7 - Tessuto muscolare

SINTESI ENDOGENA DI CREATINA

La Creatina può essere di origine esogena (prevalentemente in carne e latticini) ma il tessuto

muscolare non riesce ad assimilarla in maniera efficiente, solo un muscolo allenato la assimila in

piccole dosi. La creatinina maggiormente utilizzata dal muscolo deriva dalla sintesi endogena che

avviene de novo a partire da 3 aas: Arginina + Glicina + Metionina (sapere le strutture).

1. Arginina + Glicina → Ornitina + Acido guanidinoacetico

L’Arginina presenta nella catena laterale un carbonio legato con un legame singolo ad un

gruppo amminico e con un legame doppio ad un NH, questo complesso è noto come gruppo

amidinico. Il gruppo amidinico viene ceduto alla glicina ad opera dell’enzima Arginina-

glicina-amidino-transferasi (AGAT) con formazione di Ornitina (dall’arginina) e Acido

Guanidino-acetico (dalla glicina). L’AGAT è localizzata a livello renale.

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Il nome deriva dall’acetato = CH2-COOH

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2. Guanidino-acetato + S-Adenosil-metionina → Creatina

Il Guanidino-acetato viene captato dal fegato dove viene addizionato di un gruppo metilico ad

opera dell’enzima adenosilmetionina-guanidinoacetato-metiltransferasi (GAMT) con

formazione di Creatina. Il principale donatore di gruppi metilici è l’S-adenosilmetionina che si

forma dalla metionina (R= -CH2-CH2-S-CH3) in presenza di ATP per addizione di

un’adenosina a livello dell’atomo di zolfo; la reazione è catalizzata da MAT (metionina-

adenosil-transferasi).

Cosa succede all’S-adenosil-metionina (SAM) che ha perso il gruppo metilico?

Si trasforma in S-adenosil-omocisteina che viene scissa in Adenosina + omocisteina.

L’omocisteina può essere riutilizzata:

Per formare cisteina (via metabolica complessa) importante per la sintesi di GSH.

• Per riformare metionina tramite addizione del gruppo metilico; intervengono in questa

• reazione le vit B12 (cianocobalamina) e B9 (acido folico).

Ricorda bene la localizzazione degli enzimi AGAT (rene) e GAMT (fegato)

Cosa succede quando la creatina raggiunge cervello e muscoli?

Dal citosol va all’interno dei mt della cellula muscolare dove, in presenza di ATP e della creatin-

kinasi (CK) ciene convertita in P-creatina. La P-Cr migra nel citosol a livello dei siti dove c’è

elevata richiesta energetica e cede il suo gruppo fosfato all’ADP per formare ATP che può essere

utilizzato. che rimane a disposizione del muscolo per cedere -P all’ADP (shuttle Cr/PCr).

Esistono patologie severe e molto rare a carico del tessuto muscolare causate da un deficit di

creatina. Tale deficit può essere dovuto a:

- Assenza del trasportatore della creatina.

- AGAT (arginina-glicina-amidino-transferasi) deficienza a livello renale.

- GAMT (guanidinoacetato-adenosilmetionina-metiltransferasi) deficienza a livello epatico.

La forma più comune è la GAMT deficienza che porta a deficienza di creatina e ad un accumulo di

guanidino-acetatoto. Il quadro clinico è caratterizzato da ritardo sviluppo, deficit cognitivi, crisi

epilettiche, movimenti disordinati, problemi comportamentali e tossicità data dall’accumulo di

guanidino-acetato (molto tossico a livello cerebrale). 5

É possibile sopperire al deficit di Creatina mediante la creatina esogena ma cone elimina il

guanidino acetato? Non esiste uno screening neonatale perché la malattia è rara ma è importante

una diagnosi rapida per intervenire:

1. Con un’alimentazione ricca in Creatina.

2. Evitando l’accumulo di guanidino acetato mediante alimentazione povera di Arginina associata

all’utilizzo di sodio-benzoato che sembra ridurre la disponibilità di glicina, e ricca in Ornitina

(sfrutto la retroinibizione dell’ornitina nei confronti di AGAT).

3. Mediante Terapia enzimatica sostitutiva: fornisco l’enzima GAMT (i substrati ce li ha il

paziente) per ridurre la quantità di guanidin-acetato e formare Cr. Nel laboratorio della prof è

stata sintetizzata la GAMT ricombinante ed anche la MAP ricombinante e si spera in un futuro

di poter utilizzare questo trattamento nei pazienti affetti da GAMT deficienza.

FONTI DI ENERGIA PER LA CONTRAZIONE MUSCOLARE

A seconda dell’attività svolta, qual è il substrato da cui si trae energia?

La PCr ha il compito principale di supportare l’attività muscolare nell’immediato ed in particolare

nelle fibre rapide, permettendo la ricostituzione rapida dell’ATP per la contrazione muscolare. Con

il passare dei secondi inizia la produzione di ATP mediante il ciclo di Krebs (nelle fibre rosse) e

glicogenolisi + fermentazione lattica (nelle fibre bianche). Ma anche la quantità di glicogeno

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diminuisce per cui le fibre bianche non possono supportare un lavoro intenso per molto tempo.

Nella fase di recupero il glicogeno verrà poi ricostituito.

PCr e glicogeno muscolare sono quindi le fonti energetiche principali per formazione di ATP

necessario per la contrazione muscolare delle fibre bianche.

Le fibre rosse traggono invece energia dalla completa ossidazione di: acidi grassi (NEFA), corpi

chetonici e glucosio ematico. Nei momenti di riposo, ad esempio per il mantenimento della

postura, vengono utilizzati in via preferenziale gli acidi grassi, il glucosio inizia ad essere utilizzato

solo quando ci muoviamo in maniera attiva. All’interno delle fibre muscolari (soprattutto di tipo 1)

ci sono delle goccioline lipidiche che rappresentano un modesto deposito di TAG.

Come avviene il deposito di TAG nel muscolo?

Il tessuto muscolare non può fare liponeogenesi ma forma TAG di riserca coniugando gli acidi

grassi al Glicerolo-3P. Ma come fa a formare il glicerolo-3P? Conosciamo 3 vie per formare

glicerolo-3P:

1. Dal diidrossiacetoneP della glicolisi.

2. Dalla lipolisi dei TAG nel tessuto adiposo si formano acidi grassi e glicerolo che vengono

immessi in circolo; tuttavia per utilizzare questo glicerolo è necessari la glicerolochinasi che lo

fosforili in posizione 3. Questa glicerolo chinasi sembrerebbe presente, oltre che nel fegato,

anche nel muscolo ma in piccolissima quantità.

3. Attraverso la Gliceroneogenesi. Sembrerebbe infatti che nel muscolo così come nel tessuto

adiposo sia presente una PEPCK muscolare (fosfoenolpiruvato carbossichinasi) e che il

muscolo sappia pertanto fare la gliceroneogenesi a partire dal Lattato. Questa ultima via sembra

la più probabile. Infatti sembra che il glicerolo3P nel muscolo non derivi dal glucosio, non

derivi dalla glicerochinasi ma derivi dal lattato.

partendo dal glicogeno ottengo 3ATP in maniera rapida due nel passaggio da 1,3bPglicerato a 3Pglicerato e due da

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Fosfoenolpiruvato a Piruvato, a questi va sottratto quello speso da Fru6P a Fru1,6P. La resa è di 3 contro la resa di 2 che

si ha partendo dal glucosio perché partendo dal glucogeno ottengo Glu1P. 6

Nel muscolo è inoltre presente l’AcetilCoA-carbossilasi di tipo II .

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L’enzima catalizza la sintesi di Malonil-Coa ma se il muscolo non fa liponeogenesi a cosa gli serve?

L’enzima ha esclusivamente una funzione regolatoria: il MalonilCoA è infatti un inibitore della

carnitina-acil-transferasi I ed impedisce quindi l’ingresso degli acidi grassi nei mitocondri per fare

b-ox. L’AcetilCoA-carbossilasi di tipo II regola la concentrazione di MalonilCoA all’interno della

cellula che a sua volta regola la quantità di acidi grassi che devono essere b-ossidati.

Quando deve avvenire la b-ox nel muscolo?

Quando il muscolo sta lavorando in modo prolungato. In questo contesto viene utilizzato molto ATP

con formazione di ADP che diventa substrato della Miocinasi per formare ATP + AMP. Aumenta

quindi la concentrazione dell’AMP che attiva la AMPK. Tra i tanti substrati della AMPK vi è

l’AcetilCoA-carbossilasi di tipo II che, fosforilata, si inattiva. All’interno della cellula diminuisce la

concentrazione di MalonilCoA ed è favorito l’ingresso degli acidi grassi nel mitocondrio quindi la

box (e mi sta bene perchè il muscolo in attività ha bisogno di energia). Contemporaneamente il

MalonilCoA preformato potrebbe dare fastidio quindi la AMPK fosforila attivando la MalonilCoA

decarbossilasi che idrolizza il MalonilCoA dando AcetilCoA che può essere utilizzato nel ciclo di

Krebs.

CATABOLISMO DEI NUCLEOTIDI ADENINICI

Cosa succede ai nt adeninici nel tessuto muscolare?

La miocinasi catalizza lo scambio dei gruppi -P tra due molecole di ADP per formare ATP + AMP

L’AMP è importante non solo per l’attivazione della AMPK ma anche della Glicogeno-fosforilasi e

della PFK1 (principale enzima regolatorio della glicolisi).

L’AMP diventa substrato dell’Adenosinamonofosfato deaminasi (AMP-deaminasi) che toglie un

gruppo aminico dall’adenina (base azotata) convertendola in ipoxantina e formando perciòformando

inosina monofosfato (IMP) ed amoniaca (NH3).

L’acetilCoA carbossilasi è presente anche nel fegato e nel tessuto adiposo.

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L’amoniaca è importante nel muscolo per legare gli ioni H+ (derivanti dall’eccesso di lattato) con

un effetto tamponante che riduce l’acidosi evitando che tali ioni antagonizzino il calcio nella

contrazione muscolare. L’IMP è un intermedio del Ciclo dei Nucleotidi purinici che avviene sia nel

cervello che nel muscolo.

In alternativa l’AMP può diventare substrato della Nucleotidasi associata al sarcolemma che stacca

il gruppo -P convertendo il nucleotide AMP (base + zucchero + -P) nel nucleoside adenosina (base

+ zucchero). L’adenosina viene rilasciata negli spazi intercellulari dove si lega a recettori presenti

sulla superficie delle cellule muscolari lisce provocando vasodilatazione per aumentare l’apporto

ematico al muscolo che sta lavorando (>ossigeno > substrati vengono ossidati).

Il CICLO DEI NT PURINICI consente il rifornimento di intermedi (fumarato) del ciclo di Krebs

al muscolo scheletrico. L’accettore dei gruppi amminici nel tessuto muscolare, derivanti anche dalla

deamminazione dell’AMP, è il glutammato. Il Glutammato può:

(1) Cedere il gruppo amminico al piruvato che diventa Alanina;

(2) Acquisire un altro gruppo amminico per diventare Glutammina;

(3) Cedere il gruppo amminico all’OAA che diventa Aspartato.

Questo Aspartato può reagire con l’inosinamonofosfato (IMP) per formare Adenil-succinato che

viene poi scisso in Fumarato (che entra nel ciclo di Krebs) + AMP (che chiude il ciclo).

Qual è il guadagno di questo ciclo?

Il fumarato che entra nel ciclo di Krebs per dare energia. 8

Esercizio muscolare

La Glicolisi anaerobica è meno produttiva di quella aerobica, ma dà più ATP nell’unità di tempo

risultando più efficace subito dopo i primi secondi di esercizio. Nei primissimi secondi di un

esercizio anaerobico lavora