La banda della disinformazione Colesterolo e aterosclerosi Il colesterolo è un lipide, che ha una funzione essenziale nelle cellule animali, come elemento strutturale delle membrane cellulari (plasmamembrane). In diversi organismi animali e nell’uomo è anche la molecola di base per la sintesi di sali biliari, ormoni steroidei e vitamina D. Le piante non contengono colesterolo, ma altri steroli come il β-sitosterolo, presente anche nell’olio d’oliva (può ridurre l’assorbimento del colesterolo). Un adulto di 70 kg metabolizza giornalmente più di un g di colesterolo: di questo mediamente 1/3 è assunto con la dieta e 2/3 vengono sintetizzati dall’organismo. Colesterolo e aterosclerosi La sintesi del colesterolo negli organismi animali e nell’uomo è una lunga e complessa catena di reazioni enzimatiche, a partire dall’acetil-CoA la cui velocità è regolata a livello della riduzione dell’idrossimetil-glutaril-CoA (HMGCo-A) ad acido mevalonico. L’enzima che catalizza questa reazione (HMG-Co-A-reduttasi) è il punto di regolazione della sintesi endogena del colesterolo e il bersaglio di farmaci mirati a ridurre la colesterolemia. La lovastatina, prodotto naturale di origine fungina, inibisce l’enzima dopo essere stata convertita ad analogo dell’HMG-Co-A. Le statine sono attualmente i farmaci più efficaci per ridurre la colesterolemia nei soggetti ad elevato rischio cardiovascolare, insieme con appropriati regimi dietetici. La colestiramina viene utilizzata per aumentare l’eliminazione del colesterolo attraverso il circolo entero-epatico. L’ATEROSCLEROSI L’aterosclerosi è una patologia delle arterie, legata all’accumulo di colesterolo, che provoca alterazioni della superficie interna e restringimento del lume dei vasi arteriosi. L’evoluzione delle lesioni aterosclerotiche porta alla formazione di tessuto fibroso e, in fasi tardive, anche alla precipitazione di sali di calcio: eventi che provocano irrigidimento e indurimento della parete delle arterie -arteriosclerosi-, a sua volta principale causa dell’ ipertensione arteriosa. Nella formazione ed evoluzione delle lesioni aterosclerotiche (“placche ateromasiche”) sono coinvolti anche meccanismi della coagulazione e dell’infiammazione, come aggregazione delle piastrine (elementi corpuscolati del sangue) e attività fagocitica da parte di monociti (cellule bianche del sangue), differenziatisi in macrofagi a livello delle lesioni ateromasiche. DANNI ALLE LDL La successione dei principali eventi che danno origine aterosclerotiche si può riassumere nelle tappe seguenti: alle lesioni Danno alle LDL. Durante la loro permanenza ed attività nel torrente circolatorio le LDL possono andare incontro a danni, soprattutto ossidativi, sia nella componente lipidica (colesterolo), sia in quella proteica. Il danno ossidativo da parte di radicali liberi colpisce selettivamente i lipidi, ma può ripercuotersi anche sulla componente proteica. La parte proteica può essere direttamente danneggiata anche da altre reazioni (per esempio, glicosilazione del gruppo ε-aminico della lisina da parte del gruppo aldeidico del glucosio, con formazione di una base di Schiff). A questa reazione va facilmente incontro l’apo-B, cioè la principale proteina delle LDL, quando la concentrazione di glucosio nel sangue permane su livelli elevati (“iperglicemia”). La glicosilazione dell’apo-B, favorita dal diabete, può spiegare, almeno in parte, l’aumentato rischio cardiovascolare cui espone la malattia. Le LDL modificate sono catturate dai fagociti (o macrofagi), sia nel fegato sia nelle pareti delle arterie dove si sviluppano le lesioni aterosclerotiche. Lo stress ossidativo L’ossigeno, le sue specie reattive e i radicali Il meccanismo biologico di riduzione dell’ossigeno, cioè il trasferimento di quattro elettroni sulla molecola di O2, può produrre direttamene o indirettamente forme parzialmente ridotte dell’ossigeno o specie chimiche ad alta reattività e capacità ossidante, collettivamente indicate come “specie reattive dell’ossigeno” (“reactive oxygen species”, acronimo: ROS). Alcune di queste specie sono radicali liberi, cioè molecole con uno o più orbitali contenenti un elettrone spaiato, come .O2- radicale superossido, o come .OH radicale idrossile; Altre come H2O2 perossido di idrogeno o acqua ossigenata, o come 1O2 ossigeno singoletto, non sono radicali ma sono ROS specie chimiche altamente reattive e capaci di generare radicali o di partecipare a reazioni radicaliche singole o a catena. Delle ROS sopra elencate le prime tre sono intermedi nel processo di riduzione univalente dell’ossigeno. Nella respirazione mitocondriale si generano ROS e radicali Nel processo di riduzione univalente dell’O2 il radicale superossido è prodotto dalla riduzione mediante un elettrone, l’ H2O2 mediante due elettroni, il radicale idrossile mediante tre elettroni. O2 + 1 e- → .O2.O 2 + 1 e- + 2 H+ → H2O2 H2O2 + 1e- + H+ → H2O + .OH .OH + 1e- + H+ → H2O Il radicale idrossile si può formare, inoltre, da H2O2 nella reazione di Fenton: H2O2 + Fe2+ (o Cu+) → Fe3+ (o Cu2+) + .OH + OHUn altro radicale libero, prodotto dal normale metabolismo di diversi tessuti animali, è l’ossido nitrico NO., che reagisce facilmente con il radicale superossido, producendo perossinitrito OONO -, pure incluso tra le ROS. L’ossido nitrico NO• Un altro radicale libero, prodotto dal normale metabolismo di diversi tessuti animali, è l’ossido nitrico NO., che reagisce facilmente con il radicale superossido .O2-, producendo perossinitrito OONO -, pure incluso tra le ROS. L’ossido nitrico ha diverse funzioni nel nostro organismo, tra queste l’effetto rilassante sulla muscolatura liscia dei vasi, che produce vasodilatazione e conseguente ipotensione, può essere di fondamentale importanza per il controllo della pressione arteriosa. La reazione dell’ NO. con .O2-, riducendo la concentrazione del radicale vasodilatatore, potrebbe avere un ruolo patogenetico nell’instaurarsi dell’ipertensione arteriosa. Inoltre il prodotto della suddetta reazione -il perossinitrito - potrebbe ossidare residui tiolici essenziali per l’attività enzimatica e/o modificare - idrossilazione, nitrazione - aminoacidi aromatici coinvolti nei meccanismi molecolari di trasmissione del segnale. Effetti negativi dei radicali e dei ROS La produzione di ROS come intermedi o prodotti del normale metabolismo aerobio è relativamente elevata: è stato calcolato che circa il 2% dell’ossigeno che respiriamo vada a generare radicale superossido e altre ROS, senza considerare eventi patologici (infezioni, reazioni infiammatorie, ecc.). Il radicale superossido è di per sé poco tossico, ma può generare acqua ossigenata, radicali idrossile e perossinitrito. Anche l’acqua ossigenata, fino a concentrazioni dell’ordine del micromolare, ha scarsa capacità ossidante; ma può attaccare direttamente alcuni enzimi quando raggiunge concentrazioni superiori a 50 μM. La pericolosità di .O2- e H2O2 è legata soprattutto alla generazione di .OH. Il radicale idrossile è prodotto anche dalle radiazioni ionizzanti, sia di origine naturale (radon, radiazioni cosmiche), sia artificiale (raggi X, radiazioni γ, ecc.), che decompongono la molecola dell’acqua (radiolisi) generando .OH. Questo radicale è estremamente reattivo e può innescare reazioni a catena, provocando gravi danni alle membrane biologiche (perossidazione dei lipidi), alle proteine e al DNA. Meccanismi di difesa nei confronti dei radicali e dei ROS Per proteggersi dai danni provenienti da radicali e ROS, gli organismi aerobi hanno sviluppato diverse linee di difesa: 1. Enzimi capaci di disattivare alcuni radicali e/o specie reattive dell’ossigeno; 2. Proteine che legando ferro e rame, controllano la concentrazione di ioni metallici liberi, catalizzatori della reazione di Fenton; 3. Antiossidanti non proteici, capaci di rimuovere ROS già formati e di rallentare o bloccare la propagazione di specie radicaliche (reazioni a catena). Ruolo del NADPH e del glutatione nel proteggere le cellule contro le specie reattive dell’ossigeno (ROS). respirazione mitocondriale, radiazioni ionizzanti, sulfamidici, erbicidi, farmaci (primachina, divicina) . O2 Glutatione perossidasi H2O2 . OH Il glutatione ridotto (GSH) protegge la cellula degradando il perossido di idrogeno ed i radicali ossidrili liberi. La rigenerazione di GSH dalla sua forma ossidata (GS-SG) richiede il NADPH, prodotto nella reazione catalizzata dalla G6PDH. La glutatione perossidasi contiene un residuo di seleno-cisteina, un analogo della cisteina, in cui lo zolfo è sostituito dal selenio. 2GSH 2H2O GS---SG Glutatione reduttasi danni ossidativi a lipidi, proteine e DNA NADP+ NADPH + H+ Glucosio 6-fosfato 6-fosfo-glucono lattone Glucoso 6-fosfato deidrogenasi GLUTATIONE RIDOTTO Tripeptide: -glutammilcisteinilglicina Altri sistemi enzimatici con azione ANTIOSSIDANTE O- O C H C H N H Gly O C H C H Cys H C CH2 SH N H La superossido dismutasi catalizza la dismutazione di due molecole di radicale superossido (una viene ossidata e l’altra ridotta) ad ossigeno ed acqua ossigenata: 2 •O2 - + 2H+ O C H C H 3N C H SOD Cu Zn citosol SOD Mn mitocondri H2O2 catalasi H2O + 1/2O2 C O O- H2O2 + O2 -Glu H C H +H superossido dismutasi NADPH + H+ NADP+ Perossidazione dei lipidi ( reazione a catena ) La Vitamina E Poiché la vitamina E è il più noto ed importante delle Vitamine ad azione antiossidante, il contenuto in tocoferoli dovrebbe essere proporzionato alle quote di acidi grassi polinsaturi, molto facilmente ossidabili. La vitamina E può esplicare attività antiossidante quando il rapporto tocoferoli (mg %) : acidi grassi polinsaturi (g %) è vicino ad 1 o almeno superiore a 0,8. Acidi grassi di- e poli-insaturi Linoleate 18:2 9,12-Octadecadienoic acid) Linolenate 18:3 (9,12,15-Octadecatrienoic acid) Linolenate 18:2 Meadate 20:3 (6,9,12-Octadecatrienoic acid) (5,8,11-Eicosatrienoic acid) Parinarate 18:4 Arachidonate 20:4 (9,11,13,15-Octadecatetraenoic acid) (5,8,11,14-Eicosatetraenoic acid) Timnodonate 20:5 Adrenate 22:3 (5,8,11,14,17-Eicosapentaenoic acid) (7,10,13,16-Docosatetraenoic acid) Clupanodonate 22:5 Cervonate 22:6 (7,10,13,16,19-Docosapentaenoic acid) (4,7,10,13,16,19-Docosahexaenoic acid) Acidi grassi saturi Laurate 12:0 Myristate 14:0 Dodecanoic acid Tetradecanoic acid Palmitate 16:0 Stearate 18:0 Hexadecanoic acid Octadecanoic acid Arachidate 20:0 Behenate 22:0 Eicosanoic acid Lignocerate 24:0 Tetracosanoic acid Docosanoic acid Acidi grassi mono-insaturi Palmitoleate 16:1 9-Hexadecenoic acid Vaccenate 18:1 11-Octadecenoic acid Gadoleate 20:1 Petroselinate 18:1 6-Octadecenoic acid Oleate 18:1 9-Octadecenoic acid Cetoleate 22:1 11-Docosenoic acid 9-Eicosenoic acid Erucate 22:1 13-Docosenoic acid Elaidate 24:1 trans 9-trans-Octadecenoic acid Acidi grassi essenziali Studi sperimentali su animali di laboratorio ed osservazioni su pazienti sottoposti ad alimentazione parenterale hanno dimostrato da tempo che l’acido linoleico e l’acido linolenico sono essenziali sia per gli animali sia per l’uomo. Gli acidi grassi essenziali ed i loro derivati ricoprono ruoli strutturali come componenti delle biomembrane. L’acido linoleico e l’acido linolenico sono anche capostipiti degli acidi grassi ω-6 ed ω-3, rispettivamente, e precursori degli eicosanoidi. Acido linoleico 18:2 ω-6 Acido linolenico 18:3 ω-3 ↓ Desaturazione, allungamento, desaturazione ↓ Acido arachidonico 20:4 ω-6 Acido eicosapentaenoico 20:5 ω-3 ↓ Doppio allungamento, desaturazione, accorciamento ↓ Acido docopentaenoico 22:5 ω-6 Acido docoesaenoico 22:6 ω-3 Acidi grassi essenziali nei cereali % Linolenico ω-3 % Avena Grano tenero Grano duro Lino Mais 45.3 63.2 55.1 14.4 49.0 4.6 5.3 4.3 56.5 0.6 Fagioli (azuchi) Soia 40.1 54.0 20.9 6.7 Seme Linoleico ω-6 Valore aggiunto nutrizionale dei prodotti della pesca e dell’acquacoltura Pesci, crostacei e molluschi sono importanti fonti di proteine, che contengono in proporzioni simili alla carne (circa 20 %), di elevato valore nutrizionale e, in generale, di buona digeribilità. La composizione lipidica quantitativa è variabile: esistono pesci magri (contenuto lipidico inferiore al 3 %), come l’acciuga, il merluzzo, il nasello, la sogliola, la spigola e la trota; pesci grassi (contenuto lipidico superiore all’8 %), come l’anguilla, lo sgombro, il salmone, l’aringa ed il tonno; molti altri pesci contengono quote lipidiche fra 3 % ed 8 %. I pesci sono la principale fonte alimentare di acidi grassi polinsaturi a lunga catena della serie ω-3, in particolare acido eicosapentanoico (EPA) ed acido docosaesaenoico (DHA), precursori degli eicosanoidi. Pesci, molluschi e crostacei sono anche buone fonti di minerali: ferro, zinco e rame; il calcio è abbondante solo nelle lische. Crostacei e pesci di mare sono anche ottime fonti alimentari di iodio e fluoro, prontamente biodisponibili. I pesci grassi sono ricchi di vitamine liposolubili (A e D). Il valore nutrizionale del Pesce: gli Acidi grassi essenziali Contenuti in 18:3 n3 in pesci e crostacei (g/100 grammi) Salmone dell’Atlantico, di allevamento, cotto al forno/alla piastra Acciuga europea, sott’olio, sgocciolata Sardina del Pacifico, in salsa di pomodoro, sgocciolata, con lische Aringa dell’Atlantico, in salamoia Sgombro dell’Atlantico, cotto al forno/alla piastra Trota arcobaleno, di allevamento, cotta al forno/alla piastra Pescespada, cotto a secco Tonno bianco, conservato in acqua, sgocciolato Ippoglosso nero dell’Atlantico, cottO al forno/alla piastra Pesci piatti (tipo sogliola, platessa), cotti al forno/alla piastra Halibut del Pacifico e dell’Atlantico, cotto al forno/alla piastra Aglefino, cotto al forno/alla piastra Merluzzo dell’Atlantico, cotto al forno/alla piastra Cozza blu, cotta al vapore Ostrica orientale, selvatica, cotta al forno/alla piastra Capasanta, di varie specie, cotta al forno/alla piastra Vongole, di varie specie, cotte a vapore Gamberetti, di varie specie, cotti a vapore (USDA Nutrient Database for Standard Reference) 1.8 1.7 1.4 1.2 1.0 1.0 0.7 0.7 0.5 0.4 0.4 0.2 0.1 0.7 0.5 0.3 0.2 0.3 Ruolo acidi grassi essenziali L’acido linoleico (C18:2 6; OD) è, in termini di massa, l’acido grasso essenziale più importante nella nostra dieta, formando la base della “famiglia -6 (n-6)” [vale a dire quella nella quale il primo doppio legame si trova a 6 atomi di carbonio dal terminale metilico in fondo della catena]. La sua predominanza riflette il fatto che OD è l’acido grasso poli-insaturo più abbondante nei fosfolipidi di membrana (soprattutto nella lecitina) e nelle lipoproteine. In particolare, OD è presente nelle lipoproteine ad alta densità, ricche in fosfolipidi (HDL, high density lipoproteins), che sono responsabili del trasporto lipidico nel nostro organismo. OD può essere allungato ed ossidato per formare l’acido arachidonico (C20:4 6; ETE) e, quindi, tutti i lipidi bioattivi che ne derivano. Vi sono molte evidenze epidemiologiche che indicano come la presenza di OD nella dieta sia un importante fattore di protezione contro il rischio di infarto . Sulla stessa linea, si è documentato che la presenza di OD nel siero correla in modo inverso con la morte cardiovascolare in soggetti di mezza età già colpiti da attacco cardiaco. Un ruolo importante può essere giocato dall’interazione degli acidi grassi -6 con quelli della “famiglia -3 (n-3)”. Il capostipite di questi ultimi è l’acido linolenico (C18:3 3), dal quale derivano gli acidi eicosapentaenoico (C20:5 3; EPA) e docosaesaenoico (C22.6 3; DHA). La famiglia n-3 è presente nel grasso e negli olii di pesce, ed ha attirato molta attenzione per la proprietà dimostrata in vitro ed in animali da laboratorio d’inibire lo sviluppo dei tipi principali di cancro. Tuttavia, va detto che tale proprietà anticarcinogenica non ha ancora ottenuto una conferma definitiva da studi epidemiologici. Contenuto medio in acidi grassi e vitamine di alcuni olii e grassi Olio / grasso saturi Acidi grassi (%) monoinsaturi Tocoferoli mg/100 g Retinolo μg/100g Olio d’oliva 16 72 9 18 0 Olio di mais 15 31 50 35 0 Olio di soia 14 23 59 18 0 Burro 49 24 3 2 200 Strutto 43 43 12 tracce 0 poliinsaturi Olii e grassi non apportano soltanto nutrienti energetici (i trigliceridi formano la più cospicua riserva dell’organismo), ma anche acidi grassi essenziali, in particolare linoleico e linolenico, capostipiti delle famiglie di acidi grassi ω-6 e ω-3 e precursori degli eicosanoidi. Olii e grassi sono anche indispensabili per l’apporto e l’assunzione di vitamine liposolubili: in particolare la vitamina E è presente negli olii vegetali, le vitamine A e D in alcuni grassi ed olii di origine animale. Composizione chimica dell’olio d’oliva Frazione saponificabile: 98-99 % Costituenti Caratteristiche biologiche Gliceridi: 98-99 % trigliceridi: 95-96 % digliceridi: 2-3 % monogliceridi: 0,1-0,2 % Nutrienti energetici; veicolo di acidi grassi essenziali; solventi di vitamine liposolubili. Idrocarburi: squalene e altri Intermedi del metabolismo lipidico Steroli: β-sitosterolo e altri Caratteristici dell’olio d’oliva vergine Vitaminici: tocoferoli, β-carotene Vitamina E, provitamina A Pigmenti: clorofille, carotenoidi Danno il colore all’olio Flavonoidi: flavonoli, flavoni, antociani. Secoiridoidi: oleuropeina, ligustroside, verbascoside Presenti in molti vegetali Caratteristici dell’oliva Frazione insaponificabile: 1-2 % Sostanze fenoliche RUOLO DEI LIPIDI TIPICI DELL’OLIO D’OLIVA L’acido oleico e l’acido elaidinico hanno effetti opposti sui livelli di colesterolo LDL ed HDL. Il primo alzerebbe il colesterolo HDL e abbasserebbe quello LDL, il secondo viceversa. Il contenuto in acidi polinsaturi è molto basso: l’acido linoleico non dovrebbe superare il 10 % , con un rapporto oleico/linoleico non inferiore a 7; mentre l’acido linolenico non dovrebbe superare l’1 %. Il rapporto acidi grassi polinsaturi : monoinsaturi : saturi dovrebbe, pertanto, essere vicino a 0,5 : 5 : 1. Questo rapporto presente nell’olio d’oliva assicura una notevole stabilità all’ossidazione, che manca negli altri olii, più ricchi di polinsaturi e più facilmente ossidabili. La stabilità dell’olio d’oliva agli agenti ossidanti è rafforzata delle altre due componenti: la vitamina E ed i polifenoli. Caratteristiche dei lipidi dell’olio d’oliva ed effetti sulla salute Nell’olio di oliva esiste una netta prevalenza dell'acido oleico, monoinsaturo, una scarsa percentuale di acidi grassi saturi (palmitico e stearico) ed una discreta percentuale di acidi grassi polinsaturi (linoleico e linolenico). All’interno degli acidi grassi saturi esistono importanti differenze riguardo al loro effetto sulla colesterolemia: dei due principali acidi grassi saturi, presenti in proporzioni elevate nei grassi di origine animale, solo il palmitico aumenta i livelli plasmatici di colesterolo-LDL; mentre l’acido stearico è privo di tale effetto, forse perché subito dopo l’assorbimento viene trasformato in acido oleico, ad opera di una insaturasi. Rapporto tra insaturazione degli acidi grassi e colesterolemia Lo stearico non ha effetto sull’aumento del colesterolo LDL (a differenza del palmitico) perché probabilmente viene insaturato ad oleico. Elaidinico (isomero trans dell’oleico) ha lo stesso effetto del palmitico. I polinsaturi riducono solo il colesterolo totale, ma non aumentano la frazione legata all’HDL (colesterolo buono). Caratteristiche dei lipidi ed effetti sulla salute Il consumo di monoinsaturi determina soprattutto un innalzamento dei livelli del colesterolo-HDL, mentre tale effetto non viene svolto dagli acidi grassi polinsaturi. Un altro importante aspetto del problema è poi quello legato al fatto che l'azione ipercolesterolemizzante esercitata dagli acidi grassi saturi è più attiva di quella inibente esercitata dagli acidi grassi polinsaturi. In ogni trattamento mirante a combattere l'ipercolesterolemia e le sue conseguenze cliniche, appare pertanto indispensabile provvedere come prima cosa alla riduzione dei grassi saturi e solo successivamente all'incremento dei grassi insaturi. La soppressione infatti di una determinata quantità di lipidi ricchi in acidi grassi saturi conduce ad una riduzione del colesterolo plasmatico due volte superiore rispetto a quella che si ottiene con l'aggiunta di una medesima quantità di lipidi ricchi in acidi grassi polinsaturi. Se i grassi saturi vengono rimpiazzati da un grasso come l'olio di oliva, ricco in acidi grassi monoinsaturi, l'effetto sui livelli del colesterolo totale è approssimativamente uguale a quello ottenuto dalla riduzione dei grassi saturi. In altri termini, questa sostituzione permette di mantenere costante il regime alimentare lipidico senza aumentare i livelli del colesterolo. Caratteristiche dei lipidi ed effetti sulla salute La presenza dei legami insaturi negli acidi grassi, se conferisce agli oli particolari qualità biologiche, li rende però anche attaccabili dall'ossigeno determinando il fenomeno dell'autoossidazione. Questo fenomeno procede con una velocità proporzionale al numero dei doppi legami esistenti ed è contrastato dalla natura e dalla concentrazione delle sostanze anti-ossidanti. L'olio di oliva presenta, a questo proposito, una composizione acidica con una insaturazione non troppo elevata e contiene numerose sostanze anti-ossidanti che gli consentono di mantenere una particolare stabilità. Le sostanze anti-ossidanti, unitamente ad altri componenti minori, fanno parte della frazione insaponificabile dell'olio di oliva. Grassi animali (acidi grassi saturi privi di agenti anti-ossidanti) Olii di semi (acidi grassi poli-insaturi con agenti anti-ossidanti) Olio d’oliva (acidi grassi mono-insaturi con agenti antiossidanti) P e r o s s i d i Tempo Rapporto ACIDO OLEICO-colecistochinina Effetto dell’acido oleico sulla secrezione della bile. Il suo meccanismo di azione è probabilmente da ricondursi alla liberazione della colecistochinina che avrebbe la doppia attitudine di far contrarre la cistifellea e di attivare la peristalsi dell'intestino tenue. Composti fenolici e polifenolici Anche la presenza e la quantità di polifenoli contribuisce a definire la qualità nutrizionale dell’olio d’oliva, poiché tali composti conferiscono ulteriore stabilità verso gli agenti e le reazioni antiossidanti. E’ possibile che l’attività antiossidante ed antiradicalica, dimostrata in vitro per alcune sostanze fenoliche o polifenoliche, possa esercitarsi anche in vivo. Nell’olio extravergine d’oliva, accanto agli acidi fenolici ed ai flavonoidi, molto diffusi nei vegetali, sono presenti glucosidi monoterpenici, di cui il principale è l’oleuropeina, che conferisce il sapore amaro alle olive non completamente mature ed all’olio. Composti fenolici e polifenolici (antiossidanti) A) presenti in altri prodotti vegetali: Tirosolo e Idrossitirosolo Derivati dell’acido benzoico e cinnamico; Nel nocciolo: Lignani = pinoresinolo, idrossi-pinoresinolo, acetossipinoresinolo. Composti fenolici e polifenolici B) caratteristici dell’oliva: Oleuropeina aglicone Ligustroside aglicone Fenoli idrolizzabili che dipendono dalla maturazione: Oleuropeina glucoside: tutte le cultivar; Ligustroside glucoside e verbascoside: cultivar-dipendenti. Meccanismo d’azione proposto Attività anti-radicali liberi: Elevato nelle olive: 2-5% in peso di composti fenolici. Meno efficace nell’olio: 0.05-0.5‰ in peso di composti fenolici. Olio d’oliva e fritture Le elevate temperature, in presenza dell'ossigeno atmosferico, accentuano questi fenomeni di autoossidazione che i grassi subiscono spontaneamente anche a temperatura ambiente. Questi fenomenisono proporzionali al grado di insaturazione del grasso ed all'eventuale concomitanza di sostanze pro-ossidanti, mentre vengono contrastati dalla presenza di sostanze anti-ossidanti. I grassi animali, pur possedendo un basso grado di insaturazione, subiscono rapidamente il processo di auto-ossidazione in quanto sono privi di agenti anti-ossidanti, gli oli di semi subiscono anch'essi rapidamente questo processo poiché, sebbene contengano una buona quantità di agenti antiossidanti (in forma di tocoferoli), presentano un elevato grado di insaturazione; l'olio di oliva invece si comporta in maniera molto stabile di fronte all'attacco dell'ossigeno atmosferico poiché, oltre a possedere un grado intermedio di insaturazione, contiene numerose sostanze anti-ossidanti (atocoferolo e polifenoli). La stabilità dell'olio di oliva si mantiene anche alle temperature elevate di frittura, al contrario di quanto accade per gli oli di semi, non solo per la presenza degli anti-ossidanti, ma anche per la ricchezza in acido oleico. Sono infatti gli acidi grassi polinsaturi quelli che maggiormente vengono a subire il danno termo-ossidativo e tale suscettibilità è proporzionale al grado di insaturazione medio dell'olio, ma anche al numero dei doppi legami presenti nella singola catena dell'acido grasso, nel senso che, mentre un acido grasso saturo ha una velocità di insaturazione molto bassa, che può essere posta pari a 1, il monoinsaturo ha una velocità di 10, il di-insaturo di 100 ed il tri-insaturo di 10.000. L’ acido arachidonico L’acido arachidonico viene rilasciato dai fosfolipidi di membrana mediante l’azione di fosfolipasi A2, a partire dai glicerofosfolipidi, o di fosfolipasi C, a partire dai fosfatidilinositoli. Segue poi l’insieme di reazioni che formano le due vie principali della cascata dell’acido arachidonico, vale a dire la via della cicloossigenasi, che genera le prostaglandine (PG) ed i trombossani (Tx), o quella della lipossigenasi, che produce gli idroperossidi (HPETE) ed i leucotrieni (LT). Cascata dell’acido arachidonico Meccanismo d’azione degli eicosanoidi Sintesi delle prostaglandine Uno stimolo esterno innesca la sintesi delle prostaglandine (PG) dall’acido arachidonico (ETE), o direttamente attraverso l’attivazione della cicloossigenasi-2 (COX2), od indirettamente attraverso l’attivazione della fosfolipasi A2 citosolica (cPLA2). Questa, a sua volta, libera acido arachidonico dai fosfolipidi della membrana plasmatica o nucleare. A seconda del tipo cellulare, si ha poi la sintesi dei vari prostanoidi, incluse le prostacicline (PGI2) ed i trombossani (TxA2). Gli endocannabinoidi Formule di struttura del principio attivo della canapa, il ∆9tetraidrocannabino lo (THC), e dei due cannabinoidi endogeni meglio studiati: l’arachidonoiletanol amide (anandamide, AEA) ed il 2arachidonoilglicerol o (2-AG). Cholesterol dietary intake Plasma cholesterol levels are not changed very much by changes in the quantity of cholesterol in the diet for a number of reasons: First, reduction of dietary intake below typical levels results in a change in available cholesterol that is small compared with the rate of endogenous synthesis: 2/3 with respect to the dietary intake. Second, a reduction in the dietary intake may result in an increase in the rate of cholesterol biosynthesis in the body. This increase is due to an increase in the activity of one of the enzymes of the cholesterol biosynthetic pathway, hydroximethylglutaryl CoA reductase (HMG-CoA reductase). Third, increasing dietary cholesterol above its typical level may not result in a corresponding increase in absorption. Apparently, the greatest amount that can be absorbed by the gut is about 1.0 g per day. An increase in dietary cholesterol causes a decrease in HMG-CoA reductase activity, resulting in less endogenous synthesis. RECOMMENDED Energy Intakes Energy intake for carbohydrates: max 60% Energy intake for proteins: max 10-15% Energy intake for lipids: max 25-30% Saturated fatty acid intake should not represent more than 7-8% of the total amount of energy intake of lipids; Polyunsaturated fatty acids no more than 4-5%, and always less than 10%; Monounsaturated fatty acids (e.g. oleic acid) should represent the difference (75-80 %); Cholesterol intake: maximum 300 mg/day Medium content in fatty acids and vitamins in different oils and fats Oil/ fat Fatty acids (%) saturated mono-unsaturated poly-unsaturated Tocopherols mg/100 g Olive oil 16 72 9 18 Corn oil 15 31 50 35 Soybean oil 14 23 59 18 Butter 49 24 3 2 Lard 43 43 12 N.D. The main mono-unsatured fatty acid in olive oil is oleic acid. Oleate 18:1 9-Octadecenoic acid Metabolism of arachidonate: the main eicosanoid Phosphatidylcholine Phosphatidylinositol PLC cPLA2 Diacylglycerol lipase Arachidonate 20:4 (5,8,11,14-Eicosatetraenoic acid) Cycloxygenases 5-lipooxygenase 5-HPETE lipoxygenases represent the targets of the main non- 12-lipooxygenase Cyclooxygenase steroidal anti-inflammatory agents (salicilic ibuprofen, etc.) 12-HPETE 15-lipooxygenase PGH2 15-HPETE and acid, Biological functions of of eicosanoids and derivatives From Maccarrone, et al., Archives of Nutrition, (2010). The healthy role of essential fatty acids Western diets are deficient in ω3 fatty acids compared with the diet on which humans evolved and their genetic patterns were established; Omega-3 fatty acids increase bleeding time; decrease platelet aggregation, blood viscosity, and fibrinogen thus decreasing the tendency to thrombus formation; In patients with hyperlipidemia, ω3 fatty acids decrease low-densitylipoprotein (LDL) cholesterol if the saturated fatty acid content is decreased, otherwise there is a slight increase; ω3 consistently lower serum triglycerides in normal subjects and in patients with hypertriglyceridemia whereas the effect on high-density lipoprotein (HDL) varies from no effect to slight increases; In clinical trials eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) in the form of fish oils along with antirheumatic drugs improve joint pain in patients with rheumatoid arthritis; have a beneficial effect in patients with ulcerative colitis; Only in vitro studies demonstrated that ω3 fatty acids decrease the number and size of tumors and increase the time elapsed before appearance of tumors. Lipid peroxidation catalyzed by lipoxygenase The role of lipoxygenases Activation and translocation of lipoxygenase in macrophages is mediated by the binding of oxidized LDL to macrophages. Interestingly, resveratrol (3,4’,5-trihydroxystilbene), a naturally occurring polyphenolic phytoalexin found in wine, inhibits the formation of lipoxygenase products (leukotrienes) and platelet aggregation. Olive oil against inflammation Although its chemical structure is quite different from the antiinflammatory compounds in non-steroidal drugs, olive oil's antiinflammatory component, which Beauchamp named "oleocanthal," has a similar effect. A 50 gram dose (about 4 tablespoons) of extra-virgin olive oil supplies enough oleocanthal to produce an effect equivalent to that of about 10% of the ibuprofen dose recommended for adult pain relief. While this amount won't cure a headache, daily consumption of olive oil may prevent inflammation and confer some of the benefits of longterm ibuprofen use without the increased risk of intestinal bleeding and damage to the kidneys that long-term use of non-steroidal drugs like ibuprofen also carries. Proanthocyanidins from grape seeds reduce the atherogenic risk associated with obesity, by repressing genes involved in the secretion of very low density lipoprotein. International Journal of Obesity 33, 1007-1012 (2009). Josepa Salvadó and colleagues have shown that grape seed proanthocyanidin extracts (GSPE) can prevent the dyslipidemia caused by a high fat diet in rats. Their report in the International Journal of Obesity suggests that eating more proanthocyanidin-rich foods might counteract the increased risk of heart attack that is associated with a high-fat diet (HFD), obesity and metabolic syndrome. The levels of circulating lipids and lipoproteins are controlled by the liver, so the authors examined in rats the effect of the HFD and GSPE treatment on hepatic gene expression. Thus, increasing the intake of foods rich in proanthocyanidins might be a strategy to reduce the risk of cardiovascular disease associated with obesity. CONCLUSIONS Nutritional biochemistry is a science that involves the relationship of food and nutrients to health. The specific goal of this science is to improve human health by understanding the biochemical role of each nutrient in the diet. The bioavailability of a nutrient depends on its concentration within the food but mainly on its chemical form affecting the intestinal absorption. This is a fundamental rule governing the absorbtion of all nutrients in food: -Carbohydrates, Proteins, Lipids; -Vitamins and oligoelements; -Antioxidant molecules. Antioxidant activities In vivo (e.g. within the body) In vitro (e.g. within the food) Food stabilization effects: -Reduced amount of reactive oxygen species in food; - Reduced activities of prooxidant enzymes in food; -Reduced amount of lipid peroxides in food; - High quality of food. Intestinal barrier -Total antioxidant activity; - Total polyphenols content (etc.) - Specific molecules derived from digestion (not always the same observed in vitro); - Effects on anti- or pro-oxidant enzymes. Effects on health: - Antioxidant activity during digestion; - Reduced amount of oxidized LDL; - Modulation of genes involved in lipid biosynthesis. LE VITAMINE Le vitamine del gruppo B si ritrovano nello strato aleuronico e la vitamina E nell’embrione. Le vitamine sono nutrienti essenziali, che devono essere assunti con la dieta, perché l’organismo non è capace di biosintetizzarle. Non hanno né funzione energetica né plastica. Molte vitamine funzionano come cofattori di enzimi. Due vitamine, la A e la D, vengono convertite nell’organismo a forme attive dotate di funzioni ormonali. VITAMINE IDROSOLUBILI Tiamina (vitamina B1) Riboflavina (vitamina B2) Niacina (vitamina PP) Biotina (vitamina H) Acido pantotenico Piridossina (vitamina B6) Folato Vitamina B12 Acido ascorbico (vitamina C) LIPOSOLUBILI Vitamina A Vitamina D Vitamina K Vitamina E Vitamine nei cereali e derivati 1 100 g PreVitamina A β-carotene (UI) Tiamina (B1) (mg) Riboflavina (B2) (mg) Piridossina (B6) (mg) Niacina (PP) (mg) Orzo 0 0.12 0.05 0.25 3.1 Farina di granoturco 3403 0.20 0.06 0.06 1.4 Fiocchi di avena - 0.60 0.14 0.75 1.1 Spaghetti 0 0.09 0.06 0.06 2.0 Riso (brillato crudo) 0 0.07 0.03 0.15 1.6 Segale (farina scura) 0 0.30 0.14 0.35 2.9 Soia (farina) 110 0.85 0.31 0.57 2.1 Grano (farina integrale) 400 0.55 0.12 0.50 4.3 Grano (farina chiara) 0 0.06 0.05 0.15 0.9 Pane (bianco) 0 0.18 0.03 0.04 1.4 Pane (integrale) 0 0.30 0.10 0.14 2.8 Fette biscottate 40 0.05 0.07 0.09 0.9 Vitamine 2 100 g Acido folico libero (μg) Acido pantotenico (mg) Acido ascorbico (C) (mg) α-Tocoferolo (E) (mg) Orzo 9 0.5 0 0.4 Farina di granoturco 17 0.55 0 0.64 Fiocchi di avena - 0.92 0 0.25 Spaghetti 4 - - 0.2 Riso (brillato crudo) 15 0.63 0 0.35 Segale (farina scura) 31 1.0 0 0.8 Soia (farina) - 1.68 0 - Grano (farina integrale) 25 0.8 0 1.0 Grano (farina chiara) 14 0.3 0 0.37 Pane (bianco) 6 0.3 0 Tracce Pane (integrale) 22 0.6 0 - Fette biscottate - - 0 - Vitamina A Il termine vitamina A indica i retinoidi che possiedono, totalmente o in parte, le attività biologiche del retinolo: questi sono, oltre al retinolo stesso, il retinale e l’acido retinoico. L’acido retinoico possiede solo una delle tre attività biologiche della vitamina A: quella relativa al differenziamento delle cellule epiteliali. Retinolo e retinale controllano anche la funzione del sistema riproduttivo e l’attività del pigmento visivo della retina. Vitamina A Nelle piante esistono precursori inattivi (previtamina A), che possono essere convertiti nelle forme vitaminiche attive. I precursori vegetali della vitamina A sono i carotenoidi (-carotene). Assorbimento e trasporto della vitamina A Dopo idrolisi del retinil-estere nel lume intestinale, il retinolo è assunto dagli enterociti, che lo esterificano nuovamente e lo inglobano nei chilomicroni, insieme con il β-carotene. Dai chilomicroni i retinil-esteri ed il β-carotene passano nelle rimanenze, da cui possono essere assunti da parte degli epatociti. Dagli epatociti gran parte del retinolo, legato all’RBP, viene trasferito alle cellule stellate che possono rilasciare retinil-esteri nel caso di carenze di vitamina A. Vitamina A E Recettori dei retinoidi Nelle cellule bersaglio il retinolo e l’acido retinoico si legano a proteine citosoliche, che collaborano al controllo del metabolismo dei retinoidi. Le reazioni di isomerizzazione cis-trans del retinolo e del retinale e le reazioni redox che coinvolgono la vitamina A sono coordinate in un ciclo legato alla funzione visiva dei retinoidi I sintomi di una carenza di vit. A o anche di betacarotene (rari) riguardano deficit della visione (tipicamente la visione crepuscolare, perchè la rodopsina è meggiormente rappresentata nei bastoncelli, nella retina umana) Vitamina K La forma attiva della vitamina (diidrovitamina K, KH2) è il cofattore di una carbossilasi, legata al reticolo endoplasmico. L’enzima catalizza la carbossilazione di residui specifici di glutammato di alcune proteine plasmatiche, coinvolte nella cascata della coagulazione , oltre che dell’osteocalcina (che regola la crescita dell’osso) e di altre proteine di ancora incerta funzione. Si ritrova in scarsa quantità nei cereali, mentre è abbondante nelle verdure a foglia verde. La carenza (rarissima) 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. Tiamina (vitamina B1) A valori di pH blandamente acidi la tiamina è abbastanza stabile al calore ed all’ossigeno, ma a pH neutro o alcalino si inattiva anche a temperatura ambiente. L’assorbimento e’ di tipo attivo. Nella forma coenzimatica partecipa a reazioni di rottura e trasferimento di un gruppo aldeidico attivato. La forma coenzimatica della vitamina B1 partecipa a reazioni fondamentali nel metabolismo del glucosio, nella sintesi del ribosio e nella produzione di NADPH, coenzima essenziale nelle vie biosintetiche. Deficienza di B1: malattia nota come Beriberi diffusa nelle regioni dell’asia dove vi era un alto consumo di riso brillato. Sintomi neurologici e indebolimento (atrofia) e paralisi delle gambe. Riboflavina (vitamina B2) La vitamina B2 è relativamente termostabile ma è sensibile alla luce e va incontro a processi di fotolisi ed inattivazione se esposta alla luce in soluzioni diluite. Generalmente presente negli alimenti in forma coenzimatica, dopo idrolisi viene assorbita come riboflavina, mediante un sistema di trasporto attivo Nel sangue circola legata a globuline, in particolare a diversi tipi di immunoglobuline. Durante l’assorbimento da parte degli enterociti la riboflavina viene convertita nelle forme coenzimatiche. Composto essenziale nei coenzimi flavin adenin dinucleotide FAD e flavin mononucleotide FMN. La riboflavina è coinvolta in moltissime reazioni metaboliche che possono riguardare anche altre vitamine. Ciò significa che uno stato carenziale di riboflavina può portare ad uno stato pluricarenziale di altre vitamine. In corso di carenza di riboflavina 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. Niacina (vitamina PP) La niacina resiste bene al calore, ma viene rilasciata in elevata percentuale nei liquidi di cottura. Le due forme della niacina sono rapidamente assorbite nello stomaco e nell’intestino. Passate nel sangue vengono assunte dai vari tessuti mediante trasporto dipendente da sodio o per diffusione passiva. La vitamina può essere sintetizzata a partire dal triptofano, che può essere metabolizzato ad acido chinolinico, precursore dell’NAD. L’anello piridinico della niacina è la componente funzionale dei coenzimi piridinici NAD e NADP. La carenza di vitamina PP si verifica in persone che assumono insufficienti quantitativi di essa e di triptofano. La manifestazione di tale insufficiente apporto va sotto il nome di pellagra. In genere tale patologia inizia con problemi all'apparato gastrointestinale cui poi si aggiunge una dermatite fotosensibilizzante. Si hanno anche disturbi mentali con stanchezza, depressione e disturbi della memoria. Biotina (vitamina H) La biotina è stabile al calore ed alle variazioni di pH, ma è sensibile alla luce ed agli agenti ossidanti. È presente in quantità discrete nei cereali ma legata a proteine (biodisponibilità più bassa). Negli alimenti la biotina si trova sia libera sia legata a proteine, ma nell’intestino viene liberata da una biotinasi. La biotina è anche sintetizzata dalla microflora intestinale. Importante coenzima nella biosintesi dei lipidi e nelle vie di riempimento del ciclo di Krebs. Una carenza di biotina nell’uomo è stata ottenuta mediante somministrazione di elevate quantità di albume d’uovo crudo. Questo contiene l’avidina, una glicoproteina che impedisce l’assorbimento della vitamina. La carenza di biotina nell'adulto può dare origine a manifestazioni cutanee (desquamazioni). Acido pantotenico L’acido pantotenico è formato dall’acido pantoico e dalla βalanina, legati con legame carboamidico. Diffuso in moltissime fonti alimentari (ubiquitario). Le forme metabolicamente attive dell’acido pantotenico sono il coenzima A e la fosfo-panteteina, cofattore dell’acido grasso sintasi. Il CoA è coinvolto in numerose ed importanti reazioni. Le principali sono: sintesi del citrato, decarbossilazione dei chetoacidi, ossidazione degli acidi grassi, sintesi dei lipidi (compresi gli steroli) e dei corpi chetonici, dell’acetilcolina, acilazione di proteine, ecc… Piridossina (vitamina B6) Negli organi e negli alimenti di origine animale la vitamina B6 si trova prevalentemente nelle forme coenzimatiche fosforilate; mentre nei vegetali è presente essenzialmente la piridossina, che è anche più stabile nei processi di trasformazione degli alimenti. Le due forme coenzimaticamente attive della vitamina B6 , piridossale-fosfato e piridossaminafosfato, intervengono in molte reazioni del metabolismo aminoacidico (transaminasi). Rarissime carenze alimentari (vitamina quasi ubiquitaria). Folato (acido folico) La forma coenzimaticamente attiva del folato è il tetraidrofolato (THF). Basso contenuto nei cereali. Più elevato nelle frattaglie, nelle verdure a foglia, nei legumi e nelle uova. Il folato funziona come trasportatore di unità monocarboniose in numerose reazioni enzimatiche. I folati intervengono principalmente in due vie metaboliche: la biosintesi dei nucleotidi purinici e le reazioni di metilazione, sostenute da Sadenosilmetionina. La carenza di acido folico assai diffusa, soprattutto nei paesi sottosviluppati. Le cause di ciò sono molteplici e vanno dalle malattie infettive, alle terapie farmacologiche, alla gravidanza, al malassorbimento. Tutto ciò si traduce in problemi nella sintesi di DNA ed RNA. Gli elementi più coinvolti da questo problema sono le cellule a ricambio rapido, come quelle del midollo osseo. La sintomatologia da carenza di acido folico si manifesta attraverso un'anemia macrocitica cui si può accompagnare leucopenia e trombocitopenia, alterazioni della cute e delle mucose e disturbi gastrointestinali (malassorbimento e diarrea). La vitamina B12 è presente negli alimenti di origine animale, in particolare nel fegato e nelle carni, ma anche in diversi pesci e formaggi. L’assorbimento della vitamina è condizionato dal fattore intrinseco, una piccola glicoproteina, secreta dalle cellule parietali del fondo dello stomaco. E’ assente nei cereali. (assente) Vitamina B12 La molecola della vitamina B12 è la più grande e complessa tra i composti vitaminici e l’unica importante molecola biochimica contenente cobalto. Viene addizionata nei cereali “fortificati”. Nelle forme coenzimatiche attive al cobalto è legato un metile (metil cobalamina) o un gruppo deossiadenosilico (5’-deossiadenosil cobalamina). Le uniche fonti di vitamina B12 sono quelle di origine animale, in particolare a livello del fegato. Gli alimenti di origine vegetale non contengono cobalamina, tranne nel caso che abbiano subito una contaminazione microbica. Poiché le reazioni interessate dalla 5-deossiadenosilcobalamina intervengono nel metabolismo degli acidi grassi si ritiene che un loro blocco possa interessare soprattutto le membrane neuronali e questo spiegherebbe il coinvolgimento neurologico molto frequente in caso di carenza di vitamina B12. Il deficit di cobalamina provoca la comparsa di anemia perniciosa, malattia caratterizzata da: anemia megaloblastica e disturbi del sistema nervoso. Vitamina E Vitamina A Vitamina D Vitamina C Vitamina B12 Acido folico Vitamina B6