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Biochimica

Appunti presi a lezione seguendo le slide e il materiale caricato dal docente del corso di laurea, Dottor Vago. Appunti completi per l’esame di Biochimica con l’aggiunta di immagini. Appunti basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof.

Esame di Fondamenti biomolecolari della vita docente Prof. R. Vago

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Alcuni nutrienti hanno carattere di essenzialità, cioè non possono essere sintetizzati in

maniera adeguata da parte dell’organismo e quindi devono necessariamente essere

assunti con l’alimentazione, come per esempio acidi grassi e amminoacidi.

Piramide alimentare

Alla base ci sono frutta e verdura che devono essere mangiati in abbondanza, salendo

troviamo latte, formaggi e oli insaturi fino ad arrivare a carne bianca, pesci uova (2-3

volte a settimana) e in cima carne rossa e dolci (1-2 porzioni a settimana).

Per una dieta equilibrata è importante consumare circa il 55% dei carboidrati e che i

grassi saturi siano una minoranza rispetto a quelli insaturi (solo il 10% del 30%). Le

proteine sono quelle che vengono introdotte in quantità minore (10%); quando

iniziamo a degradare le proteine vuol dire che non abbiamo carboidrati. È difficile

avere un eccesso di vitamine e sali minerali, per questo non c’è un indicatore di

quante sarebbe opportuno ingerire.

Effetti dei carboidrati sul metabolismo

L’organismo può adattarsi ad ampie variazioni del contenuto dei

carboidrati nella dieta.

fibre

Le sono polisaccaridi contenute in cereali non raffinati, legumi

vegetali e frutta, il cui ruolo principale consiste nella regolazione della

motilità intestinale.

- Dieta ricca di carboidrati: il fegato accumula glicogeno ma arrivati a

una certa quota si passa a formare trigliceridi. Quindi anche se uno

non mangia lipidi, mangiando troppi carboidrati ingrassa comunque.

- Dieta carente di carboidrati: alla fine diminuisce la massa muscolare

Anche se l’organismo può adattarsi ad un’ampia gamma di assunzione

di lipidi, la loro carenza o il loro eccesso possono provocare seri danni.

- Dieta ricca di lipidi: fa ingrassare, determina un aumento al valore di

lipidi nel sangue ed è correlato a molte malattie cardiovascolari. I lipidi

non sono come le cellule epatiche, ma possono continuare a riempirsi

di acidi grassi con poi come conseguenza insorgenza di malattie

- Dieta carente di lipidi: porta alla carenza di acidi grassi insaturi

essenziali che ci servono ad esempio a produrre gli intermedi,

portando al malfunzionamento ormonali

Indice di massa corporea

Il rapporto peso/altezza può fornire l’indicazione di magrezza, sovrappeso o obesità. È un

parametro indicativo che ha alcuni limiti.

L’indice di massa corporea (IMC) si calcola come rapporto tra peso e altezza al quadrato.

Il rischio di malattie cardiovascolari aumenta con l’aumento del peso; l’obesità porta con se anche

una riduzione della sensibilità all’insulina.

Il limite di questa formula è che non divide la massa grassa da quella magra.

Classificazione BMI (kg/m^2)

Sottopeso Minore di 18.5

Normopeso 18.5-24.9

Sovrappeso Maggiore/uguale 25

Pre-obeso 25-29.9

Obeso classe I 30-34.9

Obeso classe II 35-39.9

Obeso classe III Maggiore/uguale 40

La digestione

Noi ingeriamo macromolecole ma non possiamo assorbirle, la digestione serve per degradarli in

monomeri. Permette di ricavare energia per i processi metabolici dell’organismo dalla scissione di

polimeri in monomeri e dall’utilizzo di questi ultimi come substrati.

Fonti di energia:

- Carboidrati: glucosio

- Trigliceridi: acidi grassi e glicerolo

- Proteine: amminoacidi

Prodotti terminali: calore, CO2, H2O, NH3 (urea)

La digestione inizia in bocca perché masticando si inizia a degradare il

l’amilasi

cibo, inoltre la saliva produce che rompe l’acido, poi

nell’intestino vengo prodotte altre due amilasi, che rompono

definitivamente i legami dell’amico; questo produce anche enzimi le

disaccaridasi che servono a rompere i legami dei disaccaridi. Le

sostanze semplici ottenute sono assorbite e immesse nel circolo

sanguigno tramite cui giungono al fegato e poi in tutto il corpo.

Alcuni enzimi funzionano a pH leggermente basico come quelli presenti nell’intestino, altri come

gli enzimi gastrici a pH acido.

I lipidi vengono degradi direttamente nell’intestino, perché è lì che c’è la bile; quindi si ha la rottura

dei grassi in acidi grassi e glicerolo.

METABOLISMO DEI CARBOIDRATI

Glucosio

Fonti

Dieta:

- Carboidrati complessi: l’amido (cereali, legumi, patate)

- Zuccheri semplici: saccarosio (frutta), lattosio (latte)

Rieserve:

Può essere immagazzinato da parte del fegato e quando necessario può essere reso disponibile e

oltre che dalle riserve di glicogeno epatico può derivare dalla nuova sintesi.

Può derivare sia dall’interno che dall’esterno.

Biosintesi:

Glucogenesi epatica a partire da precursori non glucidici

glicemia

Le fonti riescono a mantenere la (concentrazione di glucosio nel sangue) costante nel

sangue; è importante perché alcuni organi non sono capaci di sintetizzare acqua.

Il fegato è deputato al controllo della glicemia, se scendiamo sotto i 70 cominciamo a ragionare

meno e capire poco, perché uno degli organi che maggiormente necessitano di glucosio è il

cervello. Quando invece il glucosio è troppo alto per esempio a 180, siamo in situazione

patologica e vuol dire che il sistema di regolazione della glicemia non funziona. Superiamo la

glicosuria,

soglia che il rene ha per riassorbire glucosio, creando cioè la presenza di glucosio nelle

urine, questi fenomeno è tipico delle urine.

Valori ottimali a digiuno tra 70 e 100 mg/dl e 140 mg/dl

postprandiale.

Destini metabolici

È utilizzato per

- Produzione di ribosio e NADPH (via del pentono fosfato)

- Produzione di energia (glicolisi)

- Immagazzinamento (glicogeno sintesi)

Glicolisi

Ha un’importanza prototipica, cioè utilizzata come prototipo per le altre reazioni. È la prima via

metabolica che è stata identificata. Non solo conosciamo tutti gli enzimi, ma anche la struttura

tridimensionale.

Eduard Buchner (1860-1917)

Batteriologo tedesco, premio nobel per la chimica nel 1907

È stata la prima via metabolica ad essere identificata per intero e probabilmente la meglio

conosciuta. Tutti gli enzimi della glicolisi sono stati purificati e dall’analisi cristallografica

(diffrazione ai raggi X) sono note anche le loro strutture tridimensionali.

Avviene in tutte le cellule ed in alcuni tessuti, ed è la via metabolica con cui le cellule possono

produrre energia, ed alcune possono produrre energia solo in questo modo (globuli rossi, cervello,

eritrociti hanno solo questo modo per produrre energia).

I principi termodinamici e i meccanismi di regolazione presenti nella glicolisi si riscontrano anche

in tutte le altre vie del metabolismo cellulare, conferendole un ruolo come modello.

- È l’inizio della respirazione cellulare, per le nostre cellule respirare significa

degradare glucosio fino ad anidride carbonica e acqua

- È la via centrale del catabolismo del glucosio e consiste in una sequenza di

reazioni che convertono il glucosio in piruvato con la concomitante

produzione di ATP

- citoplasma

Avviene nel della cellula, da dopo il piruvato il resto avverrà nel

mitocondrio

- catabolica,

È una via che distrugge, che rompe; le vie cataboliche sono

ossidative, cioè che ossidano il substrato; non è che un’ossidazione del

glucosio e e la riduzione del NAD a NADH.

- esoergonica;

Produce energia sotto forma di ATP quindi è definita è l’unica

via in grado di produrre ATP in assenza di ossigeno attraverso la

fosforilazione a livello di substrato

- anaerobie

Può avvenire sia in condizione aerobie (presenza di ossigeno) che

(assenza di ossigeno)

- È composta da 10 reazioni, le stesse in tutte le cellule, ma con diversa

cinetica

- Partendo da una molecola di glucosio permette di ottenere

- La produzione netta di 2 molecole di ATP

- La formazione di 2 molecole i NADH + H+

Fasi

Avviene in due fasi

- Fase preparatoria: non produce energia, anzi consuma 2 molecole di ATP;

porta inoltre alla rottura del glucosio (molecola a 6 atomi di carbonio) in due

molecole di gliceraldeidetrifosfato (2 molecole con 3 aromi di carbonio

ciascuna). Si passa quindi da glucosio a gliceraldeidetrifosfato 3-fosfato

- Fase di recupero energetico: produce 2 molecole di ATP per ogni molecola

di gliceraldeidetrifosfato per un totale di 4 ATP. Da gliceraldeidetrifosfato 3-

fosfato a piruvato

La resa netta è solo di 2 molecole di ATP.

Dopo il piruvato la reazione si sposta nei mitocondri e li serve l’ossigeno per

produrre energia.

Energia

Ci sono alcune reazioni in cui la differenza di energia tra reagenti e prodotti

è molto alta (1, 3, 10), altre invece dove la differenza è quasi nulla, queste

sono reazioni classiche di equilibro.

7 reazioni di 10 sono reazioni di equilibrio quindi si può passare da reagenti

a prodotti e da prodotti a reagenti; sono queste le 7 reazioni che ha in

comune con la glucanogenesi.

L’ATP viene investito nelle reazioni 1 e 3 quelle irreversibili.

La sesta reazione produce NADH.

Reazione 1

Fosforilazione del glucosio a 6-fosfato.

La reazione accoppiata è esoergonica (deltaG minore di 0) e irreversibile.

esochinasi.

Il glucosio viene fosforilato per opera della Quest’ultima è presente in tutti i tipi di

gucochinasi,

cellule. Gli epatociti contengono una forma di esochinasi chiamata che differisce

dalle altre forme di esochinasi per le proprietà cinetiche e regolatorie. L’esochinasi è inibita dal

suo prodotto glucosio 6-fosfato. Una volta che il glucosio è fosforilato non può più uscire dalla

cellula.

Esochinasi

= cervello, muscolo; alta affinità

- Funziona in presenza di bassa disponibilità di glucosio

- Non specifica

- Inibita dal prodotto glucosio 6-fosfato

Glucochinasi

= glucochinasi epatica; bassa affinità

- Funziona in presenza di alta disponibilità di glucosio

- Specifica per il glucosio

- Non inibita dal prodotto glucosio 6-fosfato

- Negli epatociti risponde alle variazioni plasmatiche di glucosio,

attivando o riducendo là glicogenosintesi.

- Inducibile: ormoni o dieta

- Insulina + e digiuno -

- Glucosio + e diabete - (conseguente alta glicemia)

Glucosio 6-fosfato

Il glucosio fosforilato, al contrario del glucosio, non può attraversare la

membrana cellulare ed essere riversato nel circolo sanguigno.

Regolazione della fosfofruttochinasi-1 e della piruvato chinasi

L’attività della fosfofruttochinasi-1 (reazione III) e della piruvato

chinasi (reazione X) aumenta quando l’ATP comincia a

scarseggiare nella cellula, oppure quando si ha un accumulo di

ADP. L’enzima è inibito quando la cellula è ricca di ATP.

Resa complessiva

Preparazione:

- Reazione I: consumo di una molecola di ATP

- Reazione III: consumo di una molecola di ATP

Recupero energetico:

- Reazione VI: produzione di (2x) NADH + H+

- Reazione VII: produzione di (2x) ATP

- Reazione X: produzione di (2x) ATP

Glucosio + 2NAD+ + 2ADP + 2P -> 2 piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O

Le due molecole di NADH prodotte vengono successivamente riossidate mediante il trasferimento

di elettroni alla catena respiratoria: 2NADH + 2H+ + O2 -> 2NAD+ + 2H2O

Destino del piruvato

Il piruvato derivato dalla digestione del glucosio viene metabolizzato a H2O e CO2 in presenza di

ossigeno, mentre viene convertito in lattato in assenza di O2 o, nel lievito, in etanolo mediante

fermentazione alcolica. Considerato che i primi organismi viventi che comparvero in un’atmosfera

priva di ossigeno, la demolizione anaerobica del glucosio è probabilmente il meccanismo

biologico più antico sviluppato per ottenere energia dai composti organici.

Condizioni di anaerobiosi

In assenza di ossigeno il piruvato va a incontro alla fermentazione alcolica o alla fermentazione

lattica. In condizioni di anaerobiosi dobbiamo ricuperare il NAD per continuare la glicolisi, non si

possono usare i mitocondri perché non c’è l’ossigeno, ma l’organismo riesce a riossidarlo tramite

la fermentazione.

Fermentazione alcolica

Avviene nei lieviti, in condizioni di anaerobiosi. Si recupera il

NAD ossidando il NADH così anche in assenza di ossigeno si

può continuare a fare la glicolisi. Il piruvato perde un carbonio e

etanolo.

diventa

Fermentazione lattica

Quando le cellule non sono rifornite con quantità sufficiente di

ossigeno per le ossidazioni di piruvato e NADH, il NAD+ viene

rigenerato mediante la riduzione del piruvato al lattato. Avviene

negli organismi superiori (uomini). Si ossida il NADH e si riduce il

lattato.

piruvato a Questa situazione accade per esempio

quando facciamo attività fisica. Ci sono cellule che non sono in

grado di gestire il lattato, questo viene buttato nel circolo

sanguigno.

Il catabolismo anaerobico del glucosio avviene durante una breve, ma intensa attività muscolare,

in cui l’ossigeno non può essere trasportato al muscolo nella quantità necessaria per ossidare il

piruvato e produrre l’ATP richiesto per la contrazione muscolare. Il sistema circolatorio dei piccoli

vertebrati può trasportare ossigeno ai muscoli ad una velocità sufficientemente elevata da evitare

un consumo di glicogeno anaerobico.

Mentre un atleta può recuperare completamente in 30 minuti o meno lo sforzo di una corsa di 100

metri, un alligatore necessita anche di diverse ore di riposo e di consumo extra di ossigeno per

eliminare l’eccesso di lattato dal sangue e rigenerare il glicogeno muscolare. Il celacantide, un

grosso pesce che vive a più di 4000 metri di profondità ha un metabolismo quasi essenzialmente

anaerobico ed elimina il lattato tramite escrezione.

Se l’attivià fisica è più veloce dell’ossigeno che deve arrivare al muscolo, i muscoli sono in uno

stato di apossia, quindi l’unico modo per produrre ossigeno è la glicolisi.

Ciclo di Cori

• Gerty Theresa (1896-1957) e Carl Ferdinand (1896-1984)

Biochimici cecoslovacchi naturalizzati statunitensi, premi nobel per la medicina nel 1947

I coniugi Cori per primi descrissero il ciclo metabolico che, tramite la circolazione sanguigna, lega

fegato e muscolo e che prende il loro nome.

Il lattato prodotto dalla fermentazione lattica arriva al fegato; il lattato deve essere riconvertito a

piruvato per essere utilizzato dalla cellula. Da qui il piruvato può essere usato:

- Per produrre energia tramite la respirazione cellulare, o altrimenti può essere utilizzato

- Per costituire glucosio tramite la glucanogenesi quando la glicemia è bassa.

L’unico scopo della produzione di lattato è quello di rigenerare il NAD+ in

modo che la glicolisi possa procedere.

Il lattato viene immesso nel circolo sanguigno e raggiunge il fegato, dove

viene riossidato a piruvato con la concomitante riduzione del NAD+ a NADH.

Il piruvato può poi essere metabolizzato o utilizzato per la produzione di

glucosio mediante gluconeogenesi per esempio quando la glicemia è bassa, o

usato per produrre energia tramite la respirazione cellulare a seconda delle

necessità della cellula.

Gluconeogenesi

Viene attivato quando il glucosio è scarso, è infatti la via metabolica che porta

alla formazione di glucosio.

Ha luogo principalmente nel fegato e in misura minore nel rene.

Converte il piruvato in glucosio ma non è semplicemente l’inverso della

glicolisi, poichè alcune reazioni di quest’ultima sono irreversibili (I, III, X).

Consta di 11 reazioni:

- 7 sono comuni con la glicolisi: sono catalizzate dal medesimo enzima ma si

verificano in direzione opposta

- le altre sono catalizzate da enzimi diversi

- l’ultima è divisa in due.

Inoltre esclusa la prima reazione (nel mitocondrio) le altre avvengono tutte nel

citosol.

Reazioni

È una via anabolica che consuma energia: 4 molecole di ATP e 2 di GTP

- 7 reazioni reversibili: in comune con la glicolisi

- 3 reazioni irreversibili: esochinasi, fosfofruttochinasi-1

sono catalizzate dalla dalla e dalla

piruvato chinasi, e sono aggirate da 4 reazioni alternative che, sul piano energetico, favoriscono

la sintesi del glucosio

La 1 e la 3 della glicolisi sono reazioni di fosforilazione ma non sono reversibili, quindi per queste

due reazioni se da una parte si aggiunge il fosfato (chinasi), dall’altra parte abbiamo una rimozione

di fosfato (fosfatasi).

La decima reazione della glicolisi è divisa in due e la prima di queste due reazioni è stata inserita

ossalacetato

all’interno del mitocondrio, quindi si parte da piruvato e si passa a per entrare nel

acetil-coenzimaA

mitocondrio. Una volta entrato può essere ossidato a ed entrare nel ciclo di

Krebs.

Le 4 reazioni esclusive della gluconeogenesi sono:

- Carbossilazione del piruvato ad ossalacetato (mitocondri) e suo trasferimento al citosol

- Decarbossilazione dell’ossalacetato con formazione di fosfoenolpiruvato

- Defosforilazione del fruttosio 1,6-bifosfato

- Defosforilazione del glucosio 6-fosfato

Il primo ostacolo da superare è l’impossibilità di convertire direttamente il piruvato in

fosfoenopiruvato da parte della piruvato chinasi poichè la reazione glicolisi a è irreversibile. Nella

gluconeogenesi il piruvato è carbossilato ad ossalacetato dalla piruvato carbossilasi che utilizza la

biotina (vitamina B8 o H) come cofattore. Questa reazione avviene nei mitocondri.

L’ossalacetato che si forma nei mitocondri passa nel citosol, dove si trovano gli altri enzimi della

gluconeogenesi. L’ossalaceato inoltre è un intermedio comune con un’altra via

metabolica, quella del ciclo di Krebs.

Substrati

La regolazione della gluconeogenesi è determinata principalmente dal livello del

glucagone in circolo e dalla disponibilità di substrati gluconeogenici (glicerolo,

amminoacidi, lattato, piruvato). piruvato carbossilasi epatica

Durante il digiuno viene attivata la da parte

dell’acetil-CoA che si è accumulato per l’eccessiva lipolisi. L’acetil-CoA inibisce la

piruvato deidrogenasi, e può dirottare il piruvato verso la gluconeogenesi,

sottraendolo al ciclo di Krebs.

Bilancio

Mentre nella glicolisi la trasformazione di una molecola di glucosio in acido piruvico si

accompagna alla produzione netta di 2 molecole di ATP, nella gluconeogenesi la trasformazione di

2 molecole di acido piruvico in una di glucosio costa 4 molecole di ATP e 2 di GTP (ma ciò è

indispensabile per rendere energicamente possibile un processo che di per sé non lo sarebbe).

La sintesi di glucosio attraverso la gluconeogenesi ha un costo energetico superiore rispetto

all’energia restituita dall’utilizzazione del glucosio mediante la glicolisi.

2 piruvato + 4ATP + 2GTP + 2NADH + H+ + 4H20 -> glucosio + 4ADP + 2GDP + 6P + 2NAD+

Controllo coordinato di glicolisi e gluconeogenesi

Glicolisi e gluconeogenesi sono regolate in modo che quando è attiva l’una sia

bloccata l’altra e viceversa per evitare che, funzionando simultaneamente, si

sprechi energia nella sintesi di glucosio che successivamente è demolito.

Si realizza attraverso l’effetto opposto che metaboliti comuni hanno sugli stessi

enzimi regolatori.

Glicogeno

La gluconeogenesi non è l’unica via metabolica che si può sfruttare per produrre glucosio.

A volte accade che il muscolo abbia riserve di glucosio sotto forma di glicogeno.

Il fegato ci serve per mantenere la glicemia e dare il glucosio a tutti gli organismi.

Glicogeno è un polisaccaride formato da glucosio e si accumula nel citoplasma

granuli;

nelle cellule epatiche sotto forma di è molto grande e ramificato.

Le ramificazioni sono studiate, non sono messe a caso. I residui di glucosio

legami glicosidici alfa 1-4,

sono uniti tra loro da mentre le ramificazioni prodotte

legami alfa 1-6,

da che generano una struttura elicoidale aperta. Essendoci due

tipi di legami devono essere presenti due enzimi diversi, uno per le catene lineari

e uno per quelle ramificate.

Il glicogeno è una fonte rapida di glucosio perché essendo ramificato si possono

staccare più molecole di glucosio simultaneamente, è quindi una riserva di

glucosio facilmente mobilizzabile.

Viene sintetizzato nel fegato e nel muscolo scheletrico ma con fini diversi.

Glicogenosintesi

In condizioni fisiologiche la sintesi del glicogeno procede nelle fasi di giornata in cui la

disponibilità di glucosio circolante è maggiore (tipicamente nel periodo postprandiale).

È un processo che avviene nel citoplasma delle cellule del fegato e dei muscoli e consiste nella

glicogeno.

conversione del glucosio in Inizialmente si forma un glicogeno lineare che

successivamente verrà ramificato nella sua struttura definitiva dall’azione di uno specifico enzima

ramificante. anabolica,

La glicogenosintesi è una vita metabolica che richiede energia perché è ed un

endoergonico,

processo che appunto richiede energia sotto forma di ATP.

Il fegato è stimolato ad attivare la glicogeno sintesi quando c’è abbondanza di glucosio,

il sangue aumenta la glicemia e immagazzina il glucosio in eccesso sotto forma di

granuli di glicogeno. fosfoglucomutasi

Il glucosio-6P nel fegato e nel muscolo viene isomerizzato dalla in

glucosio 1-fosfato, che viene attivato da UTP a glucosio uridin difosfato.

glicogeno sintasi

La catena del polisaccaride viene allungata dall’enzima (detta anche

sintetasi), a partire da una catena preformata di almeno 8 residui o da una proteina

glicogemia. glicosil-transferasi

chiamata Mentre la è l’enzima ramificante preposto alla

formazione delle ramificazioni.

Appena il glucosio entra nelle cellule il fosfato va spostato da 6 a 1 (1 perché sia che i

legami siano 1-4 o 1-6, hanno in comune l’1, mentre il carbonio in 6 è coinvolto solo

nelle catene ramificate); attivando il carbonio in 1 possono essere utilizzati tutti e due i

legami. enzimi:

Il glicogeno è una molecola molto ramificata. Per questo motivo, intervengono due

- Glicogeno sintasi : preposta per la formazione delle catene lineari di glicogeno

- Glicosil transferasi o enzima ramificante: per le catene ramificate, è una

transferasi (che sposta)

Affinché la glicogeno sintasi possa iniziare la formazione di una nuova catena di

primer,

glicogeno, è necessario che sia presente un cioè un punto specifico dal

glicogenina,

quale iniziare la sintesi. Questo primer è la una proteina alla quale

viene legata la prima molecola di glucosio.

Catene lineari

glicogenina,

La è capace di legare le prime unità di glucosio. Una volta formato questo

breve tratto della catena di glicogeno, interviene la glicogeno sintasi, la quale prosegue il

suo lavoro autonomamente, aggiungendo unità di glucosio. Le unità di glucosio, vengono

aggiunte sulle catene non ramificate, dove il glucosio viene legato dall’enzima

all’estremità della catena. La glicogeno sintasi non è in grado di creare delle ramificazioni.

Catene ramificate glicosil-transferasi

A questo scopo interviene un enzima ramificante chiamato che ha la

capacità i staccare circa 6-7 residui di glucosio dalla catena lineare di glucosio, e

attaccarli a un’altra catena (o sempre nella stessa), che abbia almeno 11 o 12 residui di

glucosio. Affinché possa formarsi una ramificazione deve formarsi un legame glicosidico

alfa 1-6, tra il gruppo ossidrile -OH legato al carbonio 1 di un residuo terminale di

glucosio e il carbonio 6 (C-6) della catena lineare di glicogeno. Una volta terminata la

sintesi della molecola di glicogeno, la sintasi si stacca dalla neo-molecola di glicogeno

sintetizzata.

Glicogenolisi

La degradazione del glicogeno è rapida e avviene agli estremi delle

glicogeno fosforilasi

ramificazioni. Interviene l’enzima che rimuove

sequenzialmente le unità di glucosio poste ad una delle estremità libere del

fosforolisi.

glicogeno mediante

Questa reazione può proseguire fino al raggiungimento di una ramificazione,

ma essendo specifica per il legame alfa 1-4 non può idrolizzare il legame alfa

1-6 tipico della ramificazione.

Parte dell’energia del legame glicosidico viene conservata nell’estere fosforico

del glucosio 1-fosfato che si trasforma da questa reazione.

La rimozione sequenziale dei residui di glucosio procede sino a 4 residui dalla

l’enzima deramificante

ramificazione. A questo punto (transferasi) catalizza il

trasferimento di un frammento di 3 residui al C4 libero di un’altra catena sulla quale

procede l’azione della fosforilasi. Lo stesso enzima (glucosidasi) catalizza anche la

idrolisi del legame alfa 1-6.

La fosforilasi libera glucosio fosforilato, la glucosidasi glucosio non fosforilasi.

Il glucosio 1-fosfato, prodotto dalla demolizione del glicogeno ad opera della

glicogeno fosforilasi, viene trasformato in glucosio 6-fosfato dalla

fosfoglucomutasi, per entrare nel flusso metabolico principale.

Secondo l’organo in cui la reazione avviene, i destini del glucosio 6-fosfato sono

diversi:

- Entrare nella glicolisi: muscolo

- Entrare nella via del pentono fosfato

Nel fegato la glucosio 6-fosfato fosfatasi idrolizza il glucosio 6-fosfato in glucosio

che può così essere immesso nel circolo sanguigno.

Glicogenosintesi e glicogenolisi

Glicogenosintesi: avviene ad opera di due enzimi, la glicogeno sintasi e l’enzima ramificante

(glicosil transferasi)

Glicogenolisi: avviene ad opera della glicogeno fosforilasi e dell’enzima deramificante

(glicosiltransferasi e alfa1,6-glucosidasi)

Regolazione

La sintesi e la degradazione del glicogeno sono co-regolate in modo da non funzionare

simultaneamente. La glicogeno fosforilasi è attivata da AMP e inibita da ATP e glucosio 6-fosfato,

mentre la glicogeno sintasi è attivata dal glucosio 6-fosfato.

La regolazione comporta sia un controllo diretto sugli enzimi, sia un controllo ormonale.

- Insulina: accumulo di glucosio sotto forma di glicogeno (ormone ipoglicemizzante)

- Stimola la glicogeno sintasi

- Inibisce la glicogeno fosforilasi

- Glucagone: mobilizzazione delle unità di glucosio dal glicogeno (ormone iperglicemizzante)

- Inibisce la glicogeno sintasi

- Stimola la glicogeno fosforilasi

- Adrenalina: stimola la glicogenolisi (fegato e muscolo) e la gluconeogenesi (fegato)

- Stimola la glicogeno fosforilasi

Regolazione metabolismo del glucosio

Insulina

- Assorbimento glucosio in cellule muscolari e adipose (GLUT4)

- Induzione glucochinasi epatica

- Stimolazione glicolisi: induzione fosfofruttochinasi e piruvato chinasi)

- Blocco della gluconeogenesi: repressione piruvato carbossilato, fosfoenolpiruvato carbossilasi

- Blocco glicogenolisi: inibizione fosforilasi

- Blocco del rilascio epatico di glucosio: repressione glucosio 6-fosfato fosfatasi

- Stimolazione glicogenosintesi: attivazione glicogeno sintasi

Glucagone

- Blocco glicolisi: repressione fosfofruttochinasi e piruvato chinasi

- Stimolazione della gluconeogenesi: induzione piruvato carbossilasi, fosfoenolpiruvato

carbossilasi

- Stimolazione glicogenolisi: attivazione fosforilasi

- Stimolazione del rilascio epatico di glucosio: induzione glucosio 6-fosfato fosfatasi

- Blocco glicogenosintesi: inibizione glicogeno sintasi

Via del pentono fosfato

La cellula è un sistema dinamico e in base ai suoi bisogni

ribosio

decide quale via stimolare, se abbiamo bisogno attiva

quella del pentono fosfato.

Il glucosio viene fosforilato può essere soggetto all’accumulo

(glicogeno) o alla degradazione (glicolisi) o può essere inserito

nella via del pentono fosfato; che è una via che serve per altre

vie metaboliche.

È una via metabolica che dalla degradazione di glucosio porta alla produzione di ribosio e

NADPH. Tutte le cellule hanno bisogno di produrre ribosio e l’unica via per farlo è proprio questa.

Per ciascuna molecola di glucosio 6-fosfato che entra nella fase ossidativa della via metabolica

vengono formate 2 molecole di NADPH.

Avviene principalmente nel fegato, tessuto adiposo, ghiandola mammaria, eritrocita, ghiandole

surrenali, pelle, mucosa intestinale.

Il substrato si ossida e il coenzima (NADPH) si riduce, e viene usato per costruire: anabolismo; le

vie anaboliche che rischiedono NADPH sono la biosintesi degli acidi grassi e del colesterolo.

Il ribosio è importante per tutte le cellule, il NADPH è importante per le cellule che devono

costruire lipidi, acidi grassi e colesterolo come ad esempio le cellule del tessuto adiposo, ormoni,

ghiandole surrenali, ghiandola mammaria.

Il NADPH ha anche la funzione di difesa contro lo stress ossidativo. Il globulo rosso ha

bisogno di un sistema formato da diverse molecole diverse per far fronte all stress

ossidativo.

Si svolge nel citoplasma e comprende 12 tappe catalizzate da altrettanti enzimi.

Questa via si divide in due fasi: una ossidativa e una non ossidativa

Fase ossidativa

Si hanno due deidrogenazioni successive a NADP+ dipendenti, il

ribulosio

coenzima si ossida e il glucosio si riduce a con la

liberazione di una molecola di anidride carbonica. Tutte le reazioni di

questa fase sono irreversibili.

Glu 6-P + 2NADP+ + H2O —> ribulosio 5-P + CO2 + 2NADPH + H+

Fase non ossidativa

Sono tutte reazioni di equilibro che serve per convertire il ribulosio in

ribosio attraverso diverse reazioni di equilibro, che sono tutte reversibili e portano all’equilibrio di

vari zuccheri.

Il NADPH che viene prodotto è quello che serve per l’anabolismo.

Il ribulosio entra in contatto con altre molecole fino ad essere in equilibro con il ribosio, questo

entra nella composizione con in nucleotidi e quindi gli acidi nucleici.

Vengono svolte più reazioni perchè come intermedio c’è la gliceraldeidetrifosfato (che è presente

anche nella glicolisi), questo è un’altra modo per legare due vie metaboliche.

ribulosio 5-P <—> ribosio 5-P

Globulo rosso

La via dei pentosi è presente in tessuti che operano biosintesi

riduttive (es. sintesi degli acidi grassi e steroidi). Può fornire il

ribosio necessario per la sintesi dei nucleotidi. Le

interconversioni tra glucidi mantengono i polsi intracellulari di

alcuni zuccheri (pentosi), collegandoli nel contempo alle vie

metaboliche del glucosio.

Il NADPH può essere utilizzato per la formazione del glutatione

ridotto negli eritrociti, che a sua volta serve per la difesa dal

danno ossidativo e il mantenimento del Fe emoblobinico nello

stato Fe2+.

Respirazione cellulare

Mitocondri

Sono organelli cellulari con grandezza variabile (~7 um), presenti nelle cellule

animali e vegetali. Contengono una batteria di enzimi e di coenzimi che

coordinano la loro azione, operano le trasformazioni energetiche cellulari.

Dal punto di vista fisiologico i mitocondri sono degli apparati la cui funzione è

quella di recuperare l’energia contenuta negli alimenti, per mezzo di un ciclo

biosintetico detto “ciclo di Krebs” e della “catena respiratoria”.

Per mezzo della fosforilazione ossidativa, l’energia recuperata viene conservata

come ATP. due membrane, spazio

È composto da lo spazio tra le due è detto

intermembrana, matrice. creste

mentre quello interno è la Le pieghe dette

mitocondriali servono per aumentare la superficie. Senza mitocondri noi non

possiamo sfruttare l’ossigeno.

NADH e e piruvato si trovano nel citosol, ma devono entrare nel mitocondrio, che è la centrale

energetica della cellula.

Il piruvato supera entrambe le membrane del mitocondrio e arriva nella matrice mitocondriale,

dove ha luogo il ciclo di Krebs.

Acetil coenzima A va incontro al ciclo di Krebs, che produce in abbondanza coenizmi ridotti che si

dirigeranno alla catena degli elettroni per ridursi ad acqua, a livello delle creste mitocondriali.

Acetil CoA

Prima di entrare nel ciclo di Krebs, nel mitocondrio l’acido piruvico viene catturato da un

complesso, un enzima che lo trasformerà in acetil-CoA.

Il piruvato subisce una decarbossilazione ossidativa che lo trasforma in acetato sotto forma di

acetil-coenzimaA (acetil-CoA). Il coenzima A è la forma attiva con cui la cellula trasferisce gruppi

acrilici a diversi substrati.

Una serie di reazioni avvengono in sequenza ad opera di un complesso multienzimatico, la

piruvato deidrogenasi, senza che siano rilasciati prodotti intermedi. Non sono reazioni successive

ma è una conversione diretta, non si hanno degli intermedi, ma sono delle reazioni che avvengono

contemporaneamente ad opera delle diverse componenti che compongono l’enzima. I tre enzimi

(decarbossilasi, transacetilasi e deidrogenasi) operano a stretto contatto tra loro e in modo

sinergico. piruvato deidrogenasi

L’enzima che contiene tre attività è il

- Prima attività: decarbossilasi. Il piruvato quindi deve perdere un

atomo di carbonio e lo libera sotto forma di anidride carbonica,

perde così il primo carbonio (deidrossilasi).

- Seconda attività: ossidare il substrato. L’ossidazione del piruvato

porta con se la riduzione del NAD+ a NADH

- Terza attività: si ossida il piruvato ad acetile, il gruppo acetilico

viene coniugato al k

I coenzimi sono dei trasportatori, il CoA trasporta i gruppi acetilici.

L’acetilCoA può essere ossidato ulteriormente oppure può servire per la

costruzione dei lipidi, ma può anche essere prodotti da essi; la cellula decide

in base ai suoi bisogni.

La formazione di acetil-CoA dal piruvato è una tappa irreversibile

fondamentale del metabolismo. L’acetil-CoA può seguire due destini:

- Ossidazione a CO2 nel ciclo di Krebs

- Sintesi dei lipidi

Le reazioni da piruvato a Acetil-CoA e a CO2 sono unidirezionali.

Vie metaboliche e intermedi comuni

È lo snodo del metabolismo tutto quello a destra è catabolismo, tutto quello a destra è

anabolismo.

Ciclo di Krebs

Hand Adolf Krebs (1900-1981)

Medico e biochimico tedesco, premio nobel per la medicina nel 1953

(stesso anno in cui viene incoronata la regina Elisabetta II)

Il ciclo di Krebs, o ciclo dell’acido citrico o ciclo degli acidi tricarbossilici

(TCA), costituito da 8 reazioni che si svolgono nella matrice

mitocondriale, è una sorgente di energia fondamentale per le cellule

aerobie.

Queste reazioni hanno lo scopo di ossidare completamente i due carbonio del gruppo acetilico

dell’acetil-CoA, formando due molecole di CO2, in modo però da conservare l’energia liberata per

la produzione di ATP.

Quattro delle reazioni che lo compongono sono catalizzate da osso-reduttasi, tre NAD-dipendenti

e una FAD-dipendente. Il ciclo di Krebs produce direttamente (a livello del substrato) 1 molecola

di GTP, poi trasformato in ATP.

Bilancio energetico

Il ciclo non comporta un consumo o una produzione netta di ossalacetato né di altri intermedi.

2 atomi di carbonio entrano nel ciclo sotto forma di acetil-CoA (CH3CO-CoA) ed escono sotto

forma di due molecole di CO2.

L’energia rilasciata dalle ossidazioni è conservata con la riduzione di 3 molecole di NAD+ a NADH

+ H+, 1 di FADH2 e la produzione di 1 GTP.

Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP +P —> CoA + 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP

Regolazione

A seconda delle necessità metaboliche della cellula,

l’ossalacetato può essere dirottato verso la gluconeogenesi,

impedendo così lo smaltimento di acetil-CoA con cui dovrebbe

condensarsi formando acido citrico.

- Induttori: AMP, ADP, NAD+

- Inibitori: ATP, NADH, CoA

Destino dei prodotti del ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs produce direttamente poca energia: 1 molecola di GTP, “a livello del

substrato”, che poi verrà trasformata in ATP, ma la grande quantità di NADH + H+ e

FADH2, prodotti in 4 delle 8 reazioni del ciclo, alimenterà la catena respiratoria

mitocondriale accoppiata alla fosforilazione ossidativa, con altissima produzione di ATP.

L’ossidazione di una molecola di NADH + H+ nella catena di trasporto degli elettroni

produrrà ~3ATP, l’ossidazione di una molecola di FADH2 produrrà ~2ATP.

Mitocondrio: la respirazione aerobica ha luogo nella matrice e nella

membrana mitocondriale interna e questo processo è incrementato dalla

grande superficie offerta dalle creste. La matrice contiene la maggior

parte degli enzimi coinvolti nell’ossidazione degli acidi grassi e gli enzimi

del ciclo di Krebs; sono inoltre presenti DNA mitocondriale (che codifica

per alcune proteine fondamentali dell’organello) ed RNA.

Catena di trasporto degli elettroni

È formata da:

- Complessi respiratori: I, II, III, IV e V.

- Molecole più semplici: ubichinone, chiamato anche

coenzima Q, e citocromo c

I complessi I, III e IV insieme a ubichinone e citocromo c

trasportano gli elettroni da un livello di alta energia ad un livello

più basso fino alla riduzione dell’ossigeno.

I complessi I, III e IV sono coinvolti nella produzione del gradiente protonico, che rappresenta la

forza motrice che fa funzionare il complesso V per produrre ATP.

Fosforilazione ossidativa

La catena respiratoria mitocondriale è principalmente costituita da

proteine integrali della membrana interna, che hanno la capacità di

accoppiare il flusso elettronico, dovuto alle reazioni redox che esse

catalizzano, al trasporto di protoni dalla matrice del mitocondrio verso lo

gradiente

spazio intermembrana. Qui i protoni accumulati creano un

elettrochimico utile per la sintesi di ATP ad opera dell’ATP sintasi.

citocromi

I sono proteine vettori di elettroni che permettono di utilizzare dell’ossigeno a livello

cellulare. Trasportano gli elettroni da un livello di alta energia ad un livello più basso. Questa

liberazione energetica permette all’ATP-sintetasi di produrre molecole di ATP a partire da ADP e

gruppo P.

Composizione

Funzione

Pompa H+ attraverso la membrana interna verso lo spazio

intermembrana, abbassandone il pH. Il gradiente protonico è essenziale

per la produzone di ATP da parte dell’ATP sintasi.

I coenzimi ridotti che sono generati durante le vie ossidaticve vanno nel

mitocondrio e cedono i loro elettroni ai complessi respiratori in

particolare il NAD al primo e il FADH2 al secondo; in questo modo si

ossidano.

Il complesso 4 utilizza gli elettroni per trasformare energia in acqua.

I protoni vengono spostati nello spazio intermembrana e quando

tornano indietro producono ATP (ATP sintasi).

Per ogni NADH si ha la produzione di circa 3ATP, mentre per il FADH2

solo circa 2ATP.

Quindi i primi 4 complessi (catena di trasporto degli elettroni) trasferiscono gli elettroni, e il quinto

(fosforilazione ossidativa) procede ATP.

La catena di trasporto deve essere accoppiata alla fosforilazione ossidativa perché se il gradiente

creato dai processi respiratori non viene sfruttato dal quinto complesso non può avvenire la

produzione di ATP.

Complesso V: ATP sintasi

È il motore della respirazione cellulare, che sfruttando il gradiente protonico

generato dalla catena di trasporto degli elettroni, catalizza la reazione di

fosforilazione dell’ADP in ATP.

È formato da due parti distinte:

- Dominio transmembrana F0: canale fisso che permette il passaggio dei protoni

- Domino solubile F1: canale mobile che catalizza la sintesi di ATP

Il dominio F1 è costituito da 5 tipi diversi di catene polipetidiche (alfa, beta,

gamma, delta, epsilon), mentre F0 è un da 3 tipi (a, b, c). Le subunità beta

contengono il sito catalitico. A sua volta lo stelo che congiunge le due unità è

formato da diverse proteine. L’oligomero c12 e il complesso delle subunità gamma

rotore

e epsilon costituiscono un che ruota nello statore (subunità a, b2, delta).

Disaccoppiamento regolato

Nel tessuto adiposo bruno (nei neonati e negli animali in letargo), anche in presenza

di alte concentrazioni di ATP, la respirazione continua, ma l’energia prodotta viene

termogenina,

utilizzata per produrre calore anziché ATP attraverso la una proteina

disaccoppiante che separa la catena respiratoria dalla fosforilazione ossidativa.

Questa via protonica dissipativa è attivata dagli acidi grassi liberi rilasciati dai

triacilgliceroli, in risposta a segnali ormonali.

Se la catena di trasporto non è accoppiata alla fosforilazione non si ha la produzione

di ATP, ma quella di calore. Il gradiente viene dissipato bucando la membrana

attraverso dei canali (termogenina), e impedisce alla ATP sintasi di sfruttare il

gradiente.

Respirazione cellulare: bilancio energetico

METABOLISMO DEI LIPIDI

Mobilizzazione degli acidi grassi dai trigliceridi

I trigliceridi sono formati da trigliceridi e acidi grassi.

Gli acidi grassi, componenti fondamentali dei lipidi, possono:

- Essere introdotti con l’alimentazione

- Mobilizzati dalle riserve lipidiche

- Sintetizzati

- Ottenuti dalla conversione dei carboidrati in eccesso

Quando vi è una carenza di energia metabolica i trigliceridi depositati nel tessuto adiposo

vengono mobilizzati e trasportati nei tessuti in cui possono esser ossidati per la produzione di

energia. La mobilizzazione comporta la liberazione idrolitica degli acidi grassi e del glicerolo dai

lipasi adipolitica

triacilgliceroli, processo catalizzato dalla sensibile agli ormoni, attivata dal

glucagone (digiuno) e dall’adrenalina (stress).

Quando i livelli plasmatici di glucosio nel sangue sono alti, la lipasi viene inattivata dall’insulina. La

sintesi degli acidi grassi è inattivata quando è attivata la degradazione dei triacilgliceroli.

Gli acidi grassi sono riserve dell’ultimo periodo che vengono mobilizzate con calma; quando la

glicemia si abbassa le prime cellule mobilizzate sono quelle del glicogeno, se poi la condizione

peggiore si mobilizzano i grassi. Noi iniziamo a bruciare i grassi solo in un secondo momento.

Glicerolo

Il glicerolo liberato durante la degradazione dei triacilgliceroli è trasportato tramite il

circolo sanguigno, in cui è solubile, al fegato dove:

- Può essere ossidato a gliceraldeidetrifosfato, che è un intermedio della glicolisi;

quindi anche dal glicerolo si può recuperare un pochino di energia se entra nella

glicolisi, che però risulta trascurabile rispetto a quella degli acidi grassi

- Può essere convertito in diidrossiacetone fosfato, che può entrare nella glicolisi (o

nella gluconeogenesi)

- Può essere fosforilato e utilizzato per la sintesi di nuovi triacilgliceroli.

Acidi grassi

Gli acidi grassi non possono viaggiare da soli nel sangue perché sono liposolubili in acqua, ma la

maggior parte dei lipidi viene trasportata sotto forma di lipoproteine. Una volta nelle cellule

possono essere ossidati per produrre anidride carbonica e acqua. Una quota d acidi grassi liberi

si lega all’albumina che li veicola ai tessuti utilizzatori. Qui sono trasformati in acetil-CoA e poi

ossidati.

Vengono utilizzati dai muscoli, dove vengono ossidati ad H2O e CO2 e l’energia che viene

generata sotto forma di ATP serve per la contrazione muscolare e per il metabolismo dei miociti.

Esistono alcuni tessuti che non sono in grado di degradare i grassi:

- Globuli rossi: perché la betaossidazione avviene nei mitocondri ed essi non li possiedono

- SNC: i neuroni hanno i mitocondri ma le lipoproteine non arrivano al SNC perché la barriera

emato-encefalica divide il circolo sanguigno dal SNC ed è impermeabile alle proteine; questo

vuol dire che il cervello non può utilizzare acidi grassi per produrre energia, ma solo glucosio

Alcuni enzimi favoriscono la degradazione degli acidi grassi, altri la inibiscono. Quando il glucosio

è in abbondanza l’insulina inibisce la beta-ossidazione, al contrario il glucagone favorisce la beta-

ossidazione quando ci serve energia.

Beta ossidazione

Il carbonio in beta corrisponde al carbonio 3, ed è proprio questo che viene ossidato.

È una via catabolica, distrugge gli acidi grassi, ed esoergonica, produce ATP.

Avviene completamente all’interno dei mitocondri ed è un processo aerobico ed inizia come

anche la glicolisi con un consumo di ATP; in questo caso riesce a guadagnare molto.

Consiste nell’ossidazione a carico dell’atomo di C in beta rispetto al gruppo crabossilico.

Gli acidi grassi non entrano nel metabolismo come tali ma richiedono una tappa di attivazione nel

citosol, che consiste nella coniugazione del coenzima A. Questo passaggio richiede energia che l

cellula ricava dalla rottura di 2 legami ad alta energia (cioè consuma ATP).

Tappe enzimatiche

Nella prima reazione l’acido grasso viene coniugato al CoA e vengono rotti i due

legami ad alta energia (consumate 2 molecole di ATP). Quello che segue porta ad

una massiva produzione di ATP, ma non direttamente, infatti nei suoi prodotti

presenta coenzimi ridotti.

È una via metabolica ossidativa, si ossida il substrato e si producono i coenzimi.

È una via lineare, ma fatta di spire, noi partiamo da un acido, che viene soggetto a

una serie iniziale di 4 reazione, dopo queste si ha la liberazione di un coenzimaA,

che ha due atomi di carbonio e così via fino a quando non otteniamo solo acetil-

CoA.

La via della beta-ossidazione ha una forma a spirale poiché viene rimossa una unità acetilico per

ogni ciclo.

Si ottengono acetil-CoA a catena sempre più corta, sino alla demolizione finale e completa ad

acetil-CoA.

La beta-ossidazione è sostituita da ripetersi di alcune reazioni:

Ossidazione FAD dipendente:

1) la prima reazione è catalizzata da acetil-CoA

deidrogenasi, che dorma un doppio legame tra le posizioni 2 e 3 dalla catena.

L’enzima è il FAD dipendente e

Idratazione:

2) il doppio legame viene idratato, con la formazione del 3idrossiacil

derivato.

Ossidazione NAD+ dipendente:

3) una successiva ossidoriduzione, questa volta NAD+-

dipendente, porta alla formazione del beta-chetoacil-derivato

Distacco dell’unità bicarboniosa:

4) il beta-chetacil-derivato è scisso dalla tiolasi. Si

formano acetil-CoA e un acetil-CoA con 2 atomi di C in meno.

Alla fine di ogni ciclo risulta rimossa dall’acido di partenza una unità bicarboniosa

(acetil-CoA) e si ottiene una molecola di acido grasso con 2 atomi di C in meno. Il ciclo

si ripete fino ad ottenere tutto acetil-CoA, che entra nel ciclo di Krebs.

I prodotti della beta-ossidazione sono acetil-CoA e coenzimi, non ATP.

Le spire sono 7, mentre gli Acetil-CoA sono 8, perché l’ultima scinde.

Prima fase: rottura dei legami a due a due con generazione di Acetil-CoA e coenzimi ridotti.

Acetil-CoA vanno introdotti nel ciclo di Krebs per un’ulteriore produzione di coenzimi ridotti, che

poi entreranno nella fosforilazione per produrre ATP.

Destino dei prodotti

La lunga catena degli acidi grassi viene ossidata e rotta in unità a due atomi di carbonio

sotto forma di acetil-CoA.

I gruppi acrilici vengono ossidati a CO2nel ciclo dell’acido citrico.

Gli elettroni derivanti da queste ossidazioni vengono trasferiti all’ossigeno dalla catena

respiratoria; durante questo processo viene rilasciata una quantità di energia sufficiente per

la sintesi di ATP attraverso la fosforilazione ossidativa.

Resa energetica

Nel caso egli acidi grassi con numero pari di atomi di C queste 4 tappe si ripetono (n/2)-1 volte

(dove n=numero di atomi di C).

In ogni ciclo si formano: un acetil-CoA, un NADH + H+ ed un FADH2

La scissione finale produce 2acetil-CoA.

Acido palmitico (16C): 7 cicli; 8 acetil-CoA, 7 NADH + H+, 7 FADH2 prodotti.

L’actina-CoA entra nel ciclo di Krebs, mentre NADH e FADH2 vengono riossidati a livello della

catena respiratoria.

1) palmitico + CoA + ATP —> palmitoil-CoA + AMP + 2P - 2ATP

2) Palmitoil-CoA + 7CoA —> 8 acetil-CoA 7NADH + H+ / 7FADH2

3) 8acetil-CoA + 16O2 —> 16CO2 + 16H2O + 7CoA 8 x (3NADH + H+ / 1FADH2 / 1ATP)

ATP totale prodotto: - 2 + 21 +14 + 72 + 16 + 8 = 129

La resa della beta ossidazione dell’acido palmitico è 129 perché abbiamo

dovuto togliere 2 ATP per l’ossidazione del substrato

Acidi grassi vs glucosio

Gli acidi grassi con catena carboniosa più lunga dell’acido palmitico hanno una resa ancora

maggiore, poiché il dispendio energetico necessario per l’attivazione dell’acido grasso incide

meno. La resa dell’ossidazione completa degli acidi grassi a CO2 ed H2O è di 9 kcal/g di grasso

(contro le 4 kcal/g fornite dalle proteine e dai carboidrati.

Rimane più conveniente ossidare l’acido palmitico, perché produrrà comunque per unità di

carbono produce più ATP.

Un grammo di acido grasso è un grammo di acido grasso, perché è refrattario all’acqua.

Produce più energia degradare un acido grasso, ma il vantaggio del glucosio è che è più veloce e

non serve ossigeno.

A seconda delle necessità delle cellule, del tessuto e delle condizioni, si sceglie se utilizzare uno o

l’altro.

Biosintesi

Gli acidi grassi, componenti fondamentali dei lipidi, possono essere introdotti con l’alimentazione,

mobilizzati dalle riserve lipidiche, sintetizzati ex novo e ottenuti dalla conversione dei carboidrati in

eccesso introdotti con la dieta (non il contrario).

La biosintesi degli acidi grassi avviene principalmente nel fegato e nelle ghiandole mammarie

durante l’allattamento e, in misura minore, nel tessuto adiposo.

Differisce radicalmente dalla beta-ossidazione, di cui utilizza un gruppo di enzimi completamente

diverso (acetil-CoA carbossilici e acido grasso sintasi).

L’organismo induce la biosintesi degli acidi grassi quando abbiamo un eccesso di acetil- CoA che

viene messo via sotto forma di acidi grassi.

È una via riduttiva, esoergonica e catabolica.

Non abbiamo più bisogno di energia, per questo l’insulina inibisce la beta-ossidazione.

Gli acidi grassi, componenti fondamentali de lipidi, possono essere introdotti per alimentazione,

mobilizzati dalle riserve lipidiche, sintetizzati ex novo e ottenuti dalla conversione dei carboidrati in

eccesso introdotti con la dieta (non il contrario).

È un processo localizzato nel citosol, ed iniziando dall’acetil-CoA, ogni sostanza che lo può

generare (zuccheri, amminoacidi) può essere un precursore degli acidi grassi.

Regolazione

Se abbiamo una dieta eccessiva di carboidrati, ingrassiamo lo stesso perché

produce lo stesso acidi grassi.

Viene stimolata dall’insulina, ed inibita dal glucagone. Se abbiamo una dieta

circa di grassi il nostro organismo non ne produce più.

Integrazione tra metabolismi

Il glucosio ha un ruolo importante nella sintesi dei lipidi poiché fornisce:

- Acetil-CoA, unitò struttrale di base

- NADPH + H+ tramite la via del pentoso fosfato

- Glicerorolo tramite la glicolisi

- ATP, fornita dalla respirazione

Corpi chetonici

Quando l’acetil-CoA è in abbondanza può entrare nella via dei corpi chetonici.

Questa via che deriva dalla saturazione del ciclo di Krebs, è una via di fuga anche

per portare un pò di nutrimento al cervello. Perché i corpi chetonici sono molecole

ricche, solubili in acqua.

Nei mitocondri epatici, l’acetil-CoA prodotto dall’ossidazione degli acidi grassi, può

essere convertito in corpi chetoni (digiuno, dieta sbilanciata, esercizio fisico

prolungato, diabete, febbre). Sono idrosolubili e quindi non richiedono proteine per il

trasporto e sono utilizzati a scopo energetico dai tessuti periferici come il muscolo scheletrico e

cardiaco, la corteccia surrenale ed anche l’encefalo, se la loro concentrazione è elevata.

L’acetone e il beta-idrossi-butirrato sono trasportati dal sangue ai tessuti, dove possono essere

riconvertiti in acetil-CoA che sarà ossidato nel ciclo di Krebs. Il destino principale dell’acetone,

che sarà per decarbossilazione spontanea dell’acetoacetato, è l’eliminazione con il

respiro e le urine.

Durante il digiuno gli acidi grassi, mobilizzati dal tessuto adiposo, arrivano al fegato in

grandi quantità. Ciò comporta un aumento della concentrazione di acetil-CoA che ne

deriva (beta-ossidazione) e un’iniezione della glicolisi per azione sulla piruvato

deidrogenasi e un’attivazione della gluconeogenesi agendo sulla piruvato carbossilasi.

L’acetil-CoA viene perciò incanalato nella sintesi dei corpi chetonici.

Il fegato sintetizza continuamente piccole quantità di corpi chetonici ma la loro

produzione aumenta durante il digiuno, quando è necessario fornire energia ai tessuti

periferici.

Quando la velocità di formazione dei corpi chetonici è superiore a quella di utilizzo, il loro livello

sale prima nel sangue (chetonemia), con conseguente acidosi, e poi nell’urina (chetourina).

La chetoacidosi si può essere are nel diabete di tipo I non controllato, nel digiuno e nei bambini

con febbre elevata; in quest’ultimo caso per un aumento della secrezione di ormoni che

metabolizzano i grassi (adrenalina, tirosina, cortisolo, ormone della crescita e glucagone) e un

rifiuto del cibo.

Se i corpi chetonici si accumulano nel sangue, essendo acidi, possono portare ad un acidosi

metabolica.

Colesterolo

È presente nella cellula come libero o esterificato con acidi grassi.

Le sorgenti sono la dieta o la biosintesi endogena a partire dell’acetil-CoA (fegato, corteccia

surrenalica, ghiandole della riproduzione).

L’unica via di eliminazione è attraverso la bile. Serve come precursore delle

vitamine D e degli ormoni steroidei; è inoltre un componente fondamentale delle

membrane biologiche.

La biosintesi avviene in più fase e l’enzima chiave è l’HMG-CoA riduttasi, la sua

attività è inibita mediante feedback negativo dal colesterolo e dalle LDL. Questo

enzima è il bersaglio delle statine le molecole più utilizzate nella terapie

dell’ipercolestemia, dell’insulina (che lo attiva) e del glucagone che lo inibisce.

Alti livelli di colesterolo diminuiscono la sintesi del recettore per le LDL, rallentando

la velocità di assunzione di colesterolo dl sangue.

METABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI

Gli amminoacidi diffondo nei villi intestinali, entrano nei capillari e vengono trasportati per via

ematica nel fegato dove è presente un pool “dinamico” di amminoacidi, disponibili per la sintesi di

varie molecole, in particolare le proteine.

Nell’uomo non è presente alcun organo o tessuto in grado di conservare amminoacidi e proteine.

Anche se non sono fondamentali come fonte energetica, le proteine

rappresentano un notevole contributo come riserva di amminoacidi e azoto.

A differenza di carboidrati e lipidi, gli amminoacidi hanno proprietà molto diverse.

- Le proteine non hanno la produzione di energia come attività fisiologica, perhcè servono per

altro

- Contengono un gruppo amminico, cioè un atomo di azoto. Questo gruppo se liberato da

origine a ammoniaca (base) e lo ione ammonio (acido, che se liberato nel sangue può dare

acidosi)

- Non possono essere accumulati, non esiste una riserva di amminoacidi. Dobbiamo infatti

introdurli con l’alimentazione perché molti sono essenziali

Amminoacidi essenziali

Poco meno della metà dei venti amminoacidi ordinari devono essere introdotti con l’alimentazione

e sono quindi essenziali sotto l’aspetto nutrizionale (metionina, fenilalanina, isoleucina treonina,

lucina, triptofano, lisina, valina).

Piruvato —> alanina

Ossalacetato —> aspartato (+glutammica) —> asparagina

Alfa-chetoglutarato —> glutammato + (NH3) —> glutammina

Glutammato —> parolina, arginina

3-fosfoglicerato —> serina —> glicina

Metionina —> cisteina

Fenilalanina —> tirosina

Amminoacidi nel fegato

Nel fegato, le cui cellule hanno un ampio corredo enzimatico e sono

poco specializzate, lei è metaboliche che riguardano gli

amminoacidi sono molteplici. Nel fegato vengono sintetizzate anche

molte delle proteine del plasma sanguigno (es. albumina).

Possono essere utilizzati per formare:

- Acetil-CoA

- Glucosio

Amminoacidi glucogenici e chetogenici

Alcuni amminoacidi possono essere trasformati in intermedi del ciclo

di Krebs (glucogenici)

Gli amminoacidi servono per fare le proteine, ma non sono

esclusivamente parte di proteine, ma sono collegati sia con la via

degli acidi grassi che quella dei carboidrati

Chetogenesi: possono essere trasformati in coenzima-A, il quale

diventerà copro chetonico. Portano quindi alla formazione di corpi

chetonici

Bilancio dell’azoto

A differenza di carboidrati e lipidi, nell’organismo non esistono riserve di

proteine; è quindi necessario assumerle con la dieta in maniera

regolare.

Il bilancio azotato si esprime come differenza tra l’azoto ingerito (Nin) e

quello eliminato (Nout).

Il bilancio risulta negativo in caso di malnutrizione, mancanza di un

amminoacido essenziale nell dieta, catabolismo eccessivo.

Transaminazione

Avviene prima del ciclo dell’urea.

Consiste nello spostamento del gruppo amminico grazie ad una vitamina (B6) e delle reazioni di

equilibrio, il gruppo amminico può quindi passare da un amminoacido all’altro.

Le transaminasi trasportano gruppi amminici e si trovano nel fegato.

Il “pool” dei 20 amminoacidi deve soddisfare in ogni momento le esigenze metaboliche,

presentando opportune concentrazioni di ogni amminoacido.

Le reazioni di transaminazione:

- Sono catalizzate dalle transaminasi (anche dette amminotransferasi)

- Utilizzano piridossal-fosfato (PLP, trasportatore di gruppi amminici -NH2, derivato dalla vitamina

B6).

- Consentono l’interconversione di quasi tutti gli amminoacidi

- Comportano come reagenti (o prodotti) glutammato e alfa-chetoglutarato

- Sono reversibili (Keq ~ 1 e deltaG ~ 0) (praticamente reagenti e prodotti sono presenti in uguale

concentrazione) e la loro direzione si sposta in dipendenza dalle concentrazioni dei reagenti

Il metabolismo degli amminoacidi prevede che

si scambino il gruppo -NH2 con formazione di

glutammato, l’unico a cui lo si può strappare

tramite deaminzaione e successiva

eliminazione come urea. La transaminazione è

una reazione che trasferisce un gruppo da un

amminoacido ad un chetoacido.

Deaminazione ossidativa

Il “pool” amminoacidico viene utilizzato principalmente per la sintesi proteica e

per la sintesi di vari composti azotati. L’eccesso di amminoacidi introdotti non

può essere accumulato e va quindi incontro alla fase catabolica di deaminazione

ossidativa.

Il glutammato può essere deaminato secondo la reazione catalizzate dalla

glutammato deidrogenasi NAD-dipendente, molto attiva nei mitocondri epatici. In

questa fase le razioni di transaminazione incanalano i gruppi amminici -NH2 dei

vari amminoacidi sul glutammato, unico amminoacido ad essere deaminato con

liberazione di ammonio (NH4+) e di NADH.

Ciclo dell’urea

I mammiferi eliminano con le urine piccole quantità di ammoniaca e quantità assai maggiori di

urea composto non tossico e molto solubile, che rappresenta la forma di eliminazione dell’azoto

proteico più importante.

Il ciclo dell’urea è stata la prima via metabolica chiarita da Krebs nel 1932. Nell’urea un gruppo -

NH2 province dall’aspartato (citoplasma) e l’altro dal glutammato (mitocondrio).

L’urea è un composto molto solubile che può essere accumulato senza il rischio di formare

precipitati, i residui -NH2 non sono protonabili e non alterano l’equilibrio acido-base.

L’eliminazione di NH3 (NH4+), attraverso una via metabolica così complessa e costosa sotto il

profilo energetico, rende ragione dei danni che tale composto tossico potrebbe causare,

rimanendo in circolo.

Gli amminoacidi vengono degradati tramite questo ciclo che serve per mettere in sicurezza

l’azoto.

Studiato da Krebs, ciclo formato da 4 reazioni cicliche e una iniziale (liberazione del gruppo

amminico che interagendo con il carbonato forma una molecola che entra nel ciclo) per un totale

di 5 e avviene tra citosol e mitocondrio.

Si compone di 5 reazioni:

1) NH4+ + HCO3- + 2ATP —> carbamilfosfato + 2ADP + 2P

2) Carbamilfosfato + ornitina —> citrullina

3) Citrullina + aspartato + ATP —> arginosuccinato + AMP + 2P

4) Arginosuccinato —> fumarato + arginina

5) Arginina —> urea + ornitina

Le prime due reazioni avvengono nel mitocondrio, mentre le rimanenti 3 nel citosol.

Il ciclo dell’urea richiede energia che la cellula ricava dalla rottura di 4 legami ad alta energia

(consuma cioè ATP).

Spende energia: 4 molecole di ATP

È gestito quasi interamente da amminoacidi

Metabolismo degli amminoacidi: visione d’insieme

ORMONI

Si muovono nell’organismo e devono raggiungere distretti lontani nell’organismo, vengono secreti

dalle ghiandole endocrine, cioè che versano il loro prodotto direttamente nel sangue e vengono

riversati nel circolo sanguigno.

La secrezione avviene in seguito a stimoli ed esigenze specifiche, di natura chimica o nervosa.

Si muovono anche a grandi distanze dal luogo di partenza per raggiungere altri organi o tessuti

ove esplicano la loro azione.

Hanno un’importanza fondamentale per il metabolismo, per l’accrescimento, la riproduzione e per

tutti i processi fondamentali necessari allo sviluppo ed al funzionamento dell’organismo.

Sono in grado di agire in maniera molo specifica, perché gli ormoni hanno dei recettori specifici

sulle cellule bersaglio ed interagiscono solo con essi.

Agiscono a concentrazioni molto basse (10^-15 e 10^-9 M)

La specificità del trasferimento dell’informazione è determinata da:

- Dalla capacità di ciascuna cellula bersaglio di rispondere ad alcuni ormoni e non ad altri

- Dalla concentrazione dell’ormone e dal suo spazio di distribuzione

Classificazione

Si classificano in base alla loro proprietà chimiche e quindi in base alla loro solubilità in acqua.

- Ormoni idrosolubili: si dividono a loro volta in

- Peptidici

- Insulina: cellule beta del pancreas

- Glucagone: cellule alfa del pancreas

- Ormone paratiroideo: paratiroidi

- Calcitonina: tiroide

- Prolattina, ormone somatotropo: adenoipofisi

- Ossitocina, vasopressina: ipotalamo

- Non peptidici

- Adrenalina e noradrenalina: midollare del surrene

- Tirosina: tiroide

- Ormoni liposolubili: steroidi

- Cortisolo, aldosterone: corteccia surrenale

- Androgeni: testisoli

- Estrogeni: ovaio

Ormoni idrosolubili

- Peptidici

- Non peptidici

Idrosolubili peptidi

Sono peptidi, polipeptidi, glicoproteine.

- Vengono prodotti come pre-pro ormoni, quindi generalmente

sintetizzati come inattivi e poi convertiti in ormoni per proteolisi. Sono accumulati nelle

vescicole e liberati in seguito a segnalazione in grandi quantità ed in tempi brevi.

- Circolano liberamente nel sangue e hanno emivita breve, quindi durando poco devono essere

continuamente prodotti.

Idrosolubili non peptidici

Sono catecolamine e ormoni tiroidei.

- Come gli ormoni peptidici vengono accumulati nelle vescicole e

liberati in seguito a segnalazione in grandi quantità ed in tempi

brevi.

- Non sono soggetti a processi di maturazione da pre-pro-ormone

ad romane attivo, questa è infatti l’unica differenza con gli

ormoni idrosolubili peptidi, per il resto hanno le caratteristiche

uguali.

La tiroxina stimola il metabolismo, senza quindi avremmo un

deficit.

Ormoni liposolubili

Gli ormoni steroidei sono liberati nel plasma appena sintetizzati,

hanno lunga emivita e necessitano di proteine plasmatiche nel

sangue.

Non sono solubili in acqua e hanno bisogno di proteine che li

trasportano, non vengono accumulati, ma vengono prodotti

appena sintetizzati.

Recettori ormonali

- Ormoni idrosolubili: gli ormoni solubili non possono attraversare la membrana,

interagisce con un recettore situato all’esterno della superficie che trasmetta il segnale

all’interno della cellula (es. l’insulina funziona così); non attraversando la membrana

plasmatica si legami a recettori localizzati sulla superficie cellulare.

- Ormoni liposolubili: gli ormoni steroidei invece non possono circolare liberamente ma

possono attraversare la membrana della cellula, perché fatti da lipidi. Essendo in grado

di attraversare la membrana cellulare e i loro recettori si trovano all’interno della cellula.

Ormoni ipofisari

L’ipofisi coordina buona parte delle funzioni ormonali dell’organismo; è formata da:

- Neuroipofisi: legato al sistema nervoso

- Endoiposifi: parte endocrina che produce parecchi ormoni

L’ipofisi produce l’ormone che stimola la tiroide a produrre i propri

ormoni, o le gonadi a produrre gli ormoni sessuali.

È influenzata dall’ipotalamo che ordina all’ipofisi attraverso dei fattori di

rilascio a stimolare l’ipofisi di produrre ormoni che vadano a stimolare

ad esempio la tiroide che produce la tirosina.

Lobo anteriore

Secerne ormoni tropici , che stimolano l’attività di altre ghiandole

endocrine.

- Somatotropina (GH): regola l’accrescimento corporeo

- TSH: agisce sulla tiroide

- ACTH: sulla corteccia surrenale

- Gonadotropine: stimolano nelle femmine la crescita dei follicoli ovarici,

la formazione del corpo luteo, le secrezione di estrogeni e l’ovulazione, mentre nei maschi

promuovono la spermatogenesi e la secrezione di testosterone

Lobo posteriore

Formato da tessuto nervoso, accumula e libera due ormoni prodotti dell’ipotalamo

- Ormone antidiuretico ADH: vasopressina,

detto anche coinvolto nel riassorbimento di acqua a

livello renale

- Ossitocina: stimola le contrazioni dell’utero al momento del parto

Ormoni tiroidei

tiroxina,

La chimicamente simile alla tirosina,

contiene iodio e stimola tutti i processi metabolici,

accelerando la respirazione cellulare.

- Ipertiroideo: individuo che tende ad essere

magro, nervoso ed attivo

- Ipotiroideo: individuo che tende ad essere

grasso, abulico ed epatico.

Controllo della produzione feedback negativo,

La produzione di tiroxina è controllata da un sistema a che coinvolge

ipotalamo e adenoipofisi.

- Deficit di tiroxina: nei casi di carenza alimentare di iodio la tiroide non può produrre

adeguatamente tiroxina, ma continua ad esser stimolata con il risultato di ingrossarsi e

gozzo.

sporgere in avanti a formare il Il deficit di tiroxina può comportare inoltre sviluppo

mentale ritardato. Esso può essere in alcuni casi contrastato introducendo una piccola quantità

di iodio nel sale da cucina. Se non abbiamo una sufficiente quantità di iodio, la tiroide non può

produrre tiroxina. La tiroide a furia di essere stimolata da ipotalamo e ipofisi che non sanno che

manca iodio, si ingrossa fino a formare il gozzo.

Essendo necessarie tre ghiandole per produrre la tiroxina, si può regolare meglio e si può

intervenire meglio su ogni reazione (feedback negativo).

Calcemia

La regolazione della calcemia avviene attraverso due

ormoni:

- Calcitonina

- Paratormone: prodotto dalle ghiandole paroidee

Questi hanno effetto opposto, quando la concentrazione di

calcio aumenta la calcitonina deve essere prodotto per

depositare ioni calcio in forma di fosfato nelle ossa per

mineralizzarle.

Ormoni surrenalici

Controllano le risposte allo stress.

Glicemia

VITAMINE

Sono composti organici di piccole dimensioni necessari in piccole quantità per le normali funzioni

biologiche.

L’organismo non è in grado di sintetizzarle e devono essere assunte con la dieta. Una piccola

quota (parte del complesso B, vitamina K) è prodotta dalla nostra flora batterica, ma non in

quantità sufficiente per coprirne il fabbisogno.

Non costituiscono una fonte di energia.

Sono essenziali nell’accrescimento e nel mantenimento dello stato di salute per le funzioni vitali di

un organismo.

Alcune malattie (beri-beri, scorbuto, rachitismo, ecc) sono dovute a carenze dietetiche di

specifiche vitamine.

Svolgono un ruolo ben determinato:

- Regolazione del metabolismo

- Protezione: antiossidanti, difesa immunitaria

Classificazione

Le vitamine sono un gruppo di sostanze molto

eterogenee dal punto di vista chimico e possono

essere classificate in due gruppi in base alla loro

solubilità:

- Vitamine idrosolubili: vitamine del gruppo B (B1,

B2, B3, B4, B5, B6, B8, B9, B12) e la vit. C

- Vitamine liposolubili: A, D, E, K

Vitamine idrosolubili

- Diffondono liberamente nei liquidi intra ed estracellulari

- Non vengono immagazzinate nell’organismo.

- Devono essere assunte con un’adeguata alimentazione ad intervalli di tempo brevi.

- Non esercitano effetti tossici anche a dosi elevate.

- Sono escrete dai reni con l’urina.

Vitamine liposolubili

- Diffondono liberamene nelle membrane

- Sono immagazzinate nel tessuto adiposo e un loro eccesso viene smaltito più lentamente

- Non è necessario introdurle quotidianamente con la dieta

- A dosi elevate possono esercitare effetti tossici

- Sono escrete con la bile

Ipovitaminosi

Mancanza di una o più vitamine; può essere causata da:

- Inadeguata alimentazione

- Alterato assorbimento

- Aumentato fabbisogno

- Condizioni fisiologiche particolari: inquinamento ambientale, fumo, alcool, contraccettivi orali,

caffè, antibiotici, altri farmaci

- Preparazione, confezione e conservazione degli alimenti: es. nei cibi conservati

mediante eccessivo riscaldamento o cottura, che distruggono la vitamina C e

alcune vitamine del gruppo B

Vitamine idrosolubili

Vitamine del gruppo B

B1: tiamina

Partecipa al metabolismo glucidico e alla trasmissione dell’impulso nervoso; la carenza causa il

beri-beri, che si manifesta con lesioni del sistema nervoso e problemi cardiaci.

Beri-beri

È una malattia che colpisce principalmente il sistema nervoso, causata da una carenza

nutrizionale di tiamina (vitamina B1), precursore di TPP, cofattore di importanti enzimi, quali

piruvato deidrogenasi, alfa-chetoglutarato deidrogenasi e transchetolasi.

L’inattivazione della piruvato deidrogenasi impedisce l’ingresso del piruvato nel ciclo dell’acido

citrico; gli altri tessuti possono utilizzare i grassi come fonti di energia, ma non il sistema nervoso

centrale.

La malattia è stata ben descritta per la prima volta nel 1630 da Jacob de

Bondt, un medico olandese che operava a Giava: “una erta malattia molto

debilitante, che attacca gli uomini, è chiamata dagli abitanti beri-beri (che

significa pecora). Penso che la chiamino così perché gli individui attaccati da

questa malattia, camminando con le ginocchia tremanti e le gambe

malferma, hanno un’andatura simile a quella delle pecore. È una sorta di

paralisi o piuttosto di tremore, interessa la motilità e la sensibilità delle mani e

dei piedi e talvolta dell’intero copro”.

B2: riboflavina

Partecipa come coenzima (FAD) in numerose reazioni metaboliche è anche

sintetizzata, in piccole quantità, dalla flora intestinale.

B3: niacina o PP

Partecipa in numerose reazioni come coenzima (NAD+, NADP+); piccole

quantità possono essere sintetizzate dal triptofano; la cernia causa la

pellagra (dermatite, diarrea, demenza).

B5: acido pantotenico

È un componente del coenzima A e intervine nel metabolismo di carboidrati,

lipidi e proteine; è prodotta anche dalla flora batterica.

B6: piridossina

Regola il funzionamento del SNC e della sintesi di emoglobina; la sua carenza determina

alterazioni del SNC.

Viene prodotta anche dalla flora batterica; coenzima piridossalfosfato (PLP) nelle catalisi

delle reazioni di transaminazione.

B8: biotina o H

Interviene come coenzima nelle reazioni di carbossilazione; una quantità significativa

viene sintetizzata dai batteri intestinali.

L’attività è importante per la crescita cellulare, il metabolismo degli amminoacidi e dei

carboidrati, l’attività dell’acido pantotenico e della vitamina B12

B9: acido folico

È implicato nella sintesi di amminoacidi e purine, regola la formazione dei globuli rossi

ed è inoltre fondamentale per il corretto sviluppo del SN nell’embrione.

anemia megagloblastica spina bifida

Una carenza causa e nel feto.

B12: cobalamina

È un complesso composto chimico organometallico (con un atomo di cobalto inserito in

un anello simile a quello del gruppo eme dell’emoglobina).

È un carrier di gruppi metilici agendo da coenzima della metilmalinil-CoA mutasi (beta-

ossidazione).

Non può essere sintetizzato dall’organismo e deve quindi essere acquisito con la dieta.

Una volta rilasciata dal cibo nello stomaco, si lega ad un carrier glicoproteico, il fattore intrinseco,

prodotto dalle cellule parietali dello stomaco. Il complesso interagisce con i recettori presenti sulle

cellule della mucosa dell’ileo terminale e viene assorbita. È trasportata ai tessuti legata alla

transcobalamina II. In parte viene immagazzinata nel fegato.

l’anemia perniciosa,

La causa più comune di carenza di vitamina B12 è una malattia autoimmune

in cui gli anticorpi vengono prodotti contro il fattore intrinseco.

Vitamina C

- È un antiossidante: inattiva i radicali liberi dell’ossigeno che danneggiano le

membrane lipidiche, le proteine e il DNA. Protegge anche altri antiossidanti come la

vit. A ed E.

- È essenziale per la crescita e la riparazione dei tessuti perché partecipa alla sintesi

del collagene.

- Aumenta le difese immunitarie

- scorbuto,

Una carenza causa lo che è una delle più antiche malattie conosciute dall’uomo (ne

erano colpiti i marinai): la maggior parte dei sintomi sono dovuti ad una diminuzione della

formazione di collagene, che causa un impoverimento del tessuto connettivo e la formazione di

ferite.

Vitamine liposolubili

Vitamina A: reticolo

È trasportata dalla RBP e si accumula nel fegato; è coinvolta nel meccanismo

della visione; regola la differenziazione degli epiteli mucosi e stimola la sintesi di

transferina.

Vitamina D: colecalciferolo

È essenziale per il metabolismo del calcio e del fosforo (ne aumenta

assorbimento e deposizione).

La carenza causa un indebolimento delle ossa con deformazioni (rachitismo in

età infantili) e fratture (ostemalacia e osteoporosi in età adulta).

Vitamina E: tocoferolo

Ha funzione antiossidante (combatte i radicali liberi).

La carenza causa fragilità delle membrane dei globuli rossi.

Vitamina K: fillochinone

Interviene nella coagulazione del sangue.

Una carenza causa emorragie.

SANGUE

È un fluido leggermene alcalino (pH: 7.4 in condizioni fisiologiche; valori maggiori

o minori definiscono lo stato di acidosi o di alcalosi).

È composto

- Porzione liquida: plasma

- Porzione corpuscolata: o figurata rappresentata dalle cellule, composta da globuli rossi

(eritrociti), globuli bianchi (leucociti) e piastrine

I globuli rossi hanno una vita media di 120 giorni, quindi vengono degradati.

Globulo rosso

Metabolismo

La glicolisi anaerobica è l’unica fonte di energia per il globulo rosso; il

prodotto finale è l’acido lattico che viene immesso nel circolo sanguigno per

essere trasportato al fegato dove è riconvertito in piruvato. Tutti i processi

biochimici mitocondriali sono assenti nel globulo rosso circolante.

Il globulo rosso trasporta l’ossigeno molecolare verso i tessuti ma è

praticamente incapace di utilizzarlo dal punto di vista metabolico.

Emoglobina

È una proteina globulare contenuta nei globuli rossi che lega l’O2 e lo

trasporta dai polmoni ai tessuti.

4 subunità:

È formata da due catene alfa e due catene beta, che si ripiegano

in tratti di alfa-elica uniti tra loro da segmenti non elicoidali. Ciascuna catena

si ripiega su se stessa formando una “tasca” idrofobica che accoglie il

gruppo eme che lega un atomo di ferro.

- Ione ferroso (Fe2+): di ogni gruppo eme può legare in modo reversibile una

molecola di ossigeno tramite un effetto cooperativo

- Ione ferrico (Fe3+): non è in grado di legare O2.

Quando deossigenato il gruppo eme è di color rosso scuro, come nel sangue

venoso. In forma ossigenata è rosso brillante come nel sangue arterioso.

Anidride carbonica

In aggiunta al trasporto di O2 dai polmoni ai tessuti, l’emoglobina trasporta anche due prodotti

della respirazione, H+ e CO2, dai tessuti ai polmoni ed ai reni, organi deputati alla loro escrezione.

La maggior parte della CO2 viene trasportata nel sangue come ione bicarbonato, mentre una

frazione minore legata all’emoglobina o disciolta.

La reazione di idratazione dalla CO2 è spontanea, ma troppo lenta per i ritmi metabolici e viene

aritrocitario anidrasi carbonica.

catalizzata dall’enzima

La reazione libera H+ causando una diminuzione del pH.

Nei tessuti l’emoglobina perde affinità per O2, lo rilascia a causa delle basse pO2 e, essendo la

forma deossigenata più affine per H+, si comporta come un ottimo tampone intracellualre (azione

di alcuni residui di istidina). L’azione tampone si accompagnava al trasporto dell’anidride

carbonica.

Scambi gassosi

Le diverse funzioni dell’emoglobina dipendono dalle diverse pressioni

dell’O2 e della CO2 nei tessuti e nei polmoni.

Lo ione cloruro viene trasferito per bilanciare la carica del bicarbonato e

mantenere la neutralità.

Carbossiemoglobina

I derivati carbossi-emoglobina presentano monossido di carbonio (CO) legato al gruppo eme.

L’affinità del CO per l’emoglobina è superiore a quella per O2 di circa 200 volte.

Quando nell’aria è presente 0.2% di CO in 1 ora si ha perdita di coscienza e in circa 4 ore si ha

morte per asfissia (circa 2/3 di Hb sono legati a CO).

Valori di riferimento

- Neonati: < 0.5% > 20% tossica

- Non fumatori: 1-2% > 50% letale

- Fumatori: 8-10%

Per la sua stabilità rispetto all’ossiemoglobina, la % di carbossiemoglobina si

dimezza in 6 ore se l’intossicato respira aria, in un’ora se respira ossigeno al 100%,

in 25 minuti se respira ossigeno in camera iperbarica.


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in infermieristica
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher elisavanini98 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fondamenti biomolecolari della vita e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Vita Salute San Raffaele - Unisr o del prof Vago Riccardo.

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