Le sostanze chimiche nella storia dell’umanità:

Acido Ascorbico

Classe 5TA Liceo Scientifico Tecnologico A.S. 2011/12

Al contrario di quasi tutte le altre specie animali non sono in grado di sintetizzare una molecola, di per sé non particolarmente complessa, ma molto importante per il buon funzionamento dell’organismo: l’acido ascorbico, chiamato anche vitamina C.

Che cosa hanno in comune uomo, cavia, pipistrello e gorilla?

La carenza di vitamina C provoca lo scorbuto, malattia conosciuta già dagli Egizi nel 1500 a.C., citata da Ippocrate nel V secolo a.C., diffusa durante le Crociate e tra le popolazioni dell’Europa settentrionale che si nutrivano per gran parte dell’anno con una dieta carente di frutta e verdura fresca.

Un po’ di storia …

Ippocrate di Kos

Tratto da The Memoirs of the Lord of Joinville, ca 1300, il brano descrive i sintomi devastanti della malattia nell’esercito di Luigi IX durante la Settima Crociata (1248-1254)

”… da questa sventura, insieme all’insalubrità del paese, dove non cade mai una goccia di pioggia, siamo stati colpiti dal “morbo da accampamento”, a tal punto da far raggrinzire la carne dei nostri arti e da far ricoprire la pelle delle nostre gambe di macchie scure e maleodoranti come un vecchio cavastivali, e da attaccare anche le gengive di quelli che avevano contratto la malattia, e nessuno poteva scappare da questa malattia se non attraverso la morte. Questo era il segnale: quando il naso cominciava a sanguinare allora la morte era alle porte …”

A partire dal Quattrocento, lo sviluppo della vita marinaresca provocò un aumento esponenziale dei casi di scorbuto, perché i viaggi via mare si fecero più lunghi e i marinai furono costretti a dipendere da cibo conservato per tempi piuttosto prolungati. Si stima che circa un milione di marinai perirono durante le esplorazioni europee dal 1500 al 1800.

Vasco de Gama - 1497, quando doppiò Capo di Buona Speranza nell’esplorazione della rotta commerciale delle Indie, aveva già perso 160 dei suoi uomini

Ferdinando Magellano - 1519- 1522, durante la prima circumnavigazione del globo subì la perdita di più dell’80% del suo equipaggio

Jacques Cartier - 1535-1536, durante l’esplorazione delle coste canadesi, curò il suo equipaggio con una bevanda a base di estratti di pino rosso

Nel 1747 James Lind, medico della Marina Britannica, effettuò la prima sperimentazione clinica storicamente documentata: egli somministrò a sei coppie di marinai malati di scorbuto rispettivamente sidro, vetriolo, aceto, acqua di mare, arance e limoni e una miscela composta da ingredienti vari tra cui spezie e aglio, dimostrando che il trattamento con agrumi era il più efficace. I risultati vennero pubblicati nel 1753nel “Treatise on the Scurvy”, ma non vennero presi in considerazione fino al 1795, quando la Marina Britannica introdusse succo di limone nella dieta dei marinai, determinando la drastica riduzione dei casi di scorbuto.

Nel 1770 l’Endaevour, la nave di James Cook, si incagliò nella Barriera Corallina: i marinai, sani e in forze, riuscirono a risolvere una situazione che non sarebbe mai potuta essere sostenuta da un equipaggio devastato dallo scorbuto, che Cook aveva conosciuto in un precedente viaggio.Per quella esperienza egli si propose di non perdere un solo uomo a causa della malattia, assicurando nelle razioni dei suoi marinai la presenza di cibi antiscorbuto come i crauti.

Nel 1921 l’acido ascorbico venne classificato come vitamina, ma la malattia persistette in varie parti del mondo fino agli anni ’30 del XX secolo, quando venne isolato dai ricercatori Albert Szent- Györgyi e Charles Glenn King e successivamente sintetizzato da Walter Norman Haworth e Tadeus Reichstein. Nel 1937, per i loro risultati, Haworth e Györgyi ricevettero il premio Nobel rispettivamente per la Chimica e per la Medicina.

Albert Szent- Györgyi

Charles Glenn King

Walter Norman Haworth

Tadeus Reichstein

Nel 1955 J.J. Burns scoprì che ilmotivo per cui alcuni mammiferi non riescono a produrre l’acido ascorbico è la mancanza dell’enzima L-gulonolattone ossidasi, che ne permette la sintesi.

Successivamente si è scoperto che il gene per la L-gulonolattone ossidasi è presente nell’uomo in forma di pseudogene, mutato e incapace di funzionare: esso è stato localizzato sul braccio corto del cromosoma 8 e contiene solo 5 dei 12 esoni che costituiscono il gene funzionante.

Acido ascorbico C6H8O6

5-(1,2-diidrossietil)-3,4-diidrossifurano-2-one

- sostanza cristallina incolore, inodore, di sapore acido - molto idrosolubile - pH ≈ 2,5 - rotazione ottica specifica +20 gradi - solo l’enantiomero L è biologicamente attivo e corrisponde alla vitamina C

Scheda chimica

Nei vegetali è particolarmente abbondante nei frutti, nelle foglie e nei fiori. Particolarmente ricchi di vitamina C sono kiwi, agrumi, fragole, peperoni, pomodori, patate, spinaci, tuttavia essa tende a decomporsi facilmente all’aria, alla luce, al calore e per azione di sostanze alcaline e metalli come il rame: la cottura ne può ridurre del 75% il contenuto.

Gli animali sintetizzano l’acido ascorbico trasformando il glucosio in ascorbato attraverso quattro tappe enzimatiche del ciclo dell’acido glucuronico

L’uomo non possiede l’ultimo enzima epatico di questa via metabolica, la L-gulonolattone ossidasi, e quindi deve assumere la vitamina C con la dieta.

La quantità massima di acido ascorbico che può essere presente nell’organismo umano è di 5 g, concentrato soprattutto nel fegato e nelle ghiandole surrenali, ma si trova in discreta misura anche nel latte umano La quantità che non viene immagazzinata nei tessuti è eliminata con le urine, dopo un parziale riassorbimento nei tubuli renali per trasporto attivo Na+ dipendente.

L’assorbimento della vitamina C avviene nello stomaco e nell’intestino tenue attraverso un meccanismo di trasporto facilitato Na+ dipendente: a basse dosi dietetiche è quasi completo, ma tende a diminuire a dosi superiori a 1g. Stress, fumo e alcuni farmaci ne riducono le concentrazioni plasmatiche. Nel plasma la vitamina C è presente al 90-95% come acido ascorbico trasportato dall’albumina e al 5-10% come acido deidroascorbico.

Tabella dose giornaliera - concentrazione plasmatica

* degenerazione generalizzata del tessuto connettivo per insufficiente produzione di collagene e, in fase avanzata, da emorragie per la fragilità dei vasi sanguigni, perdita dei denti, insufficiente cicatrizzazione delle ferite, dolore e degenerazione delle ossa oltre che insufficienza cardiaca; nei bambini si osserva anche un arresto della crescita (morbo di Barlow). Più frequenti oggi sono alcune forme precarenziali, collegabili all’aumento dello stress ossidativo e dei radicali liberi, con una sintomatologia caratterizzata da affaticamento, irritabilità e infezioni respiratorie più acute.

concentrazione plasmatica

pool di riserva

condizioni normalidose minima giornaliera 5-10 mgdose giornaliera raccomandata 60 mg

0,5 mg/dl0,8 mg/dl

600-1000 mg600-1500 mg

condizioni patologiche = scorbuto* 0,15 mg/dl 300 mg

Azione biologica L’acido ascorbico:• interviene come antiossidante nei processi di difesa cellulare favorendo

l’eliminazione dei radicali liberi causa dell’invecchiamento e dell’insorgenza di tumori

• interviene nella sintesi del collagene, componente fondamentale dei tessuti connettivi, struttura di rinforzo nella pelle, nei vasi sanguigni, nei muscoli e nelle ossa e in genere dei componenti della matrice intercellulare

• interviene nell’idrossilazione della dopamina per formare adrenalina e noradrenalina

• interviene nella sintesi degli acidi biliari• svolge azione di cofattore in diverse reazioni metaboliche• favorisce la riduzione dell’acido folico nelle sue forme coenzimatiche• favorisce l’assorbimento intestinale del ferro riducendo Fe(III) a Fe(II)

Azione chimicaLe numerose funzioni attribuite alla vitamina C sono riconducibili al fatto che si tratta di un valido donatore di elettroni e quindi alla sua capacità di favorire reazioni di ossidoriduzione.La forte azione riducente è dovuta alla presenza nella molecola di un gruppo enediolico che può donare un elettrone: in questo modo si forma l’acido semideidroascorbico che può, a sua volta, donare un secondo elettrone formando l’acido deidroascorbico.

acido ascorbico acido deidroascorbico

La produzione di vitamina C utilizza come substrato il D-glucosio e si avvale di colture di Acetobacter suboxydans che operano un’ossidazione enzimatica necessaria al processo, per il resto costituito unicamente da passaggi chimici.Poiché in natura esistono batteri in grado di compiere alcune reazioni della sintesi della vitamina C, per meglio rispondere alle direttive UE sulla derivazione naturale degli aromi naturali è stato messo a punto anche un metodo che utilizza esclusivamente colture di Erwinia herbicola modificata geneticamente, in grado di produrre vitamina C direttamente dal glucosio senza trattamenti puramente chimici.

Erwinia herbicola

Uso industrialePer la spiccata azione antiossidante, l’acido ascorbico viene utilizzatonelle industrie alimentari quale additivo per la conservazione dei cibi, inoltre, come acidificante, protegge anche dal botulismo.Nelle etichette, la sua presenza è indicata dalle sigle internazionali:• E300 acido ascorbico• E301 ascorbato di sodio• E302 ascorbato di calcio• E303 ascorbato di potassio (non più approvato dall’UE)• E304 estere ottenuto dall’unione dell’acido ascorbico con un acido

grasso (palmitato o stearato)

Determinazione sperimentale del contenuto di vitamina C in succhi di frutta (limone, clementina, succo mela carota limone)

Premessa In questa determinazione si sfruttano le proprietà riducenti dell’acido ascorbico. In presenza di una soluzione acquosa contenente iodio, l’acido ascorbico si ossida ad acido deidroascorbico incolore e riduce lo iodio a I- secondo la reazione:

C6H8O6 + I2 ⟶ C6H6O6 + 2H+ + 2I-

Esperienza di laboratorio

1^ fase• Si prepara una soluzione contenente 1 g di acido ascorbico /1 litro (1 g/l = 1mg/ml) e se ne versano 10 ml (= 10 mg di acido ascorbico) in un becher.• Si versano 50 ml di soluzione di Lugol in una buretta. • Si prepara una sospensione di amido e se ne aggiungono 10 gocce alla soluzione di acido ascorbico, con la funzione di indicatore.

Si titola la soluzione di acido ascorbico con la soluzione di Lugol fino alla comparsa nel becher di una colorazione blu persistente per almeno 20 secondi, che indica la reazione dello iodio con l’amido dopo l’esaurimento di tutto l’acido ascorbico.Il volume di soluzione di Lugol registrato a questo punto, 3,9 ml, rappresenta la quantità che ha reagito con l’acido ascorbico (10 mg) presente nel becher, da cui si calcola che 1 ml di soluzione reagisce con 2,56 mg di acido ascorbico.

2^ faseSi utilizza la stessa procedura per saggiare i campioni di succo di frutta da analizzare, moltiplicando per 2.56 mg i ml di soluzione di iodio registrati.

campioni ml di soluzione di Lugol

mg calcolati di acido ascorbico

spremuta di limone 1,20 ml 3,07 mg

spremuta di clementina 2,15 ml 5,50 mg

succo mela carota limone 0,73 ml 1,86 mg

Bibliografia e sitografia

Penny Le Couteur-Jay Burreson “I bottoni di Napoleone” ed. TEA 2008David L. Nelson e Michael M. Cox “I principi di biochimica di Lehninger” , 4^ed. Zanichelli 2006Moruzzi-Rossi-Rabbi “Principi di Chimica biologica” Libreria Universitaria Tinarelli Bologna 1975Goodman-Gilman “Le basi farmacologiche della terapia” 2^ed.it. Zanichelli 1987Meyers-Jawetz-Goldfien “Farmacologia medica” 2^ ed.it. Piccin editore 1982

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