Appunti di Biochimica - parte 3

IL DEI CARBOIDRATI

METABOLISMO

Studieremo cosa accade chimicamente alle principali classi di nutrienti che assumiamo ovvero proteine, lipidi e

carboidrati che fanno parte della classe dei macronutrienti. I micronutrienti invece sono i sali minerali e le

vitamine. I carboidrati sono i nutrienti che assumiamo

maggiormente, l amido è un polimero del glucosio che si

trova in pasta, pane, riso e patate, è composto da due

componenti una ramificata, l amilopectina, e una lineare,

l amilosio, la differenza tra le due tipologie sta nel tipo di

legame che si forma tra le varie molecole di glucosio.

Oltre ai carboidrati complessi assumiamo anche carboidrati semplici ovvero i disaccaridi, alcuni sono il lattosio, il

saccarosio e il maltosio.

Il nostro organismo non riesce ad assumere zuccheri se non in forma monomerica è quindi fondamentale che

ogni legame tra i vari monosaccaridi deve essere idrolizzato altrimenti non si riuscirebbe ad assorbire zuccheri.

L unico alimento che contiene monosaccaridi liberi è il miele perchè i polisaccaridi vengono idrolizzati dalle api

quando producono il miele, è formato da 50% di glucosio e 50% dal fruttosio in proporzioni variabili.

La digestione dei carboidrati avviene attraverso enzimi digestivi, i primi si trovano

nella bocca infatti la digestione inizia all interno della bocca partendo dalla

masticazione che permette di facilitare il lavoro degli enzimi degradando gli alimenti,

durante questo processo viene secreta la saliva dalle ghiandole salivali che è ricca di

acqua e di enzimi, in particolare amilasi salivali che sono enzimi che degradano

l amido e oligosaccaridi di vario tipo. Uno dei principali enzimi di questa famiglia è la

ptialina che si occupa di degradare i polisaccaridi di grosse dimensioni in frammenti

più piccoli ad esempio l amido a livello dei legami 1- 4.

La digestione poi si sposta a livello dello stomaco dove il pH è molto basso per la presenza di HCl secreto dalle

cellule delle pareti dello stomaco, questa secrezione serve sia da antibatterico sia per denaturare le proteine che

poi possono essere attaccate dall enzima pepsina che degrada i legami peptidici che ha la sua massima attvità a

pH 2.

La digestione dei carboidrati a livello dello stomaco però si interrompe perchè la ptialina a pH così bassi viene

denaturata, prosegue invece a livello del primo tratto dell intestino ovvero nel duodeno dove sfocia anche il

dotto pancreatico che trasporta il succo pancreatico dal pancreas all intestino, grazie agli enzimi che sono

contenuti nel succo pancreatico la digestione dei carboidrati viene completata.

Il pancreas riversa nell intestino diverse sostanze tra cui bicarbonato per

far si che il pH acido proveniente dallo stomaco torni neutro, inoltre

produce enzimi come le amilasi pancreatiche che sono gli enzimi che

terminano la digestione dei carboidrati rompendo sia i legami α(1,4) che i

legami α(1,6) liberando dei monosaccaridi di cui il principale è il glucosio.

Le pareti dell intestino non sono lisce ma presentano delle estero flessioni

chiamate villi che permettono di aumentare la superficie dell intestino, i villi a loro

volta presentano dei microvilli formati da cellule che prendono il nome di

enterociti che producono altri enzimi che servono a completare ulteriormente la

degradazione dei carboidrati.

Gli enzimi che vengono prodotti sono:

• La maltasi: trasforma il maltosio in due molecole di glucosio.

• L isomaltasi: trasforma l'isomaltosio in due molecole di glucosio.

• La lattasi: trasforma il lattosio in una molecola di glucosio e una di galattosio.

• La saccarasi: trasforma il saccarosio in una molecola di glucosio e una di fruttosio.

Il nostro organismo produce così tanti enzimi per degradare i carboidrati perchè sono la principale fonte di

energia.

Il pancreas inoltre è responsabile della produzione di enzimi proteolitici, ovvero enzimi che degradano le proteine,

che vengono riversati all interno dell intestino, sono enzimi così potenti che se venissero riversati all esterno

dell intestino potrebbero creare danni enormi. Siccome anche il pancreas è formato da proteine si potrebbe

pensare che gli enzimi che produce potrebbero autodigerire il pancreas stesso, per questo motivo esiste un

meccanismo di regolazione molto efficiente che fa si che quando questi enzimi vengono sintetizzati non sono

nella forma attiva ma sono inattivi per la presenza di una sequenza di amminoacidi aggiuntiva rispetto alla forma

attiva dell enzima. Quando il bolo arriva all interno del duodeno le pareti dell intestino si dilatano rilasciando una

sostanza che stimola il pancreas a rilasciare questi enzimi proteolitici inattivi all interno dell intestino, le cellule

dell intestino producono una sostanza che si chiama enteropeptidasi che degrada anch essa le proteine ma in

questo caso si occupa di tagliare il frammento in più presente sugli enzimi pancreatici determinando la loro

attivazione. L enzima più attivo di quelli rilasciati dal pancreas è la tripsina che un volta attivata oltre a degradare

le proteine alimentari, inizia anche ad attivare gli altri enzimi pancreatici inattivi.

Grazie all azione delle amilasi pancreatiche e delle amilasi intestinali, prodotte dagli enterociti, si ha una

degradazione di tutti gli oligosaccaridi e dei disaccaridi con la produzione dei monosaccaridi che sono gli unici

che possono essere assorbiti dall intestino e ridistribuiti a tutte le cellule dell organismo.

La regolazione del metabolismo dei carboidrati è sotto il controllo di

una serie di ormoni di cui i tre più importanti sono l insulina,

l adrenalina e il glucagone. L insulina e il glucagone vengono

prodotti dal pancreas nelle isole di Langerhans che sono formate da

diversi tipi di cellule delle quali le cellule α producono glucagone

mentre le cellule β producono insulina.

L insulina e il glucagone hanno effetto opposto, l insulina è un ormone ipoglicemizzante ovvero determina

l abbassamento dei livelli di glicemia ovvero la concentrazione di zucchero nel sangue, la normo glicemia

corrisponde ad una quantità di zucchero nel sangue che deve oscillare tra 60 e 110 mg/dl. Il glucagone è un

ormone iperglicemizzante ovvero alza i livelli di glicemia, aumenta la concentrazione di glucosio nel sangue.

L adrenalina è prodotta dalle ghiandole surrenali più precisamente dalla corticale delle

ghiandole surrenali, questo ormone risponde a vari stimoli come l eccitazione, la paura,

l attività fisica, è un ormone iperglicemizzante e serve a rendere ancora più disponibile il

glucosio nel sangue per una specifica necessità.

Dopo un pasto nel sangue si ha un aumento della concentrazione

di glucosio che determina la liberazione da parte del pancreas

dell insulina che viene riversata direttamente nel sangue la quale

stimola l assorbimento del glucosio da parte delle cellule. La

maggior parte del glucosio viene assorbita dal muscolo

scheletrico che lo trasforma in una forma di riserva, un 10% viene

assorbita dal fegato, un 4-5% viene assorbito dal tessuto adiposo

e la quantità rimanente viene assorbita dal resto delle cellule.

Il pancreas ha due modalità di secrezione, si parla di pancreas esocrino quando riversa i suoi prodotti

nell intestino e di pancreas endocrino quando riversa i suoi prodotti nel sangue.

Il glucosio non può attraversare passivamente la membrana plasmatica in assenza di trasportatori, a tal

proposito l evoluzione ha portato alla formazione di molti trasportatori diversi che prendono il nome di GLUT, si

parla di trasporto facilitato perchè non consuma energia, questi trasportatori sono delle proteine che si

trovano sulla membrana delle cellule e sono in grado di legare il glucosio all esterno e portarlo dentro la cellula,

funzionano anche nella direzione inversa dall interno all esterno della cellula, funzionano secondo gradente.

L esistenza di varie tipologie di GLUT è legata alle diverse

tipologie di tessuti su cui lavorano ma anche a una funzionalità

diversa, non tutti hanno la stessa affinità per il glucosio (k m

differente), inoltre uno in particolare, il GLUT4 è regolato

dall insulina che stimola l assorbimento di glucosio nel muscolo e

tessuto adiposo.

I GLUT oscillano tra diverse conformazioni, quando il GLUT4 è pronto a ricevere glucosio dall esterno si lega ad

esso dalla parte esterna, quando sono legati il trasportatore cambia conformazione e si apre sul lato

intercellulare e il glucosio viene rilasciato all interno della cellula, il legame che si rompe fa tornare il trasportatore

nella sua configurazione iniziale.

Il trasporto facilitato si distingue dal trasporto attivo che svolge lo stesso compito ma ha bisogno di consumare

ATP, non è il caso del GLUT4.

L insulina regola l assorbimento del glucosio all interno del muscolo e del tessuto adiposo, il meccanismo con cui

agisce consiste nella presenza di un recettore dell insulina che attraversa completamente la membrana delle

cellule, l insulina muovendosi all interno del sangue raggiunge questo recettore, due molecole di insulina si legano

nella parte extracellulare del recettore inducendone un cambiamento conformazionale che si trasmette in tutta la

proteina fino alla porzione intracellulare. Il recettore dell insulina in realtà è un enzima perchè è in grado di

catalizzare una reazione ma è attivo solo quando è legato all insulina, la sua azione enzimatica viene svolta nella

porzione citoplasmatica, questo enzima è una chinasi (k) ovvero una transferasi cioè un enzima che trasferisce

qualcosa da un donatore ad un accettore, nel caso delle chinasi il donatore è sempre ATP, quello che

trasferiscono è un gruppo fosfato, in questo caso l accettore è uno degli amminoacidi della proteina stessa in

particolare dei residui di tirosina, le due catene dell enzima-recettore si fosforilano a vicenda, avviene una trans

fosforilazione dove circa 8 residui di tirosina diventano fosfotirosina.

La fosforilazione dei residui di tirosina è il punto di

partenza per attivare una via di segnalazione

ovvero una serie di eventi di segnalazione che

portano ad un fenomeno finale, quando la tirosina

si fosforila diventa un recettore attivato, delle

proteine che si trovano all interno della cellula

adesso possono legarsi al recettore, queste

proteine sono le IRS (Insuline Receptor Substrate)

e possono legarsi al recettore solo se sono nella

forma fosforilata, successivamente un altro enzima,

il PI3K, si aggancia all IRS-1 e viene attivato, questo

enzima è una chinasi e attiva un ulteriore enzima che è il PKB che va a bersagliare delle vescicole che si trovano

all interno della cellula che hanno una membrana formate da un doppio strato fosfolipidico sulla quale è presente

il GLUT4. Attraverso questa via di segnalazione si attiva la traslocazione di questa vescicola verso la membrana

della ce