Concorso nazionale Piano Lauree Scientifiche Anno scolastico 2010\2011 Scuola secondaria di secondo grado Scopo del presente elaborato è stato quello di riportare, a carattere rappresentativo, alcune delle sostanze chimiche (prevalentemente di derivazione vegetale) coinvolte nella percezione di sapori e odori che ci accompagnano nella via di tutti i giorni . Con il sistema gustativo il nostro organismo ottiene informazioni sui materiali inseriti nella bocca i cui componenti vengono a contatto con le cellule gustative che trasducono lo stimolo e forniscono informazioni su tipo, concentrazione e grado di soddisfacimento Il conseguimento della capacità di distinguere fra le diverse sensazioni gustative fu un importante passo nell’evoluzione piccole strutture neuroepiteliali situate sulla superficie superiore della lingua, nell'alta laringe e nella parte posteriore dell'orofaringe; la loro funzione fondamentale consiste nel percepire i sapori dei cibi ingeriti. La maggior parte delle cellule componenti la gemma gustativa sono sensoriali, ed hanno una vita media di circa 10 giorni -Tre nervi raccolgono le informazioni gustative: Il nervo vago Il nervo glossofaringeo Il nervo facciale - Le fibre arrivano alla porzione craniale del nucleo del fascicolo solitario (nucleo gustativo) - Da qui, attraverso il lemnisco mediale arrivano al talamo e poi alla corteccia gustativa. Associato al pH e all’equilibrio elettrolitico Un alimento acido, scatena una reazione chimica in base alla quale ne consegue una sottrazione di sali minerali all’organismo, al contrario un alimento alcalino tende a non sottrarre sali minerali fungendo da bilancia. ALIMENTI AD ALTA ACIDITÁ OH (pH < 4.5) Mele 3.4 Ciliegie 3.5 Succo di limone 2.4 Pesche 3.8 Pere 4.1 Succo di pomodoro 4.3 Succo d'arancia 3.7 O O HO OH OH acido ascorbico ALIMENTI A BASSA ACIDITÁ Acido citrico Asparagi 5.5 Fagioli 5.4 Carote 5.2 Fichi 5.0 Funghi 5.8 Patate 5.2 Spinaci 5.4 (pH>4.5) Gli alimenti acidi si neutralizzano grazie alla combinazione con le sostanze basiche (anche chiamate alcaline). Lo stimolo del gusto acido agisce alterando i canali ionici nella parte apicale delle cellule gustative responsabili del mantenimento del potenziale di membrana a un livello iperpolarizzato. Ad agire è lo ione idrogeno (H+) che: -blocca i canali del K+, - determina depolarizzazione, ingresso del Ca++ -rilascio del neurotrasmettitore percezione sensoriale causata da alcune sostanze chimiche capaci di stimolare direttamente i recettori del calore, presenti sulla cute e sulle mucose umane, con cui entrano in contatto. La sensazione piccante non è uniforme, ma dipende dalla sostanza che la induce è un composto chimico presente, in diverse concentrazioni, in piante del genere Capsicum Insieme alla diidrocapsaicina sono gli alcaloidi responsabili della maggior parte della "piccantezza" dei peperoncini, cui si aggiungono gli altri capsaicinoidi, meno piccanti. Vengono sintetizzati a partire da due aminoacidi, la fenilalanina e la valina, passando per varie fasi . DIIDROCAPSAICINA La capsaicina è un derivato del metabolismo di un acido grasso monoinsaturo, e la diidrocapsaicina lo è della versione satura. Queste sostanze sono formate da alcune ghiandole che si trovano nel tessuto che sorregge i semi (tessuto placentare) mentre i semi ne sono totalmente privi al loro interno ma la contengono solo esternamente, per contatto con la placenta. Queste sostanze sono molto stabili e resistono sia alla cottura, alla disidratazione che al congelamento . La capsaicina è irritante per tutti i mammiferi e provoca una sensazione di bruciore più o meno intensa a seconda della quantità di sostanza contenuta nel frutto. Non lo è invece per gli uccelli . La sensazione di sentirsi "la bocca in fiamme" cioè la sensazione di calore che proviamo non è reale, nel senso che non si ha un reale aumento di temperatura nella nostra bocca. Una sensazione affine al piccante è il fresco mentolato , causato dal mentolo, associato alla stimolazione chimica dei recettori del freddo. La Capsaicina interagisce semplicemente con alcuni termorecettori presenti nella bocca (nello stomaco e nell'ano) chiamati VR1 e VRL-1 (responsabili di segnalare al cervello quando la temperatura supera rispettivamente i 43°C e i 52°C) e li fa "scattare" come se ci fosse un reale aumento di temperatura nella nostra bocca e quindi il cervello ci dà il segnale di "bruciore". Una volta passata la fase di bruciore acuta, si ha una bella sensazione di benessere che è dovuta al fatto che il "dolore" provocato dalla Capsaicina stimola il cervello a produrre endorfine, oppiacei naturali prodotti dal nostro organismo per attenuare il dolore che danno appunto una sensazione di benessere. ENDORFINE ENDO reazione endogena ORFINA sostanza simile alla morfina gruppo di sostanze prodotte dal cervello, dotate di proprietà analgesiche e fisiologiche simili a quelle della morfina e dell'oppio, ma con portata più ampia. Wilbur Scoville ideò nel 1912 una scala chiamata SOT (Scoville Organoleptic Test) che misurava il grado di piccantezza che consisteva nel diluire in acqua e zucchero dell'estratto di peperoncino che veniva poi fatto gustare a 5 assaggiatori. Questo metodo aveva però un grosso limite: si basava sulla sensibilità individuale delle persone alla piccantezza per cui fu sostituito da altri metodi quali HPLC (High performance liquid chromatography) conosciuto anche come "Metodo Gillette" che misura la quantità di Capsaicinoidi contenuta nell'estratto di peperoncino, anzichè affidarsi alla sensibilità individuale. alcaloide caratteristico del pepe nero, che la contiene in concentrazioni variabili dal cinque all'otto percento PIPERINA in peso. Proprio il generoso contenuto in piperina, e del suo isomero cavacina, è responsabile del tipico sapore piccante e pungente del pepe tradizionale (Piper nigrum) e di quello lungo (Piper longum ). La recente scoperta che l'applicazione topica di piperina può stimolare la pigmentazione della pelle, specie in seguito ad irradiazione con raggi UVB, ha reso questa sostanza piuttosto popolare nei prodotti dedicati al trattamento della vitiligine. È una sostanza che non è direttamente presente nell'aglio, ma si forma per ossidazione dell'allina quando quest'ultima viene a contatto con l'aria . Nel momento in cui lo spicchio viene aperto, le cellule del bulbo si rompono liberando un enzima detto allinasi, che entra in contatto con l’allina e lo trasforma rapidamente in allicina, una molecola dall’odore molto pungente che si libera proprio dallo spicchio. A causa sua volatilità, si spande nel setto nasale inducendo una sensazione di bruciore. L’allicina è presente in quantità molto elevate( 5 mg per grammo d’aglio), ma è molto instabile e viene subito trasformato in prodotti sulfurei più o meno complessi. Lo zenzero (Zingiber officinale) è una pianta erbacea delle Zingiberaceae originaria dell'Estremo Oriente. Contiene più di 300 costituenti chimici ! -Sostanze chimiche pungenti : OLEORESINA contiene principalmente: shogaoli gingeroli O H2CO HO OH (CH2)n O CH3 H2CO HO Responsabili dell’attività antiemetica -Sostanze chimiche aromatiche: OLIO VEGETALE Contiene principalmente Zingiberene,curcumene,farnesene CH3 (CH2)n Le sostanze amare inducono il rilascio di Ca 2+ dai depositi intracellulari con un meccanismo mediato secondo messaggero inositolo-1,4,5-trifosfato (IP3) INDICE DI AMAREZZA: la più bassa concentrazione richiesta per avvertire il sapore amaro è quella dell’estratto di 1g di droga in 20.000ml di acqua.Per avere una valutazione si impiega un gruppo costituito da diversi assaggiatori,che deve essere reso omogeneo, mediante la valutazione del sapore amaro di una sostanza standard, per esempio l’alcaloide brucina. Il gusto amaro viene trasdotto secondo almeno tre vie possibili: - sostanze come la chinina determinano blocco dei canali apicali del potassio. -un secondo meccanismo sembra essere legato ad un particolare proteina G detta Gustducina, la quale attiva una fosfodiesterasi che fa diminuire le concentrazioni intracellulari di cAMP e cGMP. -il terzo consiste sempre nell'attivazione di una proteina G la quale attiva una fosfolipasi C che fa aumentare la concentrazione di IP3 che determina liberazione di ioni calcio dai depositi intracellulari depolarizzando la cellula. Gentinae radix è la radice essiccata della Gentiana lutea L. Il suo caratteristico sapore amaro è dovuto ai glicosidi secoiridoidici e al principale componente la genziopicrina. O O O O O OH OH O O O OH O OH HO OGluc sweroside OGluc genziopicroside OH OH OH genziobiosio il sapore dolce-amaro che da trentacinque secoli delizia il nostro palato. La sua parte più importante è la radice a rizoma, di colore marrone esternamente e giallastro all’interno. Essa contiene la “Glicirizzina” è un glicoside saponinico triterpenoide che le conferisce un'azione antinfiammatoria e antivirale. È 50 volte più dolce del saccarosio. è in relazione all’esigenza di assicurare fonti energetiche all’organismo Il D-ribosio è uno zucchero (pentoso) a cui è attribuibile un ruolo fondamentale nel metabolismo energetico delle cellule di tutti gli organismi viventi. In primo luogo, è impiegato per la produzione di glucosio, lo zucchero utilizzato dal nostro corpo per l' ottenimento di energia. Secondariamente, può essere convertito in piruvato, composto che concorre alla produzione di energia a livello cellulare, in presenza di ossigeno, mediante la partecipazione a quella complessa serie di reazioni enzimatiche La soglia di percezione per il dolce è la più alta tra i gusti fondamentali, venendo attivata a circa 1 parte su 200 di zucchero in soluzione. Un sapore dolce dipende dalla disposizione di un gruppo di atomi all’interno di una molecola, questi atomi hanno una particolare geometria, permettendo a B di essere attratto verso l’idrogeno legato all’atomo A. Ciò induce la molecola del sapore dolce a legarsi per breve tempo a una molecola proteica di un recettore gustativo , causando la produzione di un segnale trasmesso attraverso i nervi che informerà il cervello :”questa sostanza è dolce “. A e B sono di solito atomi di ossigeno o di azoto, anche se a volte uno dei due potrebbe essere un atomo di zolfo. Il modello A-H,B del sapore dolce Il gusto del dolce ha due meccanismi tutti dipendenti dall'attivazione di proteine G. -si ha aumento della concentrazione di IP3 con ciò che ne consegue. -Nel secondo meccanismo, la proteina G attiva l'adenilato ciclasi, facendo aumentare il cAMP. A sua volta determina la fosforilazione di canali al potassio apicali con depolarizzazione cellulare. Il miele è il prodotto alimentare che le api producono dal nettare dei fiori e che trasformano, immagazzinano e lasciano maturare nei favi dell'alveare. Quando l’ape succhia il nettare dal fiore comincia sin da subito a trasformare il succo che da lì a breve diventerà miele: il saccarosio contenuto nel fiore, attraverso un processo che si chiama invertasi, è trasformato dall’ape in destrosio e levulosio, con tracce anche di un altro zucchero, il maltosio. è una fonte di zuccheri semplici ed è quindi un cibo altamente energetico e dolcificante. Non è necessaria nessuna trasformazione per essere consumato. ad esempio il fruttosio Ogni miele a seconda della provenienza ha un sapore e un profumo caratteristico e diverso. Contemporaneamente alla stimolazione gustativa, molecole volatili liberate dalla sostanza possono legarsi ai recettori della mucosa olfattiva e l’olfatto è la sensazione globale che ne deriva. Attualmente si sa che esistono almeno 50 differenti "odori primari", ma il nostro linguaggio non ci permette di descrivere correttamente le sensazioni provate . Il nostro sistema gustativo è molto meno sensibile di quello olfattivo. Per produrre una stimolazione sono necessarie concentrazioni di sostanza 3000 volte superiori a quella dell'olfatto. La trasduzione olfattiva avviene nelle ciglia dei neuroni olfattivi che proiettano nella mucosa della cavità nasale; specifici tipi di cellule olfattive e sono associati a proteine G; l'attivazione di quest'ultime causa il distacco della subunità alfa che attiva a sua volta l'adenilato ciclasi. è un enzima ubiquitario che converte ATP in Camp che apre particolari canali detti CNG permettendo il passaggio di cationi monovalenti e la depolarizzazione della cellula. Una caratteristica particolare delle cellule olfattive è la presenza di caratteristici canali del cloro la cui apertura è regolata dall'aumento della concentrazione di calcio e che permettono una più efficiente depolarizzazione. in giapponese 旨み、旨味、うまみ Legato all’importanza degli amminoacidi per la sintesi proteica. Proteine e carboidrati sono nutrienti fondamentali: l’evoluzione ci ha portato a percepirli piacevolmente, favorendo l’appetito Ha mostrato di stimolare significativamente l’area in cui si originano le papille filiformi, nella parte posteriore della lingua. L'umami è stato identificato come un sapore fondamentale nel 1908 da Kikunae Ikeda professore di chimica all'Università Imperiale diTokyo mentre compiva ricerche sul sapore forte del brodo di alghe. Ikeda isolò il glutammato monosodico come responsabile del sapore. La trasduzione del gusto umami avviene tramite il recettore (mGLUR4), legato alla sostanza gustativa, che attiva una proteina G che fa aumentare il Ca++ intracellulare. Esistono poi altri recettori (ionotropici) che quando attivati dai composti umami, fanno aprire canali ionici non selettivi, depolarizzando la cellula; il Ca++ entra e determina il rilascio del neurotrasmettitore. E’ costitutita da un array di sensori chimici aspecifici e poco selettivi con una parziale selettività verso diversi componenti in soluzione. Necessita di un adeguato metodo di riconoscimento e di una calibrazione multivariata che consenta l’elaborazione dei dati. E’ fondamentale che i sensori siano molto sensibili e consentano una risposta ad il maggior numero possibile di sostanze; tale risposta deve essere riproducibile. Il gusto è, per così dire, il microscopio del discernimento Jean Jacques Rousseau