Capitolo 16
L’alimentazione
e la digestione
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Alimentazione ed elaborazione del cibo
16.1 Gli animali possono alimentarsi in vari modi
Tutti gli animali si nutrono di altri organismi:
• gli animali che mangiano sia piante sia animali
sono detti onnivori;
• gli animali che mangiano solo vegetali sono detti
erbivori;
• gli animali che mangiano altri animali sono detti
carnivori.
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• Gli animali che si nutrono per ingestione utilizzano
numerose strategie per procurarsi il cibo.
• In base a queste, si distinguono organismi:
filtratori, consumatori del substrato,
succhiatori.
Figura 16.1C
Bruco
Figura 16.1A
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Feci
Figura 16.1B
Figura 16.1D
16.2 La trasformazione del cibo avviene in quattro
fasi
Molecole
piccole
Pezzi
di cibo
Digestione chimica
(idrolisi enzimatica)
Demolizione
meccanica
Le molecole
nutritive
entrano
nelle cellule
Cibo
1
Ingestione
Sostanze
non digerite
2
Digestione
3
Figura 16.2A
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Assorbimento
4
Eliminazione
Nella digestione chimica i polimeri vengono scissi in
monomeri.
Polimero
Monomeri
Enzimi per
la digestione
di proteine
Proteina
Polisaccaride
Amminoacidi
Enzimi per
la digestione
di polisaccaridi
Disaccaride
Monosaccaridi
Enzimi per
la digestione
di acidi nucleici
Acido nucleico
Nucleotidi
Enzimi per
la digestione
di grassi
Figura 16.2B
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Grasso
Glicerolo
Acidi grassi
16.3 La digestione avviene in compartimenti
specializzati
• Il cibo è digerito all’interno di compartimenti
chiamati vacuoli alimentari che si fondono con i
lisosomi che contengono gli enzimi idrolitici.
• Le spugne, tra gli animali più semplici, compiono
tutti i loro processi digestivi nei vacuoli alimentari.
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Gli cnidari e i vermi piatti (animali relativamente
semplici) possiedono una cavità gastrovascolare, cioè
un sistema digerente fornito di una sola apertura: la
bocca.
Bocca
Tentacolo
1 Enzimi digestivi
secreti da
una ghiandola
2 I tessuti molli vengono
digeriti
Cibo
(una dafnia)
Figura 16.3A
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3 Le particelle
Cavità
di cibo
gastrovascolare
vengono inglobate
4 Le particelle di cibo
vengono digerite in un
vacuolo alimentare
Molti animali sono
invece dotati di un tubo
digerente, costituto da
un canale che si estende
tra due aperture, la
bocca e l’ano, dotato di
regioni specializzate.
Bocca
Faringe
Esofago
Gozzo
Ventriglio
Intestino
Ano
Porzione interna
dell’intestino
Lombrico
Parete dell’intestino
Esofago
Stomaco
Ano
Bocca
Gozzo
Cavalletta
Ciechi gastrici Intestino
Bocca
Stomaco
Ventriglio
Intestino
Esofago
Gozzo
Figura 16.3B
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Uccello
Ano
Il sistema digerente umano
16.4 Il sistema digerente umano è costituito da un
canale alimentare e da organi a esso associati
• Le parti principali del canale alimentare sono: la
bocca, la faringe, l’esofago, lo stomaco, l’intestino
tenue, l’intestino crasso e l’ano.
• Dopo essere stato inghiottito, il cibo viene spinto
lungo il canale alimentare grazie alla peristalsi,
una sequenza di onde ritmiche di contrazione della
muscolatura liscia presente nella parete del tubo
digerente.
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Un anello muscolare, chiamato sfintere pilorico, regola
il passaggio degli alimenti dallo stomaco all’intestino
tenue.
Cavità orale
Lingua
Bocca
Faringe
Ghiandole salivari
Esofago
Fegato
Esofago
Cardias
Stomaco
Cistifellea
Sfintere
pilorico
Pancreas
Intestino tenue
Intestino crasso
Retto
Ano
Figura 16.4
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Intestino tenue
16.5 La digestione ha inizio all’interno della cavità
orale
Le ghiandole salivari sono sei:
• due parotidi;
• due sottomascellari;
Ghiandole
sottolinguali
Ghiandole
parotidi
Lingua
• due sottolinguali.
Ghiandole
sottomascellari
Figura 16.5A
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La saliva dà inizio alla digestione chimica
• la saliva contiene molte sostanze importanti per la
trasformazione del cibo:
• una glicoproteina che protegge la bocca e lubrifica
il cibo;
• alcune sostanze tampone che neutralizzano
l’acidità del cibo;
• il lisozima (un antibatterico);
• l’amilasi salivare (un enzima digestivo).
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La masticazione dà inizio alla digestione meccanica
• Grazie all’azione meccanica dei denti, il cibo viene
frantumato ed esposto all’azione degli enzimi.
• La lingua è un organo muscolare, ricoperto
da papille gustative, che contengono i
recettori del gusto.
• La lingua mescola il
cibo con la saliva,
formando il bolo
alimentare.
Canini
Premolari
Molari
Lingua
Apertura del dotto
di una ghiandola salivare
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Denti
Incisivi
Figura 16.5B
16.6 Sia il cibo sia l’aria che respiriamo passano
attraverso la faringe
Un riflesso legato alla deglutizione fa passare il bolo
alimentare dalla faringe all’esofago, impedendogli di
entrare nella trachea.
Lingua
Bolo di cibo
Faringe
L’epiglottide
si alza
Laringe
Sfintere
esofageo
Trachea
Sfintere contratto
L’epiglottide
si abbassa
La laringe
si alza
Esofago
Esofago
Sfintere rilasciato
Figura 16.6
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L’epiglottide
si alza
La laringe
si abbassa
Sfintere contratto
16.7 L’esofago convoglia il bolo alimentare verso lo
stomaco
Le onde peristaltiche nell’esofago fanno passare il bolo
alimentare nello stomaco.
Bolo
alimentare
I muscoli circolari
si contraggono,
restringendo il canale,
e il bolo viene spinto
giù.
I muscoli circolari si
rilassano e il canale
si apre.
Stomaco
Figura 16.7
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Muscoli circolari contratti
Muscoli circolari rilassati
Muscoli circolari contratti
Muscoli
circolari
rilassati
La parete dell’esofago è costituita da quattro strati
(o tonache):
• la mucosa;
• la sottomucosa;
• la tonaca muscolare;
• la tonaca sierosa.
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16.8 Lo stomaco immagazzina temporaneamente il
cibo e lo demolisce per mezzo di acidi ed enzimi
Cavità
dello stomaco
Particelle di cibo
Colonizzata SEM 2500×
Lo stomaco e la produzione di succhi gastrici:
Superficie interna
dello stomaco
Fossette gastriche
Rilascio dei succhi gastrici (muco,
HCl e pepsinogeno)
3
Rilascio
di succhi
gastrici
Stomaco
Sfintere
pilorico
Figura 16.8
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Pepsina
Epitelio Pepsinogeno
2 (enzima
Cellule mucose
HCl attivo)
1
Ghiandola
gastrica
Cellule
principali
Cellule
parietali
3
La pepsina comincia la
digestione chimica delle
proteine
2
L’HCl acidifica il contenuto
dellostomaco e converte il
pepsinogeno in pepsina
1
Il pepsinogeno e l’HCl sono
secreti nel lume della
ghiandola gastrica
La regolazione dell’attività gastrica
• L’attività delle ghiandole gastriche è regolata da un
insieme di segnali nervosi e ormonali.
• L’odore del cibo genera un segnale nervoso che
stimola le ghiandole a produrre i succhi gastrici.
• Quando le sostanze alimentari raggiungono lo
stomaco inducono le cellule G a rilasciare l’ormone
gastrina, che stimola ulteriormente la produzione di
succhi gastrici.
• Quando il contenuto dello stomaco diventa troppo
acido, un meccanismo a feedback negativo inibisce
la secrezione dei succhi gastrici.
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Dal bolo alimentare al chimo
• La contrazione dei muscoli della parete dello
stomaco rimescola il cibo con i succhi gastrici,
formando il chimo.
• Normalmente, il chimo non può risalire dallo
stomaco all’esofago (a cui è collegato attraverso il
cardias). Quando ciò accade, si parla di riflusso
gastrico, che provoca «acidità di stomaco».
• Un po’ per volta, il chimo passa dallo stomaco
all’intestino attraverso uno sfintere: il piloro.
• Lo stomaco impiega da due a sei ore a svuotarsi.
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16.9 Nella prima parte dell’intestino si riversano
ormoni ed enzimi prodotti dal fegato e dal pancreas
Il pancreas produce una soluzione basica ricca di
enzimi digestivi e di bicarbonato (che neutralizza
l’acidità del chimo). Fegato
Bile
Cistifellea
Stomaco
Bile
Enzimi dell’intestino
Duodeno (parte
dell’intestino
tenue)
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Chimo acido
Pancreas
Succhi
pancreatici
Figura 16.9
• Due ormoni (la secretina e il CCK, colecistochinina)
aumentano nel fegato la produzione di bile, che si
accumula nella cistifellea (un sacchetto a forma di
pera situato alla base del fegato).
• La bile contiene sali biliari che emulsionano i grassi
rendendoli più facilmente attaccabili da parte degli
enzimi.
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16.10 Nel duodeno termina la digestione chimica
degli alimenti
Nell’intestino tenue avviene un processo di digestione
enzimatica che termina la digestione delle
macromolecole presenti nei cibi.
Tabella 16.10
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16.11 Il pancreas e il fegato svolgono numerose
funzioni legate più o meno strettamente alla
digestione
• Il pancreas è una ghiandola situata appena al di
sotto dello stomaco, nella parte sinistra della cavità
addominale, e costituita da una parte endocrina e da
una parte endocrina, secernente enzimi che
intervengono nella digestione.
• Il fegato è spesso definito il «laboratorio chimico»
dell’organismo, in quanto svolge numerose funzioni.
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Funzioni metaboliche e di deposito del fegato
Tutte le sostanze assorbite dall’intestino passano per il
fegato, prima di essere trasferite ad altre cellule.
• I monosaccardi possono essere trasformati in glucosio,
che puòà essere trattenuto nel tessuto epatico sotto
forma di glicogeno.
• Gli amminoacidi vengono trasformati in zuccheri,
grassi o precursori dell’ATP.
• Gli acidi grassi possono essere demoliti nel fegato per
formare ATP.
• Le vitamine liposolubili e alcuni minerali possono
essere immagazzinate nel fegato.
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Funzione protettiva del fegato
• Il fegato trasforma numerose sostanze,
rendendole innocue e facilmente eliminabili.
• Le sostanze vengono demolite attraverso processi
catabolici oppure coniugati con composti che ne
inibiscono l’attività. Le sostanze demolite possono
essere:
– endogene (ormoni come l’insulina, gli
estrogeni e il progesterone)
– esogene (farmaci come antibiotici e
sulfammidici)
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La struttura del fegato:
Figura 16.11
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16.12 L’assorbimento delle sostanze nutritive avviene
principalmente nella seconda parte dell’intestino tenue
La parete interna
dell’intestino tenue
presenta molte
piccole estroflessioni
digitiformi, chiamate
villi, che aumentano Strati muscolari
la superficie di
Pliche circolari
assorbimento.
Villi
Vasi sanguigni
con sangue diretto
verso il fegato
Lume
Assorbimento
delle sostanze
nutritive
Figura 16.12
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Parete intestinale
Le sostanze nutritive passano attraverso l’epitelio
intestinale (per diffusione o trasporto attivo) e poi
attraverso le sottili pareti dei capillari o dei vasi linfatici
e giungono così al fegato dove vengono trasformate e
accumulate.
Lume dell’intestino
Assorbimento
delle sostanze nutritive
Microvilli
Cellule epiteliale
Assorbimento delle
sostanze nutritive nelle
cellule epiteliali
Amminoacidi Acidi grassi e
e zuccheri
glicerolo
Grassi
Capillari sanguigni
Sangue
Vaso linfatico
Linfa
Cellule epiteliali
Figura 16.12
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Villi
Nell’intestino tenue vengono dunque assorbiti:
• i monoscaccaridi;
• gli amminoacidi;
• i lipidi;
• le vitamine;
• l’acqua e gli ioni.
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16.13 La funzione principale dell’intestino crasso
consiste nel terminare il riassorbimento dell’acqua e
dei sali minerali
• La funzione principale dell’intestino crasso (chiamato
anche colon) è quella di terminare l’assorbimento
dell’acqua e dei sali minerali.
Intestino
• Le feci rappresentano i prodotti
di scarto della digestione e
vengono immagazzinate nella
porzione terminale del colon,
il retto.
crasso
(colon)
Sfintere
Ultimo tratto
dell’intestino
tenue
Appendice
Figura 16.13
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Cieco
Intestino
tenue
Retto
Ano
Flusso delle
sostanze nutritive
COLLEGAMENTI
16.14 Le principali patologie del sistema digerente e
le loro cause
Patologie gastriche
Una delle patologie più diffuse dello stomaco e della
prima parte del duodeno è l’ulcera. L’ulcera è causata
da batteri (Helicobacter pylori) che si trovano sugli strati
mucosi dello stomaco.
Figura 16.14
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Colonizzato SEM 10 000×
Batteri
Strati mucosi
dello stomaco
Patologie del fegato
Le epatiti sono processi infiammatori acuti o cronici del
fegatoche possono portare alla necrosi o favorire l’insorgenza
del cancro.
Patologie pancreatiche
La pancreatite acuta ha varie cause, tra le quali la presenza di
un calcolo nelle vie biliari; la pancreatite cronica è un
processo infiammatorio che si protrae nel tempo e che porta
alla progressiva atrofia dell’organo.
Patologie dell’intestino
L’appendicite è un’infiammazione acuta dell’appendice cecale;
il tumore al colon-retto è la forma di cancro che colpisce più
spesso il sistema digerente.
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16.15 Il sistema digerente degli erbivori è più lungo
e complesso di quello dei carnivori
• A seconda del tipo di alimentazione, negli animali
esistono molte varianti allo schema generale del
sistema digerente umano.
• I mammiferi erbivori, che non sono in grado di
digerire la cellulosa delle piante di cui si cibano,
hanno un caratteristico tubo digerente molto lungo,
dotato di speciali sacche che ospitano una grande
quantità di batteri e protozoi che trasformano la
cellulosa in zuccheri semplici e altre sostanze
nutritive.
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Di solito Il tubo digerente degli erbivori è più lungo di
quello dei carnivori.
Intestino tenue
Intestino tenue
Stomaco
Cieco
Intestino
crasso
(colon)
Figura 16.15A
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Carnivoro
Erbivoro
I mammiferi ruminanti (bovini, ovini, caprini e cervidi)
hanno un sistema elaborato per digerire la cellulosa: il
loro stomaco è dotato di quattro camere dove sono
presenti batteri in grado di demolire la cellulosa.
Intestino
3 Omaso
1 Rumine
Esofago
Rumine 4 Abomaso
Figura 16.15B
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2 Reticolo
Alimentazione bilanciata e salute
16.16 L’alimentazione fornisce energia per la crescita
e per lo svolgimento di tutte le attività dell’organismo
Un’alimentazione bilanciata fornisce:
• l’energia necessaria per le attività dell’organismo;
• le sostanze di base per fabbricare le proprie molecole
complesse;
• le molecole essenziali (che gli animali non sono in grado
di fabbricare).
Tabella 16.16
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COLLEGAMENTI
16.17 Il grasso corporeo e la mania delle diete
• Nella cultura occidentale il grasso corporeo in
eccesso è considerato antiestetico, mentre altre
culture considerano il grasso in modo diverso.
• Le diete dimagranti possono aiutare le persone a
perdere perso ma possono essere rischiose per la
loro salute.
Tabella 16.17
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16.18 Una corretta alimentazione deve contenere gli
amminoacidi essenziali, vitamine e minerali
Gli otto amminoacidi essenziali che l’uomo adulto non
è in grado di fabbricare possono essere ottenuti dalle
proteine animali o da una giusta combinazione di
alimenti di origine vegetale (cereali-legumi).
Amminoacidi essenziali
Metionina
Valina
(Istidina)
Treonina
Fenilalanina
Granoturco
e altri cereali
Figura 16.18
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Leucina
Isoleucina
Triptofano
Lisina
Fagioli e altri legumi
• Le vitamine sono sostanze nutritive organiche
essenziali ma necessarie in quantità molto
inferiore rispetto agli amminoacidi.
• Le vitamine indispensabili all’uomo sono 13.
• La maggior parte delle vitamine sono coenzimi o
parti di coenzimi, hanno funzioni catalitiche e
vengono usate più volte nelle reazioni metaboliche.
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Vitamine
necessarie
all’organismo
umano:
Tabella 16.18
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• Il funzionamento dell’organismo richiede anche
diverse sostanze inorganiche: i minerali.
• Nel campo della nutrizione vengo detti minerali gli
elementi chimici diversi dal carbonio, dall’idrogeno,
dall’ossigeno e dall’azoto (i quattro componenti
principali dei composti organici.
• I minerali svolgono molte funzioni diverse.
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COLLEGAMENTI
16.19 Ancora oggi milioni di persone sono denutrite
e soffrono di fame
• Circa 200 milioni di bambini al di sotto dei cinque anni
soffrono di malnutrizione proteico-energetica.
• Tra le carenze vitaminiche (ipovitaminosi) più diffuse
vi sono quelle delle vitamine A e D.
• Anche un insufficiente apporto minerale può
provocare malattie.
Figura 16.19A, B
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COLLEGAMENTI
16.20 L’alimentazione può influire sul rischio di
contrarre malattie cardiovascolari e alcuni tipi di
cancro
Un’alimentazione bilanciata può aiutare a ridurre il
rischio di malattie cardiovascolari e cancro.
Fattori di rischio
comportamentali
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Fattori di rischio
inevitabili
Dieta ricca
di grassi
Invecchiamento
Inattività
fisica
Storia
familiare
Fumo
Figura 16.20
Tasso di colesterolo
elevato e pressione alta
Malattia
cardiovascolare
Essere
maschi
Linee guida per un’alimentazione che riduce il rischio
di cancro:
Tabella 16.20
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