreas esocrino è suddiviso in due lobuli da setti di tessuto connettivo in cui si trovano
i vasi sanguigni, i vasi
linfatici e i nervi. Ciascun
lobulo pancreatico è
suddiviso in centinaia di
acini, raggruppamenti
cellulari sferici e unità
secernenti della
ghiandola.
Le cellule acinose
pancreatiche hanno forma piramidale, possiedono un nucleo tondeggiante, un reticolo
endoplasmatico rugoso particolarmente sviluppato (data la loro funzione secretoria), un
reticolo endoplasmatico liscio discretamente sviluppato, molti mitocondri, numerosi
ribosomi, un apparato di Golgi piuttosto sviluppato e in posizione centrale, mentre nella
porzione apicale della cellula si riscontrano quasi sempre grandi granuli sferici contenenti
proenzimi, in forma inattiva che costituiscono il succo pancreatico.
Il pancreas endocrino
è costituito da circa 1
milione di isole di
Langerhans, ammassi
cellulari (diametro:
100 micrometri) di
forma tondeggiante ,
distribuiti in
particolare nella coda
e nel corpo della
ghiandola,
possiedono una ricca
innervazione tanto
che quasi tutte le cellule sono a contatto con un capillare in cui riversano i loro ormoni e
molte con terminazioni nervose.
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Sono stati identificati cinque tipi cellulari all'interno di ciascuna isola di Langerhans, tra
questi le cellule α sono disposte alla periferia dell'isola, sono piuttosto numerose (15-20%
del totale) e secernono glucagone, le cellule β sono le più numerose (65-80%), poste
perlopiù centralmente nelle isole e secernono insulina.
Fisiologia del pancreas
Gli acini pancreatici sono responsabili della secrezione esocrina producono quindi gli
enzimi digestivi che nel complesso danno origine al cosiddetto succo pancreatico, essi
sono:
AMILASI: trasforma l'amido alimentare in una miscela di zuccheri semplici.
CHIMOTRIPSINA, TRIPSINA, CARBOSSIPEPTIDASI: scompongono i segmenti di
proteine prodotti dallo stomaco in aminoacidi.
LIPASI: coadiuvata dalla bile scompone i grassi nei loro componenti più elementari
(glicerolo ed acidi grassi).
RIBONUCLEASI e DESOSSIRIBONUCLEASI: demoliscono, rispettivamente, gli acidi
ribonucleici (RNA) e desossiribonucleici (DNA).
Oltre a questi enzimi digestivi, il succo pancreatico è ricco di ioni bicarbonato fondamentali
per tamponare l'acidità del chimo proveniente dallo stomaco e garantire un ambiente
favorevole all'attività degli stessi enzimi digestivi.
Le isole del Langerhans svolgono la secrezione endocrina del pancreas mediante la quale
controllano il metabolismo degli zuccheri, dei grassi e delle proteine.
In particolare producono due ormoni importantissimi per regolare il livello di glucosio nel
sangue: l’insulina e il glucagone.
L’insulina stimola l’accumulo del glucosio in eccesso sotto forma di glicogeno nel fegato e
nei muscoli.
Il glucagone è antagonista dell’insulina, promuove cioè il processo inverso quindi la
liberazione di glucosio dalle riserve di glicogeno.
Patologie del pancreas
La più nota e diffusa patologia del pancreas è il diabete.
Il diabete mellito, o più semplicemente diabete, è una malattia metabolica causata da un
calo di attività dell'insulina.
In particolare, il diabete può essere dovuto a:
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Una ridotta disponibilità di insulina: c'è meno insulina di quanta ne servirebbe
all'organismo per il suo corretto funzionamento;
Un impedimento alla normale azione dell'insulina: l'insulina è presente, ma l'organismo
non riesce a farne buon uso;
Una combinazione dei due sopraccitati fattori: l'insulina è poca e non funziona in modo
adeguato.
In Italia, i dati ISTAT 2015 segnalano che soffre di diabete mellito il 5,4% degli
italiani (sia tra i maschi che tra le femmine), il che vuol dire oltre 3 milioni di persone.
Per quanto concerne la prevalenza del diabete nel nostro Paese, questa è aumentata dal
3,9%, nel 2001, al 4,7%, nel 2015.
A livello geografico, le zone in cui la prevalenza del diabete risulta più elevata sono
le regioni del Meridione, in particolare la Calabria.
La classificazione del diabete mellito vede tre tipologie principali:
1. Il diabete mellito di tipo 1. È dovuto ad un malfunzionamento del sistema immunitario, il
quale, riconoscendo come estranee le cellule beta pancreatiche delle isole di
Langerhans, le aggredisce e le distrugge.
Poiché è implicato il sistema immunitario, il diabete mellito di tipo 1 rientra a pieno diritto
tra le malattie autoimmuni.
2. Il diabete mellito di tipo 2. Questo comprende tutte le forme di diabete, dovute a
o un deficit di secrezione dell'insulina, da parte delle cellule beta pancreatiche delle isole di
Langerhans,
o resistenza dei tessuti dell'organismo all'azione dell'insulina (condizione, questa, nota
come insulino-resistenza).
Il diabete gestazionale. Comprende le forme di diabete secondarie allo stato di
gravidanza. In genere, è un fenomeno transitorio