Biochimica del Vino
Le convinzioni già da lungo tempo radicate nelle tradizioni popolari,
ricevettero negli anni ottanta una clamorosa conferma dalla
medicina ufficiale: la notizia del “paradosso francese”.
Indagini statistico-epidemiologiche hanno dimostrato una ridotta
incidenza di malattie cardiovascolari e relative complicanze in
alcune regioni della Francia meridionale, a dispetto dell’elevato
consumo di grassi aterogeni, in netto contrasto con l’elevato impatto
delle stesse malattie in altre popolazioni europee ed americane, che
consumavano quantità equivalenti degli stessi grassi.
Tale differenza fu subito attribuita all’abituale consumo di vino da
parte dei Francesi, quale fattore protettivo contro l’ateroarteriosclerosi e i danni cardiocircolatori ad essa correlati.
Il vino come alimento
Pur collocandosi al vertice delle produzioni agroalimentari tipiche del
territorio, il vino è andato progressivamente perdendo le
connotazioni di prodotto alimentare, per assumere valenze culturali,
edonistiche e di distinzione sociale.
Attualmente il vino come può essere considerato quasi il simbolo di
un processo di riappropriazione culturale, del recupero di tradizioni e
di valori del territorio, in netta antitesi con la tendenza
all’omologazione dei gusti e dei valori, trainata dai processi di
globalizzazione, di consumismo e di comunicazione di massa.
Gli studi epidemiologici hanno fortemente stimolato e dato rinnovato
vigore ad un filone già consolidato di ricerche sui fondamenti
scientifici, che sottendono i rapporti fra vino e salute.
Per comprendere le caratteristiche del vino come alimento e le
ultime ipotesi scientifiche sulle sue proprietà antiossidanti, è
necessario presentare in modo sintetico le conoscenze acquisite
nell’ambito della biochimica degli alimenti.
1
La dieta mediterranea
La dieta mediterranea prese il nome dalle abitudini alimentari
di alcune popolazioni mediterranee (Italia meridionale e
insulare, Grecia continentale e insulare), che all’inizio degli
anni ’50 presentavano assai bassa incidenza di malattie
cardiovascolari, rispetto agli Stati Uniti d’America.
All’epoca le popolazioni mediterranee consumavano grande
varietà di verdure, frutta, cereali e legumi, pesce; utilizzavano
l’olio d’oliva per cuocere e condire gli alimenti; usavano poca
carne e solo per alcuni piatti dei giorni festivi, qualche
cucchiaio di formaggio per insaporire alcuni piatti, poche uova
per frittate e torte d’erbe. La dieta mediterranea comprendeva
uno o due bicchieri di vino, durante i pasti principali.
Come si vede, il paradosso francese (o mediterraneo) era stato
anticipato dagli studi sulla dieta mediterranea, che aveva già
strettamente collegato il vino, antichissima bevanda
mediterranea, con gli alimenti, altrettanto antichi, della
tradizione mediterranea: i cereali, i vegetali freschi, l’olio e il
pesce.
La dieta mediterranea
CARNE
pasticceria
Uova
Pollame
Pesce
Rare volte
al mese
Alcune volte
alla settimana
Frutta, legumi, verdura,
Frutta secca
Ogni giorno
Cereali, Pasta, patate e pane
2
Principali costituenti del vino
Costituenti
Quantità ( g / l )
Acqua
750-900
Alcol etilico
70-130
Alcol metilico
0,02-0,2
Alcoli superiori
0,1-0,5
Glicerolo
4-15
Zuccheri
(Glucosio e Fruttosio)
Tracce nei vini secchi
Quantità variabili nei vini dolci
Acido tartarico
2-5
Acido malico
0-7
Acido citrico
0,1-0,5
Acido succinico
0,5-1,5
Acido lattico
1-5
Acido acetico
0,2-0,9
Composti fenolici (tannini, ecc.)
0,2-3
Composti azotati
0,05-0,9
Minerali (come ceneri)
2-3
L’etanolo come nutriente energetico
Gli alcoli e, ancor più, i prodotti della loro ossidazione -le aldeidi-, sono tossici.
Tuttavia, molti organismi viventi hanno sviluppato sistemi di difesa contro
composti tossici, metalli pesanti, farmaci, droghe ed in generale molecole
estranee all’organismo stesso (xenobiotici). In alcuni casi tali sistemi di difesa
si sono evoluti a dare luogo ad enzimi in grado di sfruttare le peculiarità di
alcune di queste sostanze.
E’ importante considerare che alcuni sistemi enzimatici utilizzano a scopo
energetico l’alcol. Questa molecola è facilmente ossidabile e dotata di rese
energetiche potenzialmente elevate.
Tenendo presenti le peculiarità biochimiche, nutrizionali e farmacologiche
dell’alcol, risulteranno più chiaramente comprensibili le caratteristiche dei
processi e dei sistemi enzimatici deputati ad utilizzarlo e ad eliminarlo
dall’organismo umano.
Tali processi avvengono in gran parte nel fegato, che sarà, di conseguenza, il
primo organo a subire alterazioni metaboliche e funzionali da sovraccarico di
alcol, molto tempo prima che si instauri una patologia sistemica da cronico
abuso, nota come alcolismo.
3
Metabolismo dell’etanolo
Il metabolismo dell’etanolo ha diversi punti di convergenza o di
somiglianza con quello degli acidi grassi:
1) ossidazione della catena carboniosa, con produzione di coenzimi
ridotti;
2) produzione di acetil-CoA, immediatamente ossidabile nel ciclo di
Krebs o esportabile ad altri organi in forma solubile e diffusibile
(acetato/ corpi chetonici);
3) metabolismo chetogenico, non potendo originare intermedi
glicidici;
4) richiesta di intermedi glicolitici per l’ossidazione dell’acetil-CoA.
Sistemi enzimatici per l’ossidazione dell’etanolo nel fegato
Abbreviazioni:MEOS = microsomal ethanol-oxidising system:
sistema microsomiale che ossida l’etanolo; ALC.DH = alcoldeidrogenasi; ALD.DH = aldeide-deidrogenasi.
Il fegato metabolizza mediamente 0,12 g di etanolo / ora /
Kg di peso corporeo (circa 8 g di alcol / ora / 70 Kg di
peso).
4
L’alcol-deidrogenasi
Delle quattro classi di alcol-deidrogenasi solo quella presente
nel fegato ha il compito di iniziare ad ossidare l’etanolo
presente nelle bevande alcoliche: infatti la maggior parte
dell’alcol ingerito viene assorbito nel tubo digerente e giunge al
fegato attraverso la vena porta.
L’alcol-deidrogenasi epatica non è specifica per l’etanolo,
potendo ossidare anche il metanolo. La competizione per lo
stesso enzima, unitamente alla bassa concentrazione di
metanolo nel vino, rende remoto, per questa bevanda, il rischio
di tossicità da metanolo e da prodotti di ossidazione dell’alcol
(aldeide ed acido formico).
Anche il parametro che misura l’affinità dell’alcol-deidrogenasi
per l’etanolo (KM) è molto significativo: i valori di KM
dell’enzima, intorno ad 1-2 mM, non si discostano molto dai
valori di alcolemia (concentrazione di etanolo nel sangue)
riscontrabili dopo circa un’ora dalla somministrazione di una
dose standard di alcol (un drink corrisponde mediamente a 12
g di etanolo).
L’aldeide-deidrogenasi
L’aldeide-deidrogenasi mostra scarsa specificità ed ampia
distribuzione nell’organismo, come ci si può attendere da un
enzima capace di eliminare composti altamente reattivi e
tossici, quali le aldeidi.
Nel fegato sono presenti due isoenzimi, distinti per diversa
localizzazione subcellulare e diverse proprietà strutturali e
cinetiche. L’enzima mitocondriale ha maggiore affinità per
l’acetaldeide (KM: 3 μM), rispetto all’isoforma citosolica (KM
intorno a 100 μM), e minor sensibilità all’inibizione da
disulfiram (“antabuse”). L’antabuse, utilizzato per contrastare
l’abuso di bevande alcoliche, provoca effetti tossici, dovuti
all’accumulo di acetaldeide.
In alcune popolazioni dell’estremo oriente e sud-americane
sono state riportate deficienze genetiche di aldeidedeidrogenasi mitocondriale, con conseguenti effetti tossici da
assunzione di alcol anche a dosi modeste, effetti
evidentemente legati al rallentato smaltimento dell’acetaldeide.
5
Il sistema microsomiale ossidante l’etanolo (MEOS)
L’attività enzimatica ossidante l’etanolo dipende dal citocromo P450.
Il consumo abituale di bevande alcoliche promuove nel fegato l’induzione di un
sistema enzimatico capace di ossidare l’etanolo ad acetaldeide, utilizzando
ossigeno e NADPH. Questo sistema alternativo di ossidazione dell’etanolo è noto
come microsomal ethanol-oxidising system (acronimo: MEOS), perché localizzato
nel sistema reticolo-endoplasmico, che durante il frazionamento subcellulare
dell’epatocita si separa come microvescicole, denominate microsomi.
A concentrazioni alcolemiche 4-8 mM o superiori l’alcol-deidrogenasi (Km:1-2 mM)
è presumibilmente satura: pertanto un’accelerazione della velocità di ossidazione
dell’etanolo è ipotizzabile soltanto con un sistema enzimatico (il MEOS appunto)
dotato di un limite di saturazione più elevato (Km del MEOS per l’etanolo: circa 8
mM).
Sembra che l’induzione del MEOS possa incrementare del 50% o anche oltre la
velocità di smaltimento dell’etanolo da parte del fegato. I potenziali vantaggi offerti
dall’induzione del MEOS possono effettivamente realizzarsi nella misura in cui i già
delicati e complessi sistemi enzimatici di smaltimento dell’etanolo non vengano
sovraccaricati e perturbati dall’interferenza del MEOS e negativamente condizionati
dalle numerose attività metaboliche legate al citocromo P450.
Funzioni del citocromo P450
Le funzioni del citocromo P450
sono connesse alla capacità di
legare la molecola dell’O2 e di
ossidare una grande varietà di
composti, mediante uno dei due
atomi di ossigeno, mentre l’altro
viene generalmente ridotto ad
H2O dagli elettroni del NADPH.
Citocromo P450
O2
Fe2+
P450
O2Fe2+
P450
NADP
Queste reazioni sono finalizzate
sia a modificazioni metaboliche
di
composti
endogeni
(idrossilazioni
di
composti
steroidei,
idrossilazioni
ed
epossidazioni di acidi grassi),
sia
a
solubilizzazione
(e
successiva
eliminazione
attraverso gli emuntori) di
xenobiotici: farmaci, tossine,
cancerogeni e mutageni, ecc.
Citocromo
P450
reduttasi
NADPH
Fe3+
P450
Fe3+ H2O
P450
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LA CORRETTA ASSUNZIONE DELL’ALCOL
Smaltimento dell’alcol ( 24 g ),
contenuto in 1/4 litro di vino a 12 ° :
-- a digiuno in unica dose
-- a pasto in unica dose
-- a pasto in più dosi
Stimolazione nervosa e ormonale della
secrezione gastrica
La gastrina ( G ), il principale ormone dello stomaco, è secreta nel sangue da specifiche
cellule endocrine dell’antro pilorico, innervato dal vago. Per via circolatoria la gastrina
raggiunge il fondo dello stomaco, dove stimola le ghiandole gastriche a secernere acido
cloridrico e pepsina.
La secrezione dei succhi gastrici è favorita dall’effetto vasodilatatore dell’etanolo, che, a
concentrazioni non troppo elevate, attiva la circolazione sanguigna sostenendo le funzioni
digestive della mucosa gastrica.
7
Il vino: la bevanda di Noè
Etanolo e circuito della “gratificazione”
Quando questo circuito viene stimolato, attiva
le connessioni con altri nuclei ed aree della
base encefalica (amigdala, ippocampo), che
elaborano e ritrasmettono verso il nucleo
accumbens diversi tipi di segnali, relativi ad
attività piacevoli ed appaganti, come il cibo, il
sesso, il gioco ma anche i rapporti
interpersonali e sociali. La corteccia frontale
riceve ed integra l’informazione, coordinando la
risposta comportamentale.
Il sistema cerebrale del piacere e della
gratificazione, probabilmente originato negli
organismi inferiori come centro della fame e
dell’accoppiamento
(per
soddisfare
ed
appagare i bisogni più elementari per la
sopravvivenza e la moltiplicazione della
specie), è divenuto più complesso nei
mammiferi e soprattutto nell’uomo, a seguito
delle connessioni e molteplici interazioni con la
corteccia frontale, particolarmente sviluppata
negli umani e sede di integrazione delle più
complesse
interazioni
neuro-psicocomportamentali.
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L’alcol aumenta la concentrazione di dopamina
Ricerche recenti hanno dimostrato che droghe diverse -cocaina, nicotina,
oppiacei ed alcol- agiscono tutte sul circuito della gratificazione, aumentando,
sia pure con meccanismi diversi, la concentrazione della dopamina, il neurotrasmettitore che propaga il segnale fra i neuroni di questa via. In particolare
l’etanolo aumenterebbe la concentrazione di dopamina, bloccando neuroni ad
azione inibitoria sul sistema di trasmissione dopaminergico.
Dismetabolismo e patologia da abuso di alcol
La prima e più vistosa conseguenza metabolica dell’ossidazione biologica
dell’etanolo è l’aumento del rapporto NADH / NAD+.
PIRUVATO
lattato d e id r o g en as i
NADH
DIIDROSSIACETONEFOSFATO
glicerol-fosfatodeidrogenasi
NADH
OSSALACETATO
LATTATO
+
NAD
GLICEROLFOSFATO
+
NAD
m a la tode idroge na si
MALATO
O
HO
OH
O
NADH
+
NAD
O
In sintesi: la difficoltà ad ossidare l’etanolo si traduce nel rallentamento del
metabolismo ossidativo dei principali nutrienti energetici (glicidi e lipidi), nel
blocco della gluconeogenesi, nella produzione di corpi chetonici e di
precursori della sintesi lipidica.
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I VANTAGGI DERIVATI DA UN CONSUMO MODERATO DI ALCOL
Mortalità in funzione dell’assunzione abituale di
vino (curva a J).
Possibili meccanismi molecolari “vantaggiosi” coinvolti
nell’assunzione
di modiche quantità di alcol
Le condizioni di precondizionamento ischemico sembrano indurre
l’espressione di enzimi con attività cardioprotettiva. In un breve episodio
ischemico, infatti, sembrano aumentare i livelli di anione superossido .O2- e di
ossido nitrico .NO che attivano fattori di trascrizione che danno luogo in
ultima analisi all’espressione di proteine con funzione cardioprotettiva.
Gli stessi enzimi e lo stesso meccanismo indotto dal precondizionamento
ischemico sembra poter essere generato da una moderata assunzione di
etanolo.
Tra gli enzimi di cui si è osservato un aumento di espressione, vi sono
l’ossido nitrico sintasi (NOS) e la superossido-dismutasi (MnSOD).
Il meccanismo sembra che sia correlato ad un aumento dei livelli di MnSOD
che comportano una diminuzione dei livelli di .O2- e quindi si ridurrebbe
drasticamente la sua interazione con l’.NO (che come già detto genera il
perossinitrito (ONOO-), un potente ossidante.
Conseguentemente i livelli di .NO risultano innalzati con conseguenti effetti
vasodilatatori di protezione da eventi ischemici.
10
Possibili meccanismi molecolari “vantaggiosi” coinvolti
nell’assunzione
di modiche quantità di alcol
Ripiegamento delle proteine
Inizio della formazione delle strutture secondarie
e collasso idrofobico
Entropia
Energia
Solo la struttura nativa svolge la
specifica
funzione
di
ogni
proteina all’interno della cellula.
Stati di
globulo fuso
“molten globule”
% residui della proteina
nella conformazione
nativa
Riarrangiamenti
finali
Struttura
nativa
11
Le HSPs impediscono un’aggregazione non corretta delle proteine
Durante la biosintesi delle proteine
Nella traslocazione delle proteine a compartimenti interni
In presenza di agenti chimico-fisici stressanti
(di origine biotica o abiotica)
Interazioni idrofobiche fortemente alterate possono
comportare la perdita della conformazione nativa
HSP
Legandosi a residui idrofobici e idrolizzando ATP, forniscono un
microambiente idoneo al corretto ripiegamento delle proteine
Heat Shock Protein 70 kDa (HSP70)
Sito di legame dell’ATP
12
Possibili meccanismi molecolari “vantaggiosi” coinvolti
nell’assunzione
di modiche quantità di alcol
Anche il consumo moderato di
alcol induce una quantità
significativa
di
stress
ossidativo a livello del muscolo
cardiaco che sembra essere
coinvolto nell’espressione di
alcune
proteine
stressinducibili
con
funzioni
cardioprotettive.
Tra queste proteine stressinducibili
troviamo
in
particolare le HSP70 e proteine
coinvolte nei processi di
apoptosi dei miocardiociti.
Vino, polifenoli e nutrizione
La vite, come altre piante, produce composti che possiedono in vitro
proprietà antiossidanti: i più noti sono composti fenolici semplici o
polimerici (polifenoli). Molti di questi composti sono presenti nell’uva e
dopo la fermentazione si ritrovano, anche se in proporzioni diverse, nel
vino. Altri composti fenolici si possono formare, invece, durante i
processi di vinificazione; oppure possono essere ceduti dalle botti
durante i processi di affinamento del vino nel legno. I principali composti
fenolici presenti nel vino sono gli acidi fenolici, i flavonoli, i tannini e gli
antociani.
Gli acidi fenolici e i flavonoli sono presenti come glucosidi nelle bucce
dell’uva bianca e rossa.
Struttura chimica dell’acido benzoico e cinnamico, presenti come esteri o
glucosidi nelle bucce dell’uva.
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Vino, polifenoli e nutrizione
I tannini condensati sono fenoli polimerici, che per ossidazione
monomerizzano, liberando catechina e cianidine.
Gli antociani sono glucosidi delle cianidine, presenti nelle bucce dell’uva
rossa, che da questi composti riceve il colore. Tuttavia, alcuni addotti con i
flavanoli sono incolori.
OH
OH
HO
OH
OH
O
HO
OH
OH
O+
OH
OH
Catechina
Cianidina
Vino, polifenoli e nutrizione
I tannini idrolizzabili (gallotannini ed ellagitannini) non sono presenti
nell’uva, ma si trovano nel vino sotto forma di esteri, che per idrolisi liberano
acido gallico ed acido ellagico.
HO
O
O
O
HO
OH
OH
HO
OH
A c id o g a llic o
OH
HO
O
O
A c id o e lla g ic o
14
Vino, polifenoli e nutrizione
Nei vini si trovano quantità variabili di
resveratrolo, un composto stilbenico,
derivato dai flavonoidi, che fa parte delle
fitoalessine.
Queste sostanze vengono prodotte dalla
vite in risposta a stress biotici (attacchi da
parte di microfunghi) o abiotici (avversità
climatiche, ecc.) e si possono formare
anche nelle bucce soprattutto prima della
maturazione dell’acino.
Vino, polifenoli e nutrizione
Le
sostanze
fenoliche
e
polifenoliche esplicano in vitro
attività antiossidanti, soprattutto
i tannini, chelanti dei metalli. Nel
caso dei flavonoidi, per esempio,
è
stato
dimostrato
che
inibiscono
in
vitro
la
perossidazione lipidica e le lipoossigenasi. Solo in presenza di
dati certi circa l’assorbimento
intestinale e gli effetti in vivo dei
fenoli e polifenoli del vino, si
potrà valutarne l’importanza ed il
valore ai fini della salute e della
prevenzione delle malattie.
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Vino, polifenoli e nutrizione
Riduzione del danno ossidativo delle lipoproteine del
plasma LDL.
Il danno ossidativo è correlato con il contenuto in
lipidi ossidati negli alimenti in quanto è in grado di
indurre
un
aumento
della
suscettibilità
all’ossidazione delle LDL.
L’aumento post-prandiale delle LDL ossidate (dette
LDL-), in cui la apo-B è parzialmente denaturata e
immersa nel core delle particelle, è un valido biomarker di stress ossidativo indotto dagli alimenti.
Vino, polifenoli e nutrizione
Il vino, assunto durante i pasti, sembra minimizzare
l’aumento post-prandiale di idroperossidi lipidici e di LDL-.
Tra le varie sostanze antiossidanti contenute nel vino,
quelle che sembrano giocare un ruolo chiave, sono le
PROCIANIDINE. Questi composti sono considerati più
efficaci dei loro monomeri che contengono gruppi
catecolici.
Sulla base delle attuali evidenze sperimentali sembra che
l’effetto del vino sulla prevenzione dell’ossidazione delle
LDL post-prandiali non sia dovuto ad un semplice aumento
della capacità antiossidante del plasma, ma piuttosto ad
una riduzione dei perossidi lipidici contenuti negli alimenti.
Infatti, i perossidi lipidici contenuti nei chilomicroni e nelle
lipoproteine “rimanenze” sembrano essere i più probabili
effettori del danno ossidativo alle LDL circolanti a dare
luogo ad un aumento delle LDL-.
16
17
Vino, polifenoli e nutrizione
Esperimenti in vitro hanno dimostrato che
alcuni composti fenolici presenti nel vino ed
in altre bevande alcoliche, come i flavonoidi,
possono ridurre l’adesione dei monociti alle
cellule endoteliali.
Interferenza
con
meccanismi
della
coagulazione. La formazione di trombi sulla
superficie delle lesioni aterosclerotiche, a
seguito del rallentamento della circolazione
e di alterazioni della coagulabilità del
sangue, rappresenta una grave e pericolosa
complicanza dell’arteriosclerosi.
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Effetto vasodilatatore delle procianidine
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Effetto vasodilatatore delle procianidine
Effetto vasodilatatore delle procianidine
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Il vino come alimento essenziale nella nutrizione?
Gli studi riportati in questo corso suggeriscono che l’alcol possa
agire come immunomodulatore in processi infiammatori e
coagulativi,
contrastando
lo
sviluppo
della
patologia
aterosclerotica.
La
concordanza
di
risultati
provenienti
dalle
indagini
epidemiologiche, dalla sperimentazione di laboratorio e dagli
studi clinici mirati ha rinforzato le schiere di esperti, nutrizionisti
e clinici favorevoli ad introdurre nella dieta di adulti sani modiche
quantità di bevande alcoliche.
Questo cambiamento, senza dubbio fertile sul piano scientifico e
potenzialmente importantissimo per la salute, potrebbe, tuttavia,
celare dannosi equivoci ed alimentare pericolose distorsioni, a
seguito di facili entusiasmi e di interessate speculazioni.
Il vino come alimento essenziale nella nutrizione?
Le ricerche attuali convergono nell’indicare che il vino esplica i
suoi effetti positivi solo se inserito correttamente (per quantità,
modalità e tempi) in una dieta equilibrata e bilanciata.
Quanto alle diverse e numerose sostanze fenoliche e polifenoliche
presenti nelle bevande alcoliche, conosciamo ancora troppo poco
circa la biodisponibilità, l’assorbimento ed i meccanismi d’azione
in vivo, per attribuire a ciascuna componente specifici effetti sulla
salute.
Le benefiche funzioni che può svolgere tale alimento non sono
semplicemente legate alla presenza di specifiche sostanze, ma
alla loro attività nel contesto di una precisa formulazione
alimentare e di un adeguato regime dietetico.
Non dovrebbe, infine, accadere che i possibili benefici, che ci si
possono aspettare da un corretto uso del vino, offuschino la
coscienza dei gravi rischi che l’abuso o l’assunzione incontrollata
notoriamente comportano.
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