Libro di cucina/Nutrizione/Minerali
I minerali per la scienza dell'alimentazione sono sostanze inorganiche che fungono da nutrienti.
L'acqua rappresenta circa dal 55 al 70% del peso del corpo a seconda dell'età e del rapporto tra massa muscolare (magra),e massa grassa ed è distribuita sia fuori che dentro le cellule.
Tutte le reazioni dell'organismo, rappresentate nel Ciclo di Krebs, avvengono in soluzione acquosa.
Il trasporto degli ormoni, dei metaboliti, dei cataboliti, degli elettroliti e di tutte le altre sostanze utili e di scarto, avviene nel sangue, che è composto da parte liquida e parte corpuscolata, presente normalmente in quantità di circa l'8% delpeso corporeo (o 1/12).Il rapporto tra parte corpuscolata e parte liquida viene definito rapporto Ematocrito e si esprime in percentuale. Ovviamente negli stati di disidratazione, cioè quando la parte liquida si riduce, l'ematocrito aumenta.
L'acqua eliminata dall'organismo in varie forme o per traspirazione per mantenere la temperatura corporea costante o per filtrazione renale o a causa di patologie incombenti, deve essere reintegrata. In assenza di cibo possiamo sopravvivere fino a 21 giorni; senza acqua non si sopravvive che pochi giorni.
Il Boro si trova in tutti i cibi prodotti con vegetali. Il suo valore nutrizionale è sotto discussione dal 1989. Il dipartimeno degli Stati Uniti per l'agricoltura condusse un esperimento in cui delle donne superata la menopausa presero 3 mg di boro per giorno. I risultati mostrarono che il boro può fermare l'escrezione di calcio per il 44%, e attivare estrogeno e vitamina D.
Il National Institutes of Health avverma che:
- Nella dieta umana la quantità totale di boro quotidiana è da 2.1-4.3 mg di boro per chilogrammo di peso corporeo (bw)/day. /Total boron/ Zook EG and Lehman J; J. Assoc. Off Agric. Chem. 48: 850-5 (1965)
Il Calcio viene assunto principalmente con la dieta, in parte viene assorbito e una parte eliminato con la feci. Un importante ruolo svolge il PTH (paratormone) che a livello dei tuboli renali permette il riassorbimento dei ioni Ca e a livello osseo favorisce il rilascio di Ca da parte degli osteoclasti, inoltre favorisce la formazione della Vitamina D che permette un maggiore assorbimento a livello intestinale.
Entra a far parte del composto Cloruro di sodio detto volgarmente sale da cucina.
Il Cobalto si trova in molti organismi viventi, esseri umani compresi. Un contenuto di cobalto da 0.13 a 0.30 parti per milione nel suolo migliora nettamente la salute degli animali da cortile. Il Cobalto è un elemento fondamentale nella vitamina B-12.
Il cromo trivalente è un oligonutriente essenziale, necessario per il corretto metabolismo degli zuccheri nel corpo umano: una carenza di cromo influenza la capacità dell'insulina di regolare il livello di glucosio nel sangue. Diversamente da altri oligominerali, non è stata trovata traccia di atomi di cromo in alcuna metalloproteina dotata di attività biologica: il ruolo del cromo nel metabolismo degli zuccheri resta dunque, per ora, un mistero.
Il ferro è essenziale per la vita di tutti gli esseri viventi, eccezion fatta per pochi batteri.
Gli animali inglobano il ferro nel complesso eme un componente essenziale delle proteine coinvolte nelle reazioni redox, come la respirazione. Il ferro inorganico si trova anche negli aggregati ferro-zolfo di molti enzimi, come le azotasi e le idrogenasi.
Esiste inoltre una classe di enzimi basati sul ferro che è responsabile di un'ampia gamma di funzioni di svariate forme di vita quali: la metano-monoossigenasi (converte il metano in metanolo), la ribonucleotide riduttasi (converte il ribosio in desossiribosio), le emeritritine (fissazione e trasporto dell'ossigeno negli invertebrati marini) e l'acido fosfatasi porpora (idrolizza gli esteri dell'acido fosforico).
La distribuzione degli ioni ferro nei mammiferi è regolata in maniera molto rigorosa. Quando, ad esempio, il corpo è soggetto ad un'infezione, l'organismo "sottrae" il ferro rendendolo meno disponibile anche ai batteri (si veda transferrina).
Tra le migliori fonti alimentari di ferro si annoverano la carne, il pesce, i fagioli, il tofu e i ceci. Contrariamente a quanto generalmente ritenuto, gli spinaci non sono tra i cibi più ricchi di ferro ed anzi sono tra i vegetali che, se assunti in congiunzione con alimenti ricchi di ferro, ne diminuiscono la biodisponibilità.
Il ferro assunto tramite il cibo è spesso nella forma di fumarato di ferro (II). Le dosi consigliate di ferro da assumere quotidianamente variano con l'età, il genere ed il tipo di cibo. Il ferro assunto come eme ha una maggiore biodisponibilità rispetto a quello presente in altri composti.
I composti del fosforo sono coinvolti nelle funzioni vitali di tutte le forme di vita conosciute. Gruppi fosfato sono parte delle molecole del DNA, dell'RNA, dell'ATP e dei fosfolipidi. Il fosfato di calcio è un componente essenziale delle ossa.
Al fosforo e al consumo di pesce è stato attribuito un effetto positivo sull'intelligenza e sulla memoria; tale legame è privo di fondamento scientifico.
Lo iodio, seppur in minime quantità, riveste un ruolo biologico essenziale negli esseri umani. Gli ormoni prodotti dalla ghiandola tiroide, la tiroxina e la triiodotironina, contengono iodio.
Le persone il cui apporto di iodio attraverso la dieta è scarso - spesso remote regioni interne, dove il consumo di pesce o altri cibi di origine marina è raro - la scarsità di iodio produce l'insorgenza del gozzo. In molte di queste zone viene fatta prevenzione attraverso la diffusione di sale addizionato di piccole quantità di sali di iodio (il sale iodato). La carenza di iodio è anche tra le cause del ritardo mentale.
Il litio è considerato leggermente tossico; lo ione litio è coinvolto negli equilibri elettrochimici delle cellule del sistema nervoso e viene spesso prescritto come farmaco nelle terapie per il trattamento di sindromi maniaco-depressive.
Svariati sali organici ed inorganici del magnesio (citrato, stearato, acetato, cloruro ...) sono usati come integratori alimentari: carenze di magnesio danno aritmia, dolori ai nervi ed ai legamenti ecc.
Il manganese è un oligonutriente per tutte le forme di vita.
Molte classi di enzimi contengono uno o più atomi di manganese come cofattori: le ossidoriduttasi, le transferasi, le idrolasi, le liasi, le isomerasi, le ligasi, le lectine e le integrine. I polipeptidi più famosi che contengono manganese sono l'arginasi, la superossido dismutasi e la tossina della difterite.
Tracce di molibdeno, in ragione di poche parti per milione, sono reperibili nelle piante e negli animali: il molibdeno è un oligonutriente necessario a molte forme di vita. Suoli poveri di molibdeno possono essere del tutto sterili e non permettere la crescita delle piante, in cui il molibdeno è coinvolto nei processi di azotofissazione e di riduzione dei nitrati, mentre negli animali è necessario nella degradazione della purina e nella formazione dell'acido urico. In certi animali, integrare la dieta con piccole quantità di molibdeno aiuta la crescita.
Nell'organismo, il potassio esiste sotto forma di ione positivo (catione), K+ ed è lo ione inorganico più abbondante all'interno delle cellule, dove viene trasportato mediante meccanismi che richiedono un apporto di energia. Molti antibiotici, come ad esempio quelli prodotti dal bacillus brevis, attaccano le cellule batteriche aprendo su di esse canali di scambio attraverso i quali gli ioni Na+ e K+ possono attraversare la membrana cellulare, alterando il potenziale elettrico della membrana estessa.
La concentrazione di ioni K+ nel sangue è regolata in maniera da avere fluttuazioni minime, dato che concentrazioni troppo alte (ipercalemia) o troppo basse (ipocalemia) possono avere ripercussioni gravi sul cuore e sui nervi.
Nel plasma sanguigno la concentrazione degli ioni K+ è generalmente compresa tra 3,5 e 5,0 mmol/L; all'interno delle cellule è invece circa 100 mmol/L.
Il rame, anche se presente in tracce, è un metallo essenziale per la crescita e lo sviluppo del corpo umano. Gioca un ruolo importante all'interno del metabolismo: dalla normale attività del cervello, del sistema nervoso e cardiovascolare al trasporto del ferro e alla protezione delle cellule contro l'ossidazione. C'è bisogno del rame anche per rafforzare le ossa e assicurare il funzionamento del sistema immunitario
Il rame si trova negli enzimi, che sono quelle proteine che aumentano la velocità di reazione delle reazioni chimiche all'interno delle cellule. Sono circa una trentina gli enzimi (e i co-enzimi, che sono altre proteine che aiutano gli enzimi) contenenti rame. Il rame, una volta assunto attraverso il cibo e l'acqua, viene assorbito dallo stomaco e dal primo tratto dell'intestino; da qua passa nel sangue, legandosi ad una proteina, la ceruloplasmina e quindi portato verso il fegato e da qui distribuito ai vari organi. Si noti che il fegato ( il 'laboratorio chimico' del corpo umano) ha una delle maggiori concentrazioni di rame del corpo umano; oltretutto proprio il fegato svolge la funzione di regolare il contenuto di rame nel corpo umano attraverso un processo chiamato omeostasi.
Il rame si trova un po' ovunque nel corpo. Il rame è richiesto per la formazione e il mantenimento della mielina, lo strato protettivo che copre i neuroni; enzimi a base rame intervengono nella sintesi dei neurotrasmettitori, i messaggeri chimici che permettono le comunicazioni attraverso le cellule nervose. Il rame attraverso la superossido-dismutasi, combatte l'ossidazione cellulare, aiutando a neutralizzare i radicali liberi che altrimenti causerebbero danni alle cellule stesse. Il rame è importante anche per la pelle e lo scheletro. Infatti attraverso l'enzima tirosinasi catalizza la formazione della melanina e attraverso la lisil-ossidasi ha un ruolo importante nella formazione del collagene, che è la proteina principale che si trova nella nostra pelle. Oltretutto il collagene è presente anche nelle ossa: alcune ricerche evidenziano che fratture, anomalie scheletriche e osteoporosi sono più frequenti se vi è carenza di rame. Il rame è coinvolto nella funzionalità del sistema immunitario. La carenza di rame ha notevoli ripercussioni su certi tipi di cellule, come i macrofagi e i neutrofili. La funzionalità del sistema immunitario è stata studiata in bambini carenti di rame, prima e dopo la cura. È stato rilevato che la attività dei fagociti (cellule che inglobano materiale estraneo) è aumentata dopo l'assimilazione di rame. Oltre che per il collagene, la lisil-ossidasi entra in gioco anche per l'elastina ed entrambe le proteine sono importanti per il cuore e i vasi sanguigni. Tra gli effetti collaterali dovuti alla carenza di rame si registrano anche l'ingrossamento cardiaco, le arterie con muscolatura liscia degenerata e aneurismi alle arterie ventricolari e coronariche. Il rame influenza anche il metabolismo del colesterolo: adulti sottoposti ad una dieta povera di rame hanno registrato un aumento dei livelli del colesterolo DLD (quello 'cattivo') e una diminuzione del colesterolo HDL (quello 'buono'). Basse assunzioni di rame influenzano negativamente il corretto metabolismo del glucosio e la pressione sanguigna.
Il rame è anche necessario anche durante la gravidanza. Il feto dipende completamente dalla madre per il suo fabbisogno di rame. Il feto accumula rame alla velocità di 0,05 mg/giorno (soprattutto nell'ultimo trimestre) e alla nascita ha mediamente 15 mg di rame, di cui più della metà immagazzinata nel fegato. Queste riserve sono importanti nella primissima infanzia, quando l'assunzione di rame è relativamente bassa. Gran parte del restante rame si trova nel cervello. Per i neonati, il rame si trova nel latte materno. La concentrazione media di rame nel latte materno è 0,32 mg/litro; sebbene questa concentrazione sia più bassa rispetto al latte artificiale, il rame del latte materno viene assorbito meglio essendo maggiormente biodisponibile. A dimostrazione dell'importanza del rame, il latte artificiale per i neonati prematuri arriva a contenere fino a 1-2 mg/litro: questo è necessario poiché hanno avuto meno tempo per accumulare rame durante la gestazione.
Si noti che non esistono malattie professionali legate al rame. Esistono invece solo due malattie genetiche, il morbo di Wilson e il morbo di Menkes. Il primo provoca la riduzione o la mutazione della ceruloplasmina in maniera tale che questa non è più in grado di trasportare il rame, che così si accumula negli organi. Il morbo di Menkes invece rappresenta l'incapacità del rame di essere assorbito dall'intestino, provocando una forte carenza all'interno del corpo.
Ecco in sintesi la funzione di alcuni enzimi in cui è presente il rame:
- Diammina-ossidasi: inattiva l'istidina rilasciata durante le reazioni allergiche e le poliammine coinvolte nella proliferazione cellulare.
- Monoamina-ossidasi: è importante per la degradazione della serotonina e per catecolammine come la epinefrina, la norepinefrina e la dopamina.
- Lisil-ossidasi: usa la lisina e l'idrossilisina che si trovano nel collagene e nell'elastina per produrre le reticolazioni necessarie per lo sviluppo dei tessuti connettivi delle ossa, denti, pelle, polmoni e sistema vascolare.
- Ferrosidasi: sono gli enzimi che si trovano nel plasma, con la funzione di ossidare gli ioni ferrosi e facilitare il legame del ferro alla transferrina (la molecola che lega e trasporta il ferro). Tra questi ricordiamo:
- Ceruloplasmina: Chiamata anche ferrossidasi I, è il principale enzima a base rame che si trova nel sangue; possiede anche funzioni antiossidanti, prevenendo il danneggiamento dei tessuti associato alla ossidazione degli ioni ferrosi. Si stima che la frazione di ceruloplasmina nel sangue vari dal 60 al 90%. La ceruloplasmina aiuta a regolare l'efflusso dei ferro immagazzinato dai tessuti ai siti di produzione dell'emoglobina.
- Ferrossidasi II: anch'essa catalizza l'ossidazione del ferro(2+).
- Citocromo-C-ossidasi: presente nei mitocondri, catalizza la riduzione dell'ossigeno ad acqua, permettendo la sintesi dell'adenosin trifosfato (ATP). L'attività della citocromo-C-ossidasi è massima nel cuore ed è alta nel cervello e nel fegato.
- Dopamina-beta-idrossilasi: catalizza la conversione della dopamina a norepinefrina nel cervello. La carenza di rame può portare a bassi livelli di norepinefrina in uomini e animali.
- Rame/zinco Superossido-dismutasi (Cu/Zn SOD): presente nella maggior parte delle cellule del corpo umano, protegge i composti intracellulari dai danni ossidativi. Concentrazioni alte nel cervello, nella tiroide e nel fegato.
- Tirosinasi: catalizza la conversione della tirosina in dopamina e l'ossidazione della dopamina a dopachinone, intermedi nella sintesi della melanina.
- PAM (Peptidoglicina Alpha-amilante Monoossigenasi): necessaria per la bioattivazione dei peptidi.
- Fattori di Coagulazione V e VIII: sono componenti nonenzimatici del processo di coagulazione del sangue.
In alcuni animali come granchi e lumache, la molecola trasportatrice di ossigeno è una emocianina, una proteina contenente rame. Le emocianine rappresentano il terzo sistema in natura (insieme alle emoglobine e alle emeritrine) in grado di trasportare ossigeno dai punti in cui viene prelevato a quello, nei tessuti, dove viene ceduto. Analogamente all'emoglobina, le emocianine contengono subunità nella molecola completa; i siti attivi sono costituiti da due atomi di rame che legano congiuntamente una molecola di O2.
Il sale da cucina (detto scientificamente cloruro di sodio) è essenziale per la vita sulla Terra. La maggior parte dei tessuti e dei fluidi degli esseri viventi contiene una qualche quantità di sale. Gli ioni sodio sono essenziali per la trasmissione dei segnali sensoriali e motori lungo il sistema nervoso.
Una soluzione acquosa contenente lo 0,9% di cloruro di sodio è detta "soluzione fisiologica" perché ha la medesima pressione osmotica del plasma sanguigno umano. È il principale fluido usato in medicina per curare la disidratazione.
Il selenio è un oligonutriente per gli esseri umani. Viene usato per eliminare i radicali liberi e in molti enzimi antiossidanti, e gioca anche un ruolo importante nel funzionamento della ghiandola tiroide. Il selenio nella dieta viene da cibi come cereali, pesce e uova. Le Noci del brasile sono particolarmente ricche di selenio.
Una carenza di selenio in persone sane è relativamente rara. Può verificarsi in pazienti con funzione intestinale gravemente compromessa, o in pazienti sottoposti a nutrizione parenterale totale. Altri soggetti a rischio sono le popolazioni dipendenti da fonti agricole in suoli particolarmente poveri di selenio. La dose dietologica consigliata di selenio per gli adulti è di 55 microgrammi al giorno; più di 400 microgrammi al giorno possono provocare una intossicazione da selenio (selenosi).
Gli ioni di sodio giocano un ruolo diverso in molti processi fisiologici. Cellule eccitabili, ad esempio, si affidano interamente al Na+ per causare una depolarizzazione.
Un atomo di vanadio è il componente essenziale di alcuni enzimi, in particolare la vanadio-nitrogenasi, usata da alcuni microorganismi per fissare l'azoto. Il vanadio è essenziale per alcuni organismi marini - gli ascidiacea ed i tunicati - dove è presente nelle proteine del loro sangue in concentrazione anche un milione di volte superiore a quella dell'acqua marina circostante. Piccole quantità di vanadio sono essenziali anche per i topi ed i polli, in cui una carenza può portare ad una crescita ridotta ed a problemi nella riproduzione.
Dalla sperimentazione su alcuni modelli animali ed umani, la somministrazione di composti di vanadio sembra poter alleviare i sintomi del diabete mellito, similmente all'effetto del cromo sul metabolismo degli zuccheri. Una larga parte della ricerca è stata dedicata al diabete mellito con lo scopo di trovare un migliore trattamento per questa complessa malattia. In particolare, la ricerca fisiopatologica nei ratti, suggerisce che il vanadio potrebbe essere un possibile agente terapeutico grazie alla sua attività sulla secrezione insulinica ed alle sue proprietà insulino-simili a livello periferico. Infatti, la dimostrazione che tracce dell'elemento vanadio, posseggano capacità analoghe all'insulina nelle cellule isolate, nei tessuti ed in vivo, ha generato un notevole entusiasmo per il suo potenziale valore terapeutico nel diabete umano. Tuttavia, i meccanismi attraverso cui il vanadio provoca i suoi effetti metabolici restano scarsamente compresi.
È chiaro che il trattamento con vanadio porta alla correzione di diverse anomalie associate al diabete, nel metabolismo glucidico e lipidico e nell'espressione genica. Comunque, molti di questi effetti insulino-simili in vivo possono essere attribuiti all'osservazione che il potere ipoglicemizzante del vanadio dipende dalla presenza di insulina endogena, mentre il fatto che l'omeostasi metabolica nei modelli animali non sembra essere interessata, testimonia che il vanadio non agisce del tutto indipendentemente in vivo, bensì aumenta la sensibilità dei tessuti a bassi livelli plasmatici d'insulina.
Un'altra considerazione cruciale è la dipendenza dalla dose, poiché gli effetti insulino-simili del vanadio nelle cellule isolate, sono stati spesso provati ad alte concentrazioni, che non sono normalmente raggiunte nel trattamento cronico in vivo, potendo indurre effetti collaterali tossici.
Inoltre, il vanadio sembra essere selettivo per specifiche funzioni dell'insulina in alcuni tessuti, mentre non riesce ad influenzarne altre.
Così come non sono esattamente definite le forme intracellulari attive del vanadio, sono ancora sconosciuti i suoi siti d'azione a livello metabolico e di trasduzione del segnale.
Quindi, l'obiettivo è quello di verificare l'evidenza che il vanadio sia o meno un agente insulino-simile a basse concentrazioni in vivo. Considerando gli effetti del vanadio sul metabolismo glucidico e su quello lipidico, si può concludere che esso non agisce globalmente, ma in modo selettivo, migliorando piuttosto che imitando gli effetti dell'insulina in vivo.
Alla luce di quanto sopra, le proprietà antidiabetiche dei derivati del vanadio, prospettano una nuova classe di composti con promettenti capacità terapeutiche e favorevoli caratteristiche farmacocinetiche, dovute innanzitutto alla via di somministrazione orale.
Lo zinco è un elemento essenziale per la vita degli esseri umani e degli animali superiori: una carenza di zinco condiziona pesantemente la crescita corporea e l'aumento di peso. Lo zinco fa anche parte dell'insulina, delle proteine con dita di zinco e di enzimi come la superossido dismutasi. Secondo alcune fonti, assumere pastiglie di zinco può dare una certa immunità dal raffreddore e dall'influenza, ma l'esattezza di queste informazioni è controversa. Lo zinco è inoltre implicato nel funzionamento della vista, dell'olfatto, del tatto e della memoria, ed è responsabile del buon funzionamento di questi, e una carenza di zinco ne causa disfunzioni.
I seguenti alimenti sono delle fonti naturali di zinco: ostriche, carne rossa e bianca, fagioli, noccioline, pane integrale, semi di zucca e semi di girasole. Nei maschi, lo zinco è un elemento importante per la produzione di sperma: in una sola eiaculazione si possono perdere fino a 5 mg di zinco. Una carenza di zinco può provocare una diminuzione nel numero degli spermatozoi nel seme, e viceversa, delle eiaculazioni molto frequenti possono provocare una carenza di zinco.
Gli amminoacidi cisteina, metionina, omocisteina e taurina contengono zolfo, come anche alcuni enzimi molto comuni; questo rende lo zolfo un elemento indispensabile alla vita di qualsiasi cellula. I ponti solfuro fra polipeptidi sono estremamente importanti per l'assemblaggio e la struttura delle proteine. Alcune forme di batteri usano il solfuro di idrogeno (o acido solfidrico, H2S) al posto dell'acqua come donatore di elettroni in un primitivo processo fotosintetico.
Lo zolfo è assorbito dalle piante sotto forma di ione solfato. Lo zolfo inorganico forma degli aggregati ferro-zolfo, e sempre dello zolfo è il legame-ponte sito CuA della citocromo c ossidasi.
Le grandi quantità di carbone bruciate dall'industria e dalle centrali elettriche immettono ogni giorno nell'atmosfera molta anidride solforosa, che reagisce con l'ossigeno e il vapore acqueo nell'aria per formare acido solforico. Questo potente acido ricade a terra con le precipitazioni dando luogo alle famose piogge acide che acidificano i terreni e le risorse idriche causando gravi danni all'ambiente naturale di molte regioni industrializzate.