28 Vitamine idrosolubili, struttura e funzioni

Vitamine idrosolubili

• Né energetiche perché non sono utilizzate per fare fosforilazione a livello del substrato.
• Né plastiche perché non sono utilizzate per formare componenti strutturali delle membrane, né degli organuli intracellulari.

L'organismo non è in grado di sintetizzarle anche se, in piccola parte, alcune possono essere sintetizzate, ma in quantità minore al fabbisogno => serve comunque un apporto esogeno.

Si classificano in base alla loro solubilità.

Liposolubili

A. Alcune, essendo di origine alimentare, sono trasportate come chilomicroni, altre però sono trasportate da proteine specifiche (A e D).

Idrosolubili

B. Vitamine: composti organici chimicamente eterogenei che non hanno né funzioni “plastiche” né funzioni energetiche, ma servono allo svolgimento di specifiche funzioni cellulari.

Vitamine del gruppo B

• Niacina (Vitamina B₃).
• Riboflavina (Vitamina B₂).
• Acido lipoico.
• Tiamina (Vitamina B₁).
• Piridossina (Vitamina B₆).
• Biotina.
• Acido folico.
• Vitamina B₁₂.
• Acido pantotenico.

L’essenzialità delle vitamine nell’organismo umano

L’essenzialità delle vitamine nell’organismo umano dipende dal ruolo che esse svolgono:

• Coenzimi.
• Cromofori per la visione.
• Precursori di ormoni.
• Regolatori dell’espressione genica.
• Antiossidanti.

Vitamine idrosolubili del gruppo B e coenzimi derivati

Le vitamine del gruppo B sono importanti per costituire i coenzimi = molecole che permettono l'attività dell'enzima associandosi all'enzima stesso => sintomi da carenza di una specifica vitamina possono essere dovuti ad un inadeguato apporto dietetico oppure ad una ridotta capacità di sintetizzare l'enzima.

In genere esplicano la loro azione fisiologica solo dopo essere state trasformate nell'organismo nei corrispondenti coenzimi.

Vitamina e coenzima derivato

Coenzimi di ossidoriduzione

• Riboflavina (vitamina B₂) ------------------------> Coenzimi flavinici (FMN e FAD).
• Niacina (vitamina PP o B₃) -----------------------> Coenzimi nicotinammidici (NAD⁺ e NADP⁺).
• Acido lipoico ------------------------------------------> Lipoil-lisina.

Coenzimi di trasferimento

• Tiamina (vitamina B₁) => Tiamina pirofosfato (TPP).
• Acido pantotenico (vitamina B₅) => Coenzima A (CoASH).
• Biotina => Proteina trasportatrice di acili (ACP), Biotinil-lisina.
• Piridossina (vitamina B₆) => Piridossalfosfato (PALP).
• Acido folico => Tetraidrofolati.
• Cobalamina (vitamina B₁₂) => Metilcobalamina, Deossiadenosilcobalamina.

Acido lipoico o lipoato

Acido lipoico (o lipoato) (acido 6,8-ditioottanoico).

Forma ossidata, forma ridotta, forma acilata.

R-acido lipoico, legame tioestere, acido lipoico, O-As-R.

Pseudovitamina perché gli animali superiori lo sintetizzano in quantità adeguate a partire da acido ottanoico o acido caprilico.

H O₂, residuo di lisina dell’enzima, R-As.

Reagisce con elevata affinità con ioni arsenito e ioni Hg²⁺ che lo inattivano.

E₂ (lipoillisina), catena polipeptidica, complesso inattivato dell’enzima E₂ (diidrolipoil transacetilasi).

L'acido lipoico viene legato covalentemente all'enzima attraverso un legame carboammidico ad un residuo di lisina del sito catalitico formando la lipoil-lisina.

L'acido lipoico ha due atomi di S che possono essere ossidati (ponte S-S) oppure ridotti (gruppi tiolici, di cui uno è in grado di legare un gruppo acilico formando un legame tioestere).

Il gruppo SH è molto reattivo nei confronti di ioni arsenico e Hg, che inattivano la molecola.

Funzione dell’acido lipoico

Nelle reazioni di decarbossilazione ossidativa.

Coinvolto nelle reazioni di decarbossilazione ossidativa => una sua deficienza compromette la funzionalità del ciclo del TCA, impedisce il completo metabolismo del glucosio da cui il Pir deriva e, soprattutto a livello muscolare, l'utilizzazione degli amminoacidi a scopo energetico trasformandoli in acil-CoA.

Nel fegato non si trova la deidrogenasi responsabile di questa utilizzazione: se non ci fossero adeguati livelli di acido lipoico, gli amminoacidi a catena ramificata non potrebbero essere utilizzati.

Nella sua forma legata alla lisina (come lipoammide), è insieme alla TPP un cofattore necessario per la decarbossilazione ossidativa degli α-chetoacidi; partecipa tra l'altro al complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi e della α-chetoglutarato deidrogenasi.

Acido lipoico 1, acido lipoico 2, CoA.

Amminoacido a catena ramificata (Val, Leu, Ile), acil-CoA deidrogenasi degli amminoacidi a catena ramificata.

Tiamina o Vitamina B₁

È formata da un anello pirimidinico (2,5-dimetil-6-ammino pirimidina) e da un anello tiazolico (4-metil-5-idrossietil tiazolo), legati tra loro da un ponte metilenico.

La tiamina è fondamentale per la biosintesi del coenzima tiamina pirofosfato (TPP), che svolge un ruolo cruciale nelle reazioni del metabolismo dei carboidrati.

Anche la TPP è indispensabile per il metabolismo dei carboidrati. Si forma per pirofosforilazione sull'OH della tiamina a spese di 1 ATP; è presente un po' in tutte le cellule e la reazione è particolarmente attiva nell'epatocita => patologie al fegato possono portare a patologie con sintomi da carenza di tiamina anche se non c'è effettivamente carenza di tiamina.

Struttura chimica e biosintesi del coenzima tiamina pirofosfato (TPP)

Tiamina.

La tiamina pirofosfato interviene:

• Nelle reazioni di decarbossilazione ossidativa degli α-chetoacidi.
• Nelle reazioni di transchetolazione.
• Nella reazione di α-ossidazione degli acidi grassi con sostituenti metilici in posizione 3.

Una sua carenza non permetterebbe l'interconversione fra zuccheri che avviene nella via dello shunt.

Ad esempio, l’acido fitanico, un acido derivante dal fitolo presente nella clorofilla ed assunto dall’uomo attraverso il latte e la carne dei ruminanti.

Il centro attivo della TPP è il C2 dell’anello tiazolico che tende a perdere il protone per formare un carbanione.

Dato che hanno un CH₃ sul Cβ, non potrebbero essere β-ossidati => devono prima rimuovere il gruppo carbossilico in α, in modo che il CH₃ si ritrovi sul C2 e quindi il C possa subire la β-ossidazione.

Non potrebbero essere β-ossidati se prima non subissero l'α-ossidazione (si ottiene in questo caso il propionil CoA).

Deficit di tiamina sono associati anche all'Alzheimer perché è correlata al metabolismo del glucosio e una carenza di glucosio a livello cerebrale diminuisce le sue capacità.

Funzione del coenzima tiamina pirofosfato (TPP) nella decarbossilazione ossidativa degli α-chetoacidi

La TPP interviene nella decarbossilazione degli α-chetoacidi con formazione di derivati acil~CoA e perdita di CO₂ => funge da cofattore per enzimi come la piruvato deidrogenasi, l'α-chetoglutarato deidrogenasi e la deidrogenasi degli α-chetoacidi a catena ramificata.

TPP agisce perché l'H presente sull'anello tiazolico può essere dissociato: la dissociazione forma un carbanione che può legarsi al C carbonilico dei β-chetoacidi con la formazione di un intermedio idrossietilico o idrossibutirrilico, a seconda dell'enzima coinvolto, stabile per risonanza => serve per stabilizzare un intermedio di reazione.

Il centro attivo della TPP è il C2 dell'anello tiazolico, che tende a dissociare il protone per formare un carbanione. Questo attacca, con meccanismo nucleofilo, il C carbonilico dell'α-chetoacido e quindi va incontro a decarbossilazione.

CoA, amminoacido a catena ramificata (Val, Leu, Ile), acil-CoA deidrogenasi degli amminoacidi a catena ramificata.

Meccanismo d’azione della TPP nella decarbossilazione ossidativa degli α-chetoacidi

O -CH₃-C-COO, piruvato, TPP, CO₂, CH₃-C-TPP, idrossietil-TPP, OH, CoASH, CH₃-C~SCoA, acetil-CoA.

O-COO, HO, TPP, OH, O, C, TPP, C~SCoA, C, O, TPP, CoASH, CO₂, CH₂CHCH₂, CH₂CHCH₂, -COO, COO-, COO, idrossibutirril-TPP, succinil-CoA, α-chetoglutarato.

Coenzima tiamina pirofosfato (TPP) nella interconversione degli zuccheri da parte della transchetolasi

È importante anche per le transchetolasi che trasferiscono unità bicarboniose tra pentosi: la TPP perde l'H, forma il carbanione cedendo H all'enzima; il carbanione può legare il gruppo cheto del chetoso donatore dell'unità bicarboniosa => si forma un intermedio stabile per risonanza che permette la reazione.

La transchetolasi è l'enzima responsabile dell'interconversione dei pentoso fosfati, intermedi per la sintesi del ribosio.

TPP, transchetolasi, gliceraldeide, ribosio 5-fosfato, sedoeptulosio 7-fosfato, xilulosio 5-fosfato, 3-fosfato.

Tiamina pirofosfato (TPP), sedoeptulosio 5-fosfato, carbanione della TPP, ribosio 5-fosfato, xilulosio 5-fosfato, stabilizzazione per risonanza, gliceraldeide 3-fosfato, diidrossietil-TPP.

Tiamina o Vitamina B₁: fonti alimentari e deficit

• Fonti alimentari: abbondante nei cereali integrali (crusca di frumento) e riso, nella carne (specie se di maiale), nelle noci e nei legumi; piselli, lenticchie, fagioli; assente nel riso brillato e pane bianco.
• Fabbisogno nell’adulto: 1-1,5 mg/giorno. La carenza di tiamina porta ad una carenza di TPP e quindi ad un alterato metabolismo del glucosio a livello del SNC.
• Deficit di Vitamina B₁: carenza di tiamina provoca la malattia nota come beri beri.

Sintomi della malattia coinvolgono soprattutto il sistema nervoso e cardiaco. Nella forma secca il beri-beri si manifesta con polineurite periferica (ischialgia, brachialgia); nella forma umida il beri-beri è caratterizzato da polineurite periferica, edemi diffusi e insufficienza circolatoria.

In ogni caso si sviluppano polineuriti => coinvolgimento del SNC.

Deficit di Tiamina è frequente negli alcolisti per scarso assorbimento (l’etanolo ne altera l’assorbimento intestinale) e/o perché le lesioni epatiche riducono la capacità del fegato di convertirla nel coenzima TPP.

Deficit di Tiamina si può avere anche per un eccesso di tiaminasi, enzima prodotto dalla flora batterica intestinale che demolisce la tiamina nei due anelli costituenti inattivandola.

Acido pantotenico o Vitamina B₅

È formato da β-alanina e acido pantoico uniti per formazione del legame carboammidico. È indispensabile perché è fondamentale per la sintesi del CoA e per la proteina trasportatrice di acili, indispensabili a loro volta per il metabolismo degli acidi.