Cos'è il glucosio?

Il glucosio è uno zucchero semplice che costituisce una delle principali fonti di energia per le cellule dell'organismo. Attraverso il processo di respirazione cellulare, le cellule possono utilizzare il glucosio per produrre ATP (adenosina trifosfato), la forma di energia chimica dell'organismo.

L'ATP viene quindi utilizzato per alimentare ogni sorta di funzione cellulare essenziale, tra cui il trasporto di molecole, la replicazione del DNA, le reazioni metaboliche e la contrazione muscolare.

Il glucosio è presente come zucchero semplice (monosaccaride) in alimenti quali dolci, sciroppi e bevande energetiche. Inoltre, produciamo glucosio attraverso la scomposizione di zuccheri più complessi (ad esempio il saccarosio, un disaccaride composto da glucosio e fruttosio) e di carboidrati (polisaccaridi, come l'amilosio), che sono lunghe catene di zuccheri semplici uniti tra loro.

PUNTI CHIAVE

• Il glucosio è uno zucchero semplice che costituisce una delle principali fonti di energia per la respirazione cellulare.
• Il glucosio è presente come zucchero semplice in alcuni alimenti oppure si forma dalla scomposizione di zuccheri più complessi e carboidrati.

Perché il cervello ha bisogno di glucosio?

Il cervello umano, che conta circa 86 miliardi di neuroni, è, com’è ovvio, un organo molto attivo dal punto di vista metabolico e presenta il fabbisogno energetico più elevato tra tutti gli organi del corpo.

Si ritiene che il cervello rappresenti circa il 20% del consumo energetico totale, con il glucosio che costituisce la principale fonte di energia.

I singoli neuroni del cervello hanno bisogno di glucosio per produrre ATP, che viene poi utilizzato per alimentare le pompe ioniche che generano differenze di potenziale; tutto ciò consente la trasmissione degli impulsi nervosi. Il cervello utilizza inoltre il glucosio per sintetizzare neurotrasmettitori e recettori.

In totale, si stima che il cervello consumi in media circa 120 g di glucosio al giorno. A differenza del tessuto muscolare, che immagazzina glicogeno, il cervello non dispone di riserve energetiche proprie. Inoltre, il cervello non è in grado di utilizzare gli acidi grassi (i componenti fondamentali dei grassi) come fonte di energia.

Tutto ciò significa che il cervello necessita di un apporto costante di glucosio. A causa di questo fabbisogno energetico, il cervello dispone di diversi meccanismi che regolano con precisione l'apporto di glucosio e che modificano l'appetito, la sensazione di fame, l'assunzione di cibo e il metabolismo del glucosio in risposta alle variazioni dei livelli di glucosio. Questo fenomeno è noto come teoria glucostatica dell'appetito .

Ad esempio, quando i livelli di glucosio nel sangue diminuiscono, ciò stimola i circuiti cerebrali che provocano la sensazione di fame, la quale a sua volta induce ad assumere cibo. Al contrario, è stato dimostrato che l'assunzione di carboidrati e il conseguente aumento dei livelli di glucosio nel sangue riducono la sensazione di fame, stimolano la sazietà (cioè la sensazione di pienezza) e inibiscono l'assunzione di cibo.

Affinché questo meccanismo di regolazione glucostatica funzioni, tuttavia, il cervello deve innanzitutto rilevare i livelli di glucosio nel sangue e nei tessuti circostanti.

PUNTI CHIAVE

• Il nostro cervello è l'organo del corpo che richiede il maggior apporto energetico.
• Il cervello ha bisogno di un apporto costante di glucosio per soddisfare il proprio fabbisogno energetico.
• Il cervello dispone di meccanismi che stimolano la fame quando i livelli di glucosio nel sangue sono bassi e che sopprimono l'appetito quando tali livelli sono elevati.

In che modo il cervello rileva il glucosio?

Il cervello possiede neuroni specializzati, noti come neuroni sensibili al glucosio, che vengono attivati («neuroni eccitati dal glucosio») o inibiti («neuroni inibiti dal glucosio») dal glucosio.

I neuroni sensibili al glucosio sono presenti in densità particolarmente elevata in una parte del cervello chiamata ipotalamo. Questa regione del cervello ospita anche i circuiti che regolano l'equilibrio energetico, l'assunzione di cibo e l'appetito. (Per saperne di più su questi circuiti ipotalamici, consulta l'articolo sul tratto "Resistenza alla leptina").  

Interagendo con i circuiti cerebrali dell'ipotalamo, i neuroni sensibili al glucosio sono in grado di regolare l'assunzione di cibo e l'appetito in risposta alle variazioni dei livelli di glucosio nel sangue.

Fonte: Jordan, S. D., Könner, A. C. e Brüning, J. C. (2010). Rilevamento dei combustibili: la segnalazione del glucosio e dei lipidi nel sistema nervoso centrale nel controllo dell'omeostasi energetica. Cellular and molecular life sciences, 67(19), 3255-3273.

Ma, in primo luogo, in che modo i neuroni sensibili al glucosio rilevano i livelli di glucosio nel sangue?

Uno dei numerosi meccanismi attraverso i quali i neuroni del cervello rilevano il glucosio consiste nell'utilizzo di una proteina trasportatrice del glucosio specializzata chiamata GLUT2.

Il glucosio presente nel flusso sanguigno penetra anche nei capillari cerebrali. Grazie alle proteine trasportatrici del glucosio, come il GLUT1, che ne facilitano la diffusione attraverso le membrane cellulari, il glucosio può attraversare le cellule endoteliali che rivestono i vasi sanguigni e i capillari per raggiungere le cellule di supporto del cervello note come astrociti.

Una volta raggiunti gli astrociti, la proteina trasportatrice GLUT2 consente al glucosio di penetrare nei neuroni sensibili al glucosio. In risposta all'ingresso del glucosio, questi neuroni modificano la loro attività (entrando in uno stato di eccitazione o di inibizione), il che a sua volta produce effetti più ampi sui circuiti cerebrali dell'ipotalamo che regolano la fame e l'appetito.

Fonte: Koepsell, H. (2020). Trasportatori del glucosio nel cervello in condizioni di salute e di malattia. Pflügers Archiv-European Journal of Physiology, 1-45.

Più precisamente, quando i livelli di glucosio nel sangue sono bassi, diminuisce anche l'afflusso di glucosio ai neuroni del cervello. Il "rilevamento" di livelli bassi di glucosio stimola quindi la sensazione di fame, portando all'assunzione di cibo.

Al contrario, quando i livelli di glucosio nel sangue sono elevati, una maggiore quantità di glucosio penetra nei neuroni sensibili al glucosio presenti nel cervello, il che sopprime la fame e stimola il senso di sazietà (sensazione di pienezza).

PUNTI CHIAVE

• Il cervello possiede neuroni sensibili al glucosio che rilevano le variazioni dei livelli di glucosio nel sangue.
• I neuroni sensibili al glucosio esprimono le proteine GLUT2, che consentono al glucosio di passare dal flusso sanguigno ai neuroni e di modificarne l'attività.
• Quando i livelli di glucosio nel sangue diminuiscono, diminuisce anche l'afflusso di glucosio ai neuroni del cervello. Ciò attiva i circuiti cerebrali che stimolano la fame.
• Quando i livelli di glucosio nel sangue aumentano, aumenta anche l'afflusso di glucosio nei neuroni del cervello. Ciò attiva i circuiti cerebrali che sopprimono la fame e stimolano il senso di sazietà.

In che modo le varianti del gene GLUT2 influenzano la percezione del glucosio?

La proteina trasportatrice GLUT2 è codificata dal gene GLUT2 (noto anche come gene SLC2A2).

Studi condotti sia sugli animali che sull'uomo suggeriscono che il gene GLUT2 svolga un ruolo cruciale nella percezione del glucosio e, di conseguenza, nel controllo dell'assunzione di cibo in risposta alle variazioni dei livelli di glucosio nel sangue.

Ad esempio, i topi normali riducono l'assunzione di cibo in risposta alle infusioni di glucosio nel cervello. Al contrario, i topi geneticamente modificati in modo da essere privi del gene GLUT2 (e che quindi non esprimono la proteina GLUT2) non modificano la loro assunzione di cibo in risposta all'infusione di glucosio. Ciò suggerisce che il gene GLUT2 consenta al cervello di rilevare gli aumenti di glucosio e di sopprimere di conseguenza la sensazione di fame.

Negli esseri umani, gli studi si sono concentrati su una variante del gene GLUT2 determinata dal polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) rs5400. Questo SNP provoca una sostituzione di una singola lettera, da "C" a "T", nella sequenza del DNA del gene GLUT2, dando origine a due diverse varianti genetiche, o alleli, denominati "C" e "T".

L'allele "T" codifica per un amminoacido diverso (isoleucina anziché treonina) nella proteina GLUT2. Si ritiene che questa sostituzione amminoacidica possa determinare un cambiamento strutturale, con conseguente riduzione della quantità di glucosio trasportata dalla proteina trasportatrice GLUT2.

Ciò, a sua volta, potrebbe compromettere la sensibilità al glucosio nelle persone portatrici dell’allele «T», sebbene gli studi non abbiano ancora dimostrato direttamente questo fenomeno. Tuttavia, come spiegato nella sezione seguente, è stato dimostrato che i portatori dell’allele «T» assumono quantità maggiori di zuccheri, il che potrebbe essere dovuto a una ridotta sensibilità al glucosio.

PUNTI CHIAVE

• La proteina trasportatrice GLUT2 è codificata dal gene GLUT2 (SLC2A2).
• Lo SNP rs5400 dà origine a due diverse varianti del gene GLUT2: «C» e «T».
• I portatori dell'allele "T" potrebbero presentare una ridotta sensibilità al glucosio a causa della minore capacità della proteina GLUT2 di trasportare il glucosio.
• Una ridotta sensibilità al glucosio può portare a un aumento del consumo di zuccheri nei portatori dell'allele «T».

In che modo le varianti del gene GLUT2 influenzano l'assorbimento degli zuccheri?

Alcuni studi hanno dimostrato che le persone portatrici dell’allele «T» (rs5400) del gene GLUT2 consumano una quantità significativamente maggiore di zucchero al giorno rispetto ai non portatori (ovvero coloro che presentano il genotipo CC).

In uno studio, i ricercatori hanno valutato le abitudini alimentari dei soggetti arruolati in due diversi studi clinici: il Canadian Trial of Carbohydrates in Diabetes e il Toronto Nutrigenomics and Health Study.

Analizzando l'assunzione giornaliera di alimenti nell'ultimo mese, le persone con genotipo CC hanno consumato in media 115 g di zucchero al giorno. Al contrario, i portatori dell'allele «T» hanno consumato 131 g di zucchero al giorno: una differenza media di 16 g in più di zucchero al giorno.

Non sono state riscontrate differenze tra i genotipi per quanto riguarda l'apporto calorico totale, l'assunzione di proteine, grassi o alcol. Ciò suggerisce che il genotipo GLUT2 influisca specificamente sull'assunzione di zuccheri, piuttosto che sull'apporto alimentare complessivo.

Un'ulteriore analisi relativa al tipo di zucchero ha rivelato che i portatori dell'allele «T» assumevano maggiori quantità di glucosio (26,0 contro 23,7 g/giorno), fruttosio (28,0 contro 25,4 g/giorno) e saccarosio (55 contro 47 g/giorno) rispetto ai non portatori.

Ciò è illustrato nella tabella sottostante. (Si noti che gli alleli "C" e "T" sono indicati rispettivamente come alleli "Thr" (treonina) e "Ile" (isoleucina).

Fonte: Eny, K. M., Wolever, T. M., Fontaine-Bisson, B. e El-Sohemy, A. (2008). Una variante genetica del trasportatore del glucosio di tipo 2 è associata a un maggiore consumo di zuccheri in due popolazioni distinte. Physiological genomics, 33(3), 355-360.

Quindi, i portatori dell'allele T consumavano abitualmente più zucchero, ma questo riguardava in particolare qualche alimento specifico?

La questione è importante poiché gli zuccheri sono presenti sia in alimenti generalmente più sani, come frutta e verdura (in particolare verdure quali carote, patate dolci e barbabietole), sia in alimenti tradizionalmente considerati poco salutari (ad esempio pasticcini, dolciumi e biscotti).  

È emerso che, anziché consumare più porzioni di frutta, i portatori dell’allele «T» assumevano una maggiore quantità di dolci (1,45 contro 1,08 porzioni al giorno) e di bevande zuccherate (0,49 contro 0,34 porzioni al giorno) rispetto ai non portatori.

Perché i portatori dell’allele «T» assumevano più zuccheri? Sono necessarie ulteriori ricerche per rispondere in modo definitivo a questa domanda, ma è possibile che le persone portatrici dell’allele «T» del gene GLUT2 presentino una ridotta sensibilità al glucosio.

Secondo la teoria glucostatica dell'assunzione di cibo, una ridotta capacità di rilevare gli aumenti dei livelli di glucosio nel sangue e di trasportare il glucosio nei neuroni sensibili al glucosio nel cervello comporterebbe una forte soppressione della sensazione di fame. Ciò porterebbe a un maggiore consumo di zuccheri.

PUNTI CHIAVE

• Gli studi dimostrano che i portatori dell'allele «T» consumano abitualmente più zuccheri (tra cui glucosio, fruttosio e saccarosio) rispetto a chi presenta il genotipo CC.
• È stato dimostrato che i portatori dell'allele "T" consumano più dolci e bevande zuccherate rispetto a chi presenta il genotipo CC.
• L'allele "T" potrebbe causare una ridotta sensibilità al glucosio nel cervello, il che significa che i portatori di questo allele sono meno sensibili agli aumenti dei livelli di glucosio nel sangue. Ciò potrebbe indurli ad assumere una maggiore quantità di zuccheri.

Il tuo tratto relativo al consumo di zuccheri (GLUT2)

Il tratto "Consumo di zuccheri (GLUT2)" analizza il polimorfismo rs5400 del gene GLUT2. Verrai classificato in una delle due categorie seguenti:

• Rischio di un maggiore consumo di zuccheri: sei portatore dell'allele "T", associato a un maggiore consumo di zuccheri, che potrebbe essere dovuto a una minore sensibilità al glucosio nel cervello.

• Non c'è rischio di un maggiore consumo di zuccheri: non possiedi l'allele "T" associato a un maggiore consumo di zuccheri. Il tuo genotipo è CC.

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