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Appunti di Biochimica basato su appunti personali del publisher presi alle lezioni della prof. Mioletti dell’università degli Studi di Torino - Unito, Facoltà di Medicina veterinaria, Corso di laurea in produzioni e gestione degli animali in allevamento e selvatici. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Biochimica docente Prof. S. Mioletti

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predisposti ad utilizzare la via anaerobia per ricavare energia come i muscolo

scheletrici, gli eritrociti, l'epitelio intestinale, le cellule embrionali e tumorali; sono

meno efficienti in cuore e cervello.

Se si parte dal glicogeno si ricavano in totale 3 molecole di ATP perché il G1P si

forma per fosforilazione mediante un H PO e non un ATP. Se invece si parte dal

3 4

glucosio se ne avranno invece 4.

dal piruvato per fermentazione si ottiene l'etanolo, CH -CH -OH, ciò accade in

3 2

microrganismi e lieviti. Negli animali superiori l'etanolo viene assorbito rapidamente

in condizioni di digiuno, si distribuisce velocemente nell'organismo ma la sede

principale di degradazione è il fegato dove viene ossidato ad acetaldeide grazie

++

all'alcol deidrogenasi dipendente da Zn . Questo enzima si trova nello stomaco,

minore concentrazione nelle donne, e catalizza anche l'ossidazione del metanolo.

Nella produzione dell'acetaldeide sono coinvolti anche il sistema di ossidazione

+

microsomiale dell'etanolo, MEOS, nel REL, inducibile e dipendente da NADPH(H )

che tende a produrre radicali liberi dell'ossigeno, e la catalasi che utilizza l'H O

2 2

riducendola ad H O questa reazione è significativa solo con dosi eccessive di etanolo,

2

anche qui si producono molti radicali liberi dell'ossigeno. L'acetaldeide viene poi

ossidato ad acetato tramite l'aldeide deidrogenasi che ha due forme:

Mitocondriale, con bassa Km;

• Citoplasmatica, con alta Km.

Se il primo non è molto attivo l'acetaldeide si ossida lentamente nel citoplasma con

dosi elevate di alcol, in questo caso si accumula e si riversa nel sangue provocando

fenomeni tossici. L'acetato raggiunge poi per via ematica i vari tessuti extraepatici e

viene trasformato in AcetilCoA grazie all'acilCoA sintetasi o tiochinasi che entra

poi nel ciclo di Krebs. Nell'epatocita l'acetilCoA è poco utilizzato nel ciclo di Krebs

ma se è in grande quantità serve a formare i corpi chetonici, acidi grassi e colesterolo,

ciò aumenta il grasso a livello epatico in caso di alcolismo cronico.

Oltre al glucosio altre molecole possono entrare nella glicolisi ed essere convertiti da

opportuni enzimi in uno degli intermedi della vita:

Fruttosio, nel fegato come già visto e nel rene, muscolo o tessuto adiposo D-

• fruttosio+ATP → F6P+ADP;

Mannosio, presente in molte glicoproteine, glicolipidi e polisaccaridi, è un

• epimero del glucosio in C2: D-mannosio+ATP → D-mannosio 6P+ADP con

un esochinasi e poi grazie alla mannosio isomerasi D-mannosio 6P→ D-

fruttosio 6P+ADP;

Glicerolo, viene prodotto dall'idrolisi dei trigliceridi e può entrare con questa

• reazione:

Galattosio, via metabolica di Leloir nel fegato con una galattochinasi che è

• stimolata da galattosio stesso: D-galattosio+ATP → D-galattosio 1P+ADP;

D-galattosio 1P+UTP → UDP-galattosio + PiPi grazie alla UDPgalattosio

pirofosforilasi che avviene solo sopra l'anno di vita nell'uomo; Galattosio 1P

+ UDPG → UDP-galattosio + Glucosio 1P, con una galattosio 1P

uridiltransferasi e dove UDPG è l'uridina difosfoglucosio; con una

fosfomutasi si ha Glucosio 1P → Glucosio 6P; UDP-galattosio → UDPG

grazie alla UDP-galattosio-4-epimerasi. Nella galattosemia classica i

bambini presentano un deficit della galattosio 1P uridiltransferasi con

accumulo di galattosio 1P con danni epatici, ittero (colorazione gialla della

pelle, delle sclere e delle mucose) e problemi all'SNC. Una carenza di

galattochinasi provoca galattosemia e galattosuria e accumulo di galattitolo

che porta la cataratta.

METABOLISMO DEL LATTOSIO

Il lattosio è un disaccaride presente nel latte, è la principale fonte di energia durante

l'allattamento. Nei mammiferi placentati viene sintetizzato nella ghiandola mammaria

in gravidanza avanzata e in allattamento grazie alla lattosio sintasi un enzima

composto dalla galattosio transferasi e dall'α lattalbumina. La prima è presente in

tutte le cellule e coinvolta nell'incorporazione del galattosio nelle proteine, in

gravidanza avanzata l'ipofisi rilascia poi la prolattina con la produzione della seconda

proteina, le due si associano e formano l'enzima che permette questa reazione: UDP-

Galattosio + glucosio → UDP + Lattosio. La scissione del lattosio in galattosio e

glucosio è operata poi nell'intestino tenue dalla lattasi, ciò fornisce il galattosio ai

neonati utile anche per la sintesi dei gangliosidi nel cervello in sviluppo. Inoltre la

lattasi fa parte della classe delle β-galattosidasi, nell'uomo è l'unico enzima in grado

di rompere un legame β-glicosidico. Infine è inducibile, appare nel feto solo negli

stadi avanzati di gestazione e maggiormente dopo la nascita e soprattutto dopo i 3-5

anni, ha bassi livelli di intolleranza al lattosio. Alcuni batteri, come il lactobacillus, si

nutrono del lattosio nel latte provocando la fermentazione lattica che converte il

lattosio in acido lattico durante la glicolisi producendo lo yogurt. Il kumis è dato

dalla fermentazione, grazie a lattobacilli e lieviti, del latte di cavalla, asina e

cammella, è originario delle steppe dell'Asia centrale. Il kefir è una bevanda alcolica

ottenuta grazie ai lactobacillus, streptococchi lactis e lieviti, contiene oltre a lattosio

residuo e acido lattico anche etanolo e CO per questo è leggermente frizzante.

2

GLUCONEOGENESI

Comporta la formazione di glucosio a partire da precursori non glicidici. Si attiva

quando l'organismo ha esaurito le riserve glicidiche e in parte lipidiche e demolisce le

proteine sotto il controllo ormonale. È molto importante per l'encefalo, eritrociti,

surreni, cornea, testicoli e i muscoli in esercizio che richiedono il continuo apporto di

glucosio come combustibile. Durante il digiuno notturno circa il 90% della

gluconeogenesi avviene nel fegato, il resto nei reni, durante il digiuno prolungato

quella nei reni arriva fino al 40%. Il meccanismo enzimatico per la gluconeogenesi è

estremamente sviluppato nelle bovine da latte mentre l'ossidazione del glucosio nei

ruminanti è inferiore rispetto ai non ruminanti. I principali precursori non glicidici

sono: Lattato, proveniente dagli eritrociti e dal muscolo scheletrico attivo;

• Amminoacidi gluconeogenici, derivanti dalle proteine introdotte con la dieta

• e soprattutto nel digiuno dalle proteine del muscolo scheletrico, nel fegato

alanina e glutammato mentre nei reni glutammina;

Glicerolo, proveniente dalla demolizione dei trigliceridi che passano dal

• tessuto adiposo al sangue e poi al fegato.

Durante la gluconeogenesi la PDH, la PFK, la GK e l'EK sono relativamente inattive.

La spesa energetica per la sintesi del glucosio è maggiore dell'energia ricavata dalla

glicolisi. L'equazione netta della gluconeogenesi è: + +

2 piruvato +NADH + 4ATP + 2 GTP + 6H O +2H → Glucosio + 2NAD + 4ADP

2

+ 2GDP + 6Pi

Consideriamo il piruvato come un precursore del glucosio. La via non è

semplicemente l'inverso della glicolisi perché qui abbiamo tre reazioni irreversibili:

1. Piruvato + ATP → fosfoenolpiruvato (PEP)+ ADP, piruvato chinasi

Il piruvato è prima trasformato in

ossalacetato grazie ad una piruvato

carbossilasi (1), un grande complesso

enzimatico composto da 4 subunità

identiche e ognuna ha un gruppo

prostetico di biotina legato

covalentemente ad un residuo di lisina,

la biotina serve per aggiungere il bicarbonato al piruvato. Attivatore

dell'enzima è l'AcetilCoA perché la biotin non si carbossila se l'AcetilCoA non

è legata all'enzima, livelli elevati di

acetilCoA richiedono l'ossalacetato,

ad esempio nel digiuno, i livelli bassi

invece rendono la piruvato

carbossilasi inattiva in questo caso il

piruvato viene usato dalla PDH

producendo l'acetilCoA per il ciclo di

Krebs. La piruvato carbossilasi ha

sede mitocondriale, l'ossalacetato (2)

può essere trasportato nella matrice

mitocondriale al citoplasma sotto

forma di malato grazie alla malato

+

deidrogenasi NADH(H ) dipendente

(3). L'ossalacetato può anche essere

transaminato, grazie all'aggiunta di

glutammato, ad aspartato il quale

passa poi nel citoplasma e ridiventa ossalacetato. Inoltre quest'ultimo può

essere incorporato nel citrato, nella prima reazione del ciclo di Krebs, a livello

mitocondriale e passare poi nel citoplasma dove viene riconvertito grazie alla

citrato liasi che è ATP-dipendente. Nel citoplasma l'ossalacetato viene

simultaneamente decarbossilato e fosforilato dalla fosfoenolpiruvato

carbossichinasi, PEPCK, che utilizza la GTP negli animali, la fosforilazione è

resa termodinamicamente possibile dalla concomitante decarbossilazione.

L'attività della PEPCK è influenzata da controlli della trascrizione del suo

gene: nei mammiferi gli ormoni tiroidei, l'acido retinoico e gli ormoni che

vengono secreti durante il digiuno, come il glucagone e i glucocorticoidi,

determinano un incremento della trascrizione del gene codificante nel fegato e

quindi un aumento della sintesi enzimatica; l'insulina ha effetti opposti. In

molte specie batteriche la conversione del piruvato a fosfoenolpiruvato può

avvenire molto più velocemente in modo diretto tramite la fosfoenolpiruvato

sintasi, anche questa ATP-dipendente, in modo da garantire una

gluconeogenesi più efficiente, infatti molti batteri non possono contare su una

fonte esogena di glucosio. Con il percorso inverso della glicolisi il PEP diventa

2P gliceraldeide, l'isomerasi converte parte di quest'ultima in

fosfodiossiacetone consentendo così alla aldolasi di formare l'F1,6BP;

2. F1,6BP + ATP + H O → Fruttosio 6P + ADP + Pi, fruttosio 1,6 bifosfatasi, è

2

attivata dall'ATP e inibita dall'AMP e dall'F2,6BP, è regolata dagli ormoni

perché il glucagone attiva gluconeogenesi epatica abbassando la

concentrazione dell'F2,6BP mentre l'insulina fa il contrario. Mediante la G6P

isomerasi l'F6P viene convertito in G6P;

3. G6P + ATP + H O → Glucosio + ADP + Pi, G6-fosfatasi, agisce come la

2

fosfotransferasi e la fosfoidrolasi, è presente soprattutto nel fegato e in meno

nei reni e nell'intestino, un'elevata concentrazione di G6P facilita l'attività di

questo enzima e contemporaneamente inibisce l'esochinasi. Il G6P viene

trasportato nel lume del RE dove la G6-fosfatasi è legata alla membrana del

reticolo ed è necessaria una proteina che lega il Ca++ che stabilizza l'enzima. Il

glucosio e il fosfato vengono poi trasferiti nel citosol da una coppia di

trasportatori.

In carenza di glucosio la β-ossidazione degli acidi grassi sostiene la gluconeogenesi

+

dando FADH , NADH(H ) e acetilCoA che attiva allostericamente la piruvato

2

carbossilasi.

Il ciclo di Krebs può anche funzionare grazie all'acetilCoA derivato da lipidi e

dall'ossalacetato di origine non glicidica, l'ATP è assicurato dalla fosforilazione

ossidativa.

Elevato ATP o ADP+AMP inibisce la glicolisi e attiva la gluconeogenesi, l'aumento

di acetilCoA e dell'attività della piruvato carbossilasi produce citrato che inibisce la

+

PFK1, il lattato favorisce la gluconeogenesi formando il piruvato e il NADH(H ),

amminoacidi, dati dalla degradazione delle proteine muscolari, possono essere

convertiti in intermedi del ciclo di Krebs che producono l'ossalacetato che entra nella

gluconeogenesi, l'alanina prodotta a livello muscolare può fornire il fegato di

piruvato, il glucagone induce la mobilizzazione delle riserve lipidiche e attiva gli

enzimi della gluconeogenesi infine il cortisolo stimola la sintesi degli enzimi

strategici mentre l'insulina li inibisce.

Nei suinetti alla nascita gli enzimi della gluconeogenesi sono insufficienti, si induce

la sintesi enzimatica grazie all'alimentazione, se non si nutrono entro 24-48 ore si ha

ipoglicemia che porta alla morte, se invece si nutrono gli enzimi raggiungono i livelli

ottimali entro 1 o 2 settimane.

Agnelli, vitelli e puledri hanno livelli enzimatici invece sufficienti e possono così

resistere anche al digiuno di una settimana.

Gli ormoni corticosteroidi che regolano la gluconeogenesi sono quelli che derivano

dalla corteccia surrenale:

Mineralcorticoidi, aldosterone nell'uomo e 11-deossicoricosterone negli

• + -

animali, permettono il riassorbimento di Na e Cl da parte dei tubuli renali

accompagnato dall'assorbimento di H2O;

Glucocorticoidi, cortisolo e corticosterone, aumentano il catabolismo

• proteico soprattutto negli amminoacidi muscolari, l'induzione degli enzimi

chiave per la gluconeogenesi, la lipolisi e la glicemia;

Androgeni, che derivano anche dalle ghiandole sessuali.

METABOLISMO DEL GLICOGENO

Il glicogeno è un omopolisaccaride ramificato, il deposito di

glicidi nei tessuti animali è sensibile a variazioni metaboliche.

Glicogenosintesi

1. Trasformazione del G6P in G1P che avviene per azione

della fofoglucomutasi che richiede il G1,6 bifosfato.

G1,6 BP + Enz (Ser) → G1P + Enz (SerP)

Enz (SerP) + G6P → G1,6 BP + Enz (Ser)

Il G1,6 BP inizialmente si forma a partire da:

G1P + ATP → G1,6BP + ADP

Reazione che avviene grazie alla fosfoglucochinasi.

2. La conversione diretta del G1P a glicogeno è

termodinamicamente sfavorevole per cui il G1P si combina

con l'UTP formando l'UDP glucosio. Lo stato ad alta

energia dell'UDP-G consente il trasferimento spontaneo dell'unità glicosidica

alla catena del glicogeno in formazione, gli enzimi necessari sono:

UDP-G pirofosforilasi, catalizza la reazione

• dell'UTP con il G1P formando l'UDP-G + PiPi,

quest'ultimo viene poi idrolizzato dalla

pirofosfatasi;

Glicogeno sintasi, catalizza il trasferimento del

• 4

glucosio dall'UDP-G al gruppo C -OH di una

estremità non riducente del glicogeno in

formazione, si forma un legame α (1,4)

glicosidico, l'UDP che si libera reagisce con

ATP per formare UTP e ADP grazie alla

nucleotide difosfato chinasi. La glicogeno

sintasi può solo aggiungere unità glicosidiche

ad una catena con legami α (1,4) già esistenti, affinché possa iniziare la

formazione di una nuova molecola di glicogeno si ha bisogno di un primer,

la glicogenina, che presenta un residuo di tirosina a cui viene legata la

prima molecola di glucosio ed è capace di legare le prime quattro unità di

glucosio della catena in formazione;

Enzima ramificante o amilo 1,4 → 1,6 transiglicosilasi, crea

• ramificazioni con il trasferimento di segmenti terminali delle varie catene

6

sul C -OH di residui di glucosio della stessa catena o di catene diverse, si

crea un legame α (1,6) glucosidico, ogni frammento trasferito deve derivare

da una catena con almeno 11 residui e il nuovo punto di ramificazione deve

distare almeno 4 residui da una ramificazione già esistente. La

ramificazione conferisce alla molecola maggiore solubilità e crea un

maggior numero di residui glucosidici terminali non riducenti attaccabili

dalla glicogeno sintasi o fosforilasi. La glicogeno sintasi è un enzima

tetramerico possibile trovarlo in due forme:

P o b, inattiva, nel fegato può essere attivata da un eccesso di G6P per

◦ questo è anche detta D perché è dipendente dal G6P, oppure da un

effettore allosterico;

de o a, defosforilata attiva, insensibile al G6P e per questo è anche detta

◦ I.

La fosforilazione è attivata dal glucagone e dall'adrenalina con 'attivazione

della proteina chinasi A che è AMPc dipendente e di altre chinasi. La

defosforilazione è invece attivata dall'insulina che attiva la proteina

fosfatasi 1. Nel muscolo non c'è l'effetto del G6P ma è importante la

concentrazione di glicogeno che inibisce la sintetasi con un meccanismo a

feed-back, il muscolo possiede inoltre 3 glicogeno sintasi chinasi, GSK,

++

con attività diverse regolate dall'AMPc o dalla concentrazione di Ca .

L'adrenalina diminuisce l'attività della glicogeno sintetasi.

Glicogenolisi

Nel muscolo serve per la richiesta di ATP mentre nel fegato per i bassi livelli di

glucosio. Necessita di:

Glicogeno fosforilasi, catalizza la fosforolisi del glicogeno con la rottura di un

• legame tramite la sostituzione di un gruppo fosforico formando G1P, rilascia

unità di glucosio che distano almeno cinque unità da un punto di ramificazione,

ne rimangono quattro sulla catena, ha come cofattore il PALP, piridossal

fosfato, legato all'enzima.

Nel muscolo è un dimero con due subunità identiche contenenti ciascuna 2 Ser

dove l'-OH può essere fosforilato e un Lys dove l'NH2 lega il PALP. Anche

questo può esistere nelle due forme:

a, attiva, fosforilata;

◦ b, inattiva, defosforilata, attivata dall'AMP e inibita dall'ATP o dal G6P.

Si passa dalla forma inattiva all'attiva grazie alla fosforilasi chinasi 2 ATP → 2

ADP e dalla forma attiva all'inattiva grazie alla proteina fosfatasi 1 2 H O →

2

2 Pi. Il primo enzima (α,β,γ,δ) ha grandi dimensioni, è convertita dalla bassa

alla alta attività grazie all'AMP c dipendente nelle subunità β sotto stimolo

ormonale o dal Ca++ che si lega alle subunità δ, quest'ultimo è

fisiologicamente importante per la contrazione muscolare: adrenalina e Ca++

portano alla lisi del glicogeno a G1P e poi a G6P alla glicolisi e alla liberazione

di ATP per la contrazione.

Nel fegato è un tetramero:

a, attiva, fosforilata, inibita da G;

◦ b, inattiva, defosforilata.

Gli enzimi sono gli stessi, è però insensibile alla regolazione da parte

dell'AMP, la fosforilazione è mediata dall'AMPc grazie a glucagone e

adrenalina;

Fosfoglucomutasi, trasforma il G1P in G6P che va nella glicolisi del muscolo

• e per azione della G6P fosfatasi diventa G libero che circola nel sangue del

fegato;

Enzima deramificante, rimuove le ramificazioni permettendo l'azione della

• glicgeno fosforilasi, i residui a livello delle ramificazioni sono staccati e

diventano G libero. Agisce come una transglicosidasi spostando tre unità da

una ramificazione limite ad un'estremità non riducente di un'altra

ramificazione, si forma di nuovo il legame α (1,4) e le tre unità diventano

suscettibili alla fosforolisi, il residuo che rimane legato con il legame α (1,6)

alla catena principale si stacca poi per idrolisi.

L'arresto della glicogenolisi avviene per: azione della proteina fosfatasi 1 che

defosforila la foforilasi a; azione di una fosfodiesterasi che idrolizza l'AMPc in AMP;

++

nel muscolo per minore concentrazione di Ca nel citoplasma. Nell'uomo possono

verificarsi delle glicogenosi, ovvero malattie ereditarie legate al glicogeno: di Von

Gierke per la mancanza di G6 fosfatasi porta ad ipoglicemia, acidosi lattica, chetosi

ecc; di Pompe per mancanza lisomiale di legame glicosidici porta al fatale accumulo

di glicogeno nei lisosomi e a insufficienza cardiaca; di Forbes o Cori o destrinosi-

limte per assenza dell'enzima deramificante; di Andersen o amilopectinosi per

assenza dell'enzima ramificante porta a morte per insufficienza cardiaca o epatica nel

primo anno di vita; di McArdle o deficienza in miofosforilazio per assenza della

fosforilasi nel muscolo porta a presenza nulla o ridotta di acido lattico nel sangue

dopo uno sforzo; di Hers per mancanza della fosforilasi epatica tendenza

all'ipoglicemia; di Tarui per mancanza della fosfofruttochinasi nel muscolo e negli

eritrociti. C D C

ICLO I ORI

Ciclo metabolico che, tramite la circolazione sanguigna, lega fegato e muscolo.

Glicolisi e gluconeogenesi si svolgono in vari tessuti in modi diversi. Nel muscolo

scheletrico è molto attiva la glicolisi in anaerobiosi: Acido lattico → Circolo →

Fegato → Glucosio → Muscolo. Nel fegato è molto attiva la gluconeogenesi che

tende ad ossidare il lattato in piruvato, possiede la G6Pasi che porta il glucosio nel

sangue.

Durante l'esercizio muscolare il muscolo immette in circolo il lattato e anche l'alanina

si ha quindi il trasporto dell'N amminico al fegato in forma non tossica. Nel fegato

l'alanina è trasformata in piruvato e

poi in glucosio e il gruppo

amminico viene incorporato alla

fine nell'urea. Il glucosio viene in

genere ossidato o immagazzinato

sotto forma di glicogeno, nei tessuti dei mammiferi parte del glucosio è convertito

prima in sorbitolo con un aldoso reduttasi e poi in fruttosio con la poliolo

deidrogenasi. Questa via fornisce il fruttosio indispensabile per alcune cellule, come

quelle spermatiche. L'aldoso reduttasi ha un'elevata Km per il glucosio che lo porta

verso la glicolisi, quando la concentrazione di glucosio è più elevata del normale,

come nel diabete, nei tessuti come il cristallino vengono prodotte quantità elevate di

sorbitolo e poiché la poliolo deidrogenasi è meno attiva dell'aldoso reduttasi questa

molecola si accumula, si ha quindi una variazione della osmolarità delle cellule con

aggregazione e precipitazione delle proteine del cristallino che porta alla cataratta.

Quando l'ossigeno è sufficiente si ha la decarbossilazione ossidativa del piruvato

mediante un complesso enzimatico detto piruvato deidrogenasi, questa reazione è

irreversibile e rende impossibile la formazione di piruvato a partire dall'acetilCoA,

ciò controlla l'emissione di acetilCoA nel ciclo di Krebs. Questo enzima si compone

di tre unità funzionali:

Piruvico decarbossilasi, che ha come cofattore catalitico il TPP;

• Lipoil-transacetilasi, che ha come cofattore catalitico l'acido lipoico;

• Diidrolipoil-deidrogenasi, che ha come cofattore catalitico il FAD.

• +

Inoltre cooperano la CoASH e il NAD come cofattori stechiometrici. L'enzima è

attivo in forma fosforilata controllato da una fosfoproteina fosfatasi e non attivo è

controllato da una proteina chinasi, entrambe le proteine sono integranti del

+

complesso. I fattori che inibiscono la PDH sono l'acetilCoA, il NADH(H ) che

attivano la chinasi, acidi grassi e corpi chetonici che riforniscono i mitocondri di

acetilCoA, alto ATP e ADP. I fattori che invece la attivano sono la carenza di acidi

+

grassi e corpi chetonici, basso ATP e ADP, piruvato, NAD e CoASH che inattivano

++

la chinasi, Ca e insulina che attivano la fosfatasi. Una deficienza congenita di PDH

porta ad acidosi lattica, atassia, ritarso psicomotorio e lesioni cistiche all'SNC.

L'AcetilCoA formatosi dal piruvato insieme a quello proveniente dalla β-ossidazione

degli acidi grassi o dal catabolismo di alcuni amminoacidi viene ossidato a nel

CO2

ciclo di Krebs. C D K

ICLO I REBS

Questo ciclo è il punto centrale del sistema metabolico, è responsabile delle

ossidazioni dei carboidrati, acidi grassi e amminoacidi. Genera numerosi precursori

biosintetici. È detto anfibolico perché opera sia catabolicamente che anabolicamente.

Ha sede mitocondriale, infatti tutti gli enzimi del ciclo hanno sede in questa matrice

eccetto la succinato deidrogenasi. Inizia con la reazione tra ossalacetato (4C) e

AcetilCoA (2C) perdendo i 2C come CO2 e si rigenera nuovamente l'ossalacetato.

Durante l'ossidazione dell'Acetil a CO2 gli elettroni sono trasferiti in reazioni di

ossido-riduzione su FAD e NAD+, si formano quindi:

3 NADH(H+);

• Donano elettroni nella catena respiratoria,

1 FADH2;

• l'ATP deriva dalla fosforilazione ossidativa

1 GTP che produce un ATP.

In totale si hanno quindi 12 molecole di ATP perché ogni NADH ne dà 3, ogni

FADH ne dà 2 e ogni GTP ne dà 1.

2

Le reazioni del ciclo sono:

1. Citrato sintasi: AcetilCoA + Ossalacetato → Citrato

Ha una regolazione allosterica, è inibita da alte concentrazioni di NADH e

succinilCoA.

Il citrato che ha un gruppo -OH terziario è resistene alle ossidazioni deve

perciò essere trasformato in un isomero più facilmente ossidabile grazie alla

seconda reazione.

2. Aconitasi, isomerizza il

citrato in isocitrato che ha

un gruppo -OH secondario

più ossidabile. Si ha una

deidratazione a cis-

aconitato legato all'enzima

e una idratazione del gruppo -OH del citrato trasferito sull'atomo di carbonio

adiacente. Quando l'energia cellulare è maggiore il citrato tende ad

accumularsi, l'eccesso viene utilizzato per trasportare all'esterno del

mitocondrio l'acetilCoA. L'aconitasi catalizza l'addizione stereospecifica di

- +

OH e H con la produzione di un solo stereoisomero. Si ha un interazione

asimmetrica su 3 siti di riconoscimento fra citrato ed enzima;

3. Isocitrato deidrogenasi, prima decarbossilazione ossidativa, ossida l'isocitrato

formando l'ossalsuccinado che viene decarbossilato a α-chetoglutarato,

questa è la prima

tappa in cui

l'ossidazione è

accoppiata alla

produzione di

+

NADH(H ) e nella

quale si forma

CO . È l'enzima

2 ++ ++ +

che regola la velocità del ciclo, attivato da Ca , Mg , ADP, NAD e inibito da

ATP, NADH e NADPH. L'isocitrato DH è costituito da più subunità inattive

dissociate, è perciò un enzima oligomerico. Può esistere in due forme:

Attiva, in presenza di ADP e NAP;

◦ Disattiva, in presenza di ATP e NADH.

Esiste anche l'isocitrato DH dipendente dal NADP+ nei mitocondri e nel

citoplasma;

4. α-chetoglutarato deidrogenasi, con la formazione di succinl-CoA, l'enzima è

un complesso multienzimatico simile alla PDH:

α-chetoglutarato deidrogenasi, che ha come cofattore il TPP;

◦ Diidrolipoamide succinltransferasi, che ha come cofattore il lipoamide

◦ e il CoASH;

Diidrolipoil deidrogenasi, che ha come cofattore il FAD e il NAD+.

È attivato dall'AMP e inibito

dal NADH e il succinlCoA.

Non è modulato da chinasi e

fosfatasi. Sono scaricati due

molecole di idrogeno sul FAD

del terzo enzima e poi sul NAD

che diventa NAD ridotto. Si

produce una seconda molecola di NADH e di CO2 essendo prodotte due

molecole di anidride carbonica l'ossidazione è completa;

5. SuccinlCoA sintetasi o tiochinasi perché si scinde e si forma un legame

tioestere, è una reazione reversibile. In questa reazione viene conservata

l'eenrgia libera del legame tioestere si ha GTP a partire da GDP e fosfato con

una fosforilazione a livello del substrato, il GTP prodotto da questa reazione

nel mitocondrio viene prevalentemente utilizzato dalla nucleoside

difosfochinasi per una transforilazione, il GTP è simile all'ATP infatti in questa

reazione si ha che: GTP + ADP → ATP + GDP

Le reazioni seguenti servono ad ossidare il succinato di nuovo ad ossalacetato e

ricominciare quindi un altro ciclo;

6. Succinato deidrogenasi, unico enzima del

ciclo che usa il FAD, catalizza l'ossidazione

del legame singolo centrale del succinato a

legame doppio nella forma trans formando il

fumarato riducendo il FAD. Non ci sono più

reazioni di carbodeossidazione. È un enzimi che è parte integrante della

membrana mitocondriale direttamente legato alla catena respiratoria, il FADH 2

non si dissocia dall'enzima. Gli inibitori sono la competizione con il substrato,

quindi basta aumentare il succinato così aumenta la Km, l'ossalacetato, il

malato, il fumarato e il malonato per competizione.

7. Fumarasi, è una reazione reversibile, catalizza l'idratazione del doppio legame

del fumarato formando L-malato.

8. Malato deidrogenasi, L-malato può essere trasformato in ossalacetato

ossidando il gruppo alcolico sul secondo al chetone grazie anche alla riduzione

del NAD.

La reazione totale è quindi è:

3 NAD + FAD + GDP + AcetilCoA + P → 3 NADH + FADH + GTP + CoASH + 2

i 2

CO

2

Il NADH e il FADH sono vitali, la loro ri-ossidazione attraverso la catena

2

respiratoria e la fosforilazione ossidativa completa la demolizione delle sostanze

nutrienti dando ATP.

Il ciclo di Krebs è anfibolico perché possono entrare e uscire molecole nelle vie

intermedie:

La gluconeogenesi utilizza il malato e il citrato attraverso la membrana

• mitocondriale;

La biosintesi dei lipidi richiede la presenza di AcetilCoA che passa sottoforma

• di citrato:

Citrato + ATP + CoA SH ↔ ADP + P + Ossalacetato + AcetilCoA

i

Che avviene grazie all'ATP-citrato liasi;

La biosintesi degli amminoacidi ha bisogno dell'α

-chetobutarato che reagendo

• con l'ammoniaca dà glutammato grazie alla glutammato deidrogenasi,

l'ammoniaca è nociva quindi può essere tolta grazie a questa reazione ma si

possono avere danni a livello nervoso perché si toglie anche l'α-chetobutarato.

Anche la reazione tra l'α-chetobutarato e l'ossacetato danno glutammato e

aspartato;

Per la biosintesi delle porfirine, strutture di quattro anelli pillorici essenziali

• dell'eme e della clorofilla, serve il succinilCoA e la glicina.

Le reazioni anaplerotiche sono quelle di riempimento che forniscono gli intermedi:

Piruvato + CO + ATP + H O → Ossalacetato + ADP + P

• 2 2 i

Con la piruvato carbossilasi, se c'è molto NADH l'aumento dell'ossalacetato

non attiva il ciclo:

Ossalacetato → Malato → Citosol → Gluconeogenesi

Ossidazione degli acidi grassi a numero dispari di Carbonio si ottiene

• succinilCoA rilasciando propanilCoA.

Dal bilancio energetico della glicolisi citoplasmatica e mitocondriale otteniamo

diverse molecole di ATP a seconda della parte in cui si svolge la reazione, la parte in

comune dà 32 molecole di ATP fisse: trasformazione nel citoplasma del glucosio in 2

molecole di piruvato dando 2 molecole di ATP e 2 di NADH, il piruvato entra poi nei

mitocondri e viene catalizzato dal PDH e trasformato in 2 molecole di AcetilCoA con

la formazione di 2 NADH e 6 ATP, le due molecole di Acetil entrano nel ciclo di

Krebs dando 6 NADH, 2 FADH e 2 GTP, in totale avremo 24 molecole di ATP.

2

Abbiamo quindi 30 molecole di ATP dai mitocondri e 2 dal citoplasma.

1. 38 molecole di ATP nel fegato, reni e cuore, i due NADH del citoplasma non

passano nei mitocondri ma ci passano solo gli elettroni e i protoni attaccati a

questo, nel citoplasma usiamo la malato deidrogenasi, perché esiste sia nel

citoplasma che nei mitocondri, trasformando l'ossacetato in malato nel

citoplasma che entra dei mitocondri e si ritrasforma formando il NADH

mitocondriale, perciò una molecola di NADH citoplasmatico corrisponde ad

una molecola di NADH mitocondriale e quindi si hanno altre 6 molecole di

ATP in un sistema a navetta;

2. 36 molecole di ATP nei muscoli e nel cervello, utilizza invece

l'idrossidioacetone che dienta gliceraldeide-3fosfato, di questa reazione ne

esistono due isoforme:

Usa il NADH;

◦ Usa il FAD.

Non si hanno quindi più 6 molecole di ATP ma solo 4.

I numeri di mitocondri variano, nel muscolo bruno, presente nell'ala dell'uccello, ce

ne sono di più rispetto a quello bianco, presente nella mascella dell'alligatore. Gli

uccelli devono avere più energia per volare durante le migrazioni.

Nella membrana mitocondriale esterna ci sono poche proteine come la porina, in

quella interna invece ce ne sono molte ed è permeabile a molecole non cariche, funge

quindi da barriera per le proteine e altre sostanze molari o ioniche con alto peso

molecolare. Nella catena respiratoria si ha un complesso trasporto di elettroni,

l'entrata di metaboliti anionici verso l'interno di un mitocondrio, carico

negativamente, è energeticamente sfavorita,

si ha uno scambio con altri anioni

provenienti dall'interno o simporto con

protoni. Lo spazio intermembrana è molto

esteso ed ha circa la stessa composizione del

citosol. Nella matrice si ha un'elevata

concentrazione proteica, metaboliti e ioni

inorganici, pool di NAD+ e NADP+ separati

dal citosol, DNA mitocondriale ed enzimi

necessari per la replicazione, trascrizione e

traduzione. La catena respiratoria serve al

trasferimento sequenziale di elettroni dai

substrati all'ossigeno. In generale gli

elettroni possono essere trasferiti in forme

- +

diverse come H al NAD , atomi di H

all'FMN, al CoQ e al FAD, elettroni ai

citocromi. Un elettrone libero associato ad

un protone o ad un atomo di idrogeno, che

formano rispettivamente un atomo di idrogeno o un idruro, che viene trasferito da un

donatore che viene ossidato ad un accettore che viene ridotto è detto equivalente

riducente. Durante il trasferimento di elettroni lungo la catena, da un donatore ad un

accettore, si sprigiona energia libera. Ognuno dei complessi, tranne il II, sfrutta

questa energia per pompare protoni nello spazio intermembrana creando un

potenziale elttrochimico più che sufficiente a produrre ATP grazie all'azione dell'ATP

sintasi, complesso V, che permette questa reazione:

ADP + Pi → ATP

COMPLESSO I

NADH-Q ossidoreduttasi + -

Riceve il protone libero, H , e lo ione idruro, :H , dal NADH, la pompa protonica

presenta saldamente legata una molecola di FMN → FMNH , contiene vari atomi di

2

Fe coordinati con atomi di S, centri Fe-S, trasferimento degli elettroni al successivo

componente della catena, ubichinone o CoQ. Quest'ultimo deriva dal chinonico

contenente una lunga coda isoprenoide, è ubiquitario nei sistemi biologici, è

idrofobico e diffonde rapidamente nella membrana mitocondriale interna, il numero

delle unità isopreniche dipende dalle specie ma tutti funzionano nello stesso modo,

dei mammiferi la più comune è quella con 10 unità. L'ubichinone può accettare atomi

di idrogeno sia dal FMNH che dal FADH del complesso II, funziona da collettore di

2 2

tutti gli equivalenti riducenti mitocondriali, i chinoni possono esistere in tre stati di

ossidazione:

Q, stato completamente ossidato, due gruppi chetonici;

• Q●-, forma semi-chinonica;

• QH , forma completamente ridotta, ubichinolo.

• 2

Gli elettroni passano dal NADH al Q attraverso la FMN e una serie di centri Fe-S, la

riduzione del Q a QH richiede che due protoni vengano prelevati dal compartimento

2

interno, inoltre per ogni coppia di elettroni trasferiti quattro protoni vengono

traslocati al di là della membrana.

COMPLESSO II

Succinato-Q riduttasi

Proteina integrale della membrana mitocondriale, contiene la succinato deidrogenasi,

il FADH legato al complesso cede i suoi elettroni ai centri Fe-S e di qui al CoQ, non

2

trasporta protoni, ha una minore produzione di ATP, il FADH può anche derivare

2

dall'azione di altri due enzimi la glicerolo 3P deidrogenasi e l' acilCoA

deidrogenasi, ETF. Una coppia di elettroni viene passata dal succinato al FAD nella

reazione del ciclo dell'acido citrico, gli elettroni vengono trasferiti uno alla volta dal

FADH a tre centri Fe-S e poi al Q, due protoni vengono prelevati dall'interno per

2

formare il QH , il complesso non contribuisce direttamente al gradiente di

2

concentrazione protonica ma funge da tributario che fornisce gli elettroni al resto

della catena di trasporto degli elettroni.

COMPLESSO III

Q-citocromo C ossidoriduttasi, citocromo C riduttasi, complesso del citocromo

bc1

Seconda pompa protonica, catalizza il trasferimento degli elettroni dal QH al

2

citocromo c ossidato e di protoni al di fuori della matrice mitocondriale. È costituito

da 11 proteine diverse, include una proteina Fe-S specifica, preteina di RiesKe e due

tipi di citocromi, b e c1 sono proteine trasportatrici di elettroni che contengono come

gruppo prostetitco l'eme-anello porfirinico con un atomo di ferro. Due coppie di

elettroni passano separatamente da due molecole di QH all'eme b, ogni coppia di

2

elettroni si divide così i singoli elettroni seguono vie separate, uno viene trasferito ad

un centro Fe-S l'altro al citocromo c1 e infine al citocromo c, l'accettore finale di

elettroni; l'altro viene trasferito all'eme bh e quindi a Q. in totale quattro protoni

vengono traslocati al di là della membrana.

COMPLESSO IV

Citocromo C ossidasi

Catalizza il trasferimento degli elettroni dalla forma ridotta del citocroma xc

all'ultimo accettore, l'ossigeno. Questo complesso contiene:

2 gruppi eme a (a e a3);

• ++

3 ioni rame in due centri rame che passano ciclicamente dalla forma Cu alla

• +

forma Cu e viceversa.

La richiesta di ossigeno in questa reazione crea la dipendenza degli organismi aerobi

dall'ossigeno. Quattro elettroni devono essere ceduti all'ossigeno per ridurlo a due

molecole di acqua mentre contemporaneamente i protoni vengono pompati dalla

matrice verso il versante citoplasmatico della membrana mitocondriale interna, per

gradiente protonico. Gli atomi di ferro dei gruppi elme dei citocromi e gli atomi di

rame vengono sia ossidati che ridotti quando gli elettroni fluiscono dal citocromo c

all'acqua. Il trasporto degli elettroni attraverso il complesso IV è associato al

+

trasferimento di protoni al di là della membrana. Quattro H provengono dalla

+

matrice per ridurre una molecola di ossigeno ad acqua, altri quattro H vengono

pompati sul versante citoplasmatico. La riduzione dell'ossigeno è rischiosa, la

riduzione parziale forma prodotti nocivi: un singolo

elettrone è trasferito all'ossigeno forma l'anione

superossido; due elettroni trasferiti all'ossigeno formando

il perossido. La citocromo c ossidasi quindi non rilasciare

intermedi parzialmente ridotti, tiene l'ossigeno saldamente legato tra gli ioni Fe e Cu.

Può succedere ugualmente che si formino anione superossido, H O e altri derivati

2 2

che sono specie reattive all'ossigeno, ROS, che provocano diversi danni:

invecchiamento, morbo di Parkinson, Diabete e sindrome di Down. Le strategie

difensive della cellula contro i ROS sono:

Superossido dismutasi, SOD, l'esercizio fisico sembra aumentare questo

• 2- +

enzima nella cellula: 2 O + 2 H → H O + O

2 2 2

Catalasi: 2 H O → 2 H O + O

• 2 2 2 2

Glutatione perossidasi: 2 GSH (glutatione ridotto) + ROOH → GSSG + H O

• 2

+ ROH

Vitamine antiossidanti, E e C.

un complesso proteico localizzato nella membrana mitocondriale interna catalizza la

sintesi di ATP.

COMPLESSO V

ATP sintasi

Nel 1961 fu prodotta l'ipotesi chemiosmotica di Mitchell, il trasporto degli elettroni

e la sintesi di ATP sono accoppiate ad un gradiente protonico attraverso la membrana

mitocondriale interna. Il ruolo del gradiente non è di formare ATP ma di liberarlo

dalla sintasi. Gli inibitori sito specifici del trasporto di elettroni che si legano a un

componente della catena, bloccano la rezione di ossidoriduzione e impediscono il

trasferimento di elettroni, i trasportatori a monte del blocco sono completamente

ridotti, quelli a valle sono ossidati. L'inibizione impedisce di conseguenza anche la

sintesi di ATP.

Le proteine disaccopianti, UCP, sono situate nella membrana mitocondriale dei

mammiferi, creano una falla che permette il rientro dei protoni nella matrice, non si

produce ATP ma energia libera sotto forma di calore. UCP1 o termogenina è posta

nel grasso bruno dei mammiferi ibernati responsabile dell'attivazione dell'ossidazione

degli acidi grassi e della produzione di calore nelle cellule. ATP e ADP diffondono

attraverso la membrana mediante una ATP-ADP traslocasi, l'ADP entra nella

matrice solo se l'ATP esce e viceversa. Il fosfato entra nella matrice con un simporto

favorito dal rientro degli ioni idrogeno a favore di gradiente.

C D P F

ICLO EI ENTOSI OSFATO

Sintesi NADPH per produrre Ribosio 5P, non ha scopo energetico, è presente solo nel

citoplasma.

Molto attivo nel tessuto adiposo, mammario in lattazione, nel fegato, nella tiroide, nei

testicoli e negli eritrociti. Utilizza glucosio plasmatico nei primi tre, nel fegato può

utilizzare il gluucosio proveniente dal plasma dalla glicogenolisi o dalla

gluconeogenesi.

È composto da due fasi:

1. Fase ossidativa, irreversibile;

2. Fase non ossidativa, reversibile.

Quando c'è tanto NADPH la reazione è rallentata, è attivata dal glutatione ossidato

detto GSSG. Il glutatione è formato da glutammato, cisteina e glicina. Il gruppo SH

della cisteina reagisce con un altro formando un ponte. C'è è un legame HN-C=O tra

il glutammato e la cisteina. Quando è ossidato cede i due idrogeni creando il ponte

GS-SG, la trasformazione dal GSH e il GSSG è ciclica. Il glutatione è in grado di

trasformarsi in un perossido in acqua in presenza di gruppi alcolici. La glutatione

reduttasi ha come cofattore il NADPH: +

NADPH + GSSG ↔ NAP + 2GSH

La glutatione perossidasi elimina il perossido:

2GSH + R-O-OH → GSSG + H2O + R-OH

Se manca il NADPH questa reazione non può avvenire.

Nell'uomo il deficit di G6P DH comporta il favismo, malattia legata al cromosoma X

perciò è più grave nell'uomo. Questa malattia influisce sugli eritrociti rompendo la

loro membrana, si ha quindi un'anemia emolitica. Le altre cellule non sono coinvolte

perché in esse è presente l'esoso 6P che compensa la carenza della G6P DH. Il deficit

può essere qualitativo, ovvero l'enzima è prodotto in quantità minore, oppure

quantitativo, ovvero l'enzima ha una vita più breve. Se la malattia è cronica si

manifesta sempre, se è invece data da farmaci il deficit si ha solo nel momento in cui

si ingeriscono le fave. È una patologia che dà la resistenza alla malaria, per questo è

stata trasmessa così tanto.

Dal 6-fosfoglucono-δ-lattone si apre l'anello con l'introduzione di acqua e si

trasforma in 6-fosfogluconato. L'enzima lattonasi non è indispensabile ma accelera

la reazione, aggiungendo NADP+ la velocità si riduce e otteniamo ribulosio-5P con

l'intermedio 3-cheto-6-fosfogluconato grazie alla 6-fosfocluconatro DH che ossida il

+

NAP a NADPH e carbossila a ribulosio.

Con il termine della fase ossidativa irreversibile si hanno: 2 molecole di NADPH, 1

ribulosio 5P e 1 molecola di CO .

2

La fase reversibile ha bisogno di due molecole di ribulosio:

La prima si trasforma nel suo epimero → Xifulosio 5P;

• La seconda si trasforma nell'aldoso corrispondente → Ribosio 5P.

In realtà abbiamo bisogno di due molecole di xifulosio.

Il trasporto di un chetolo da una molecola all'altra è detto transchetolazione. La

transchetolasi è TPP dipendente. Vengono aggiunte due atomi di Carbonio al ribosio

trasformandolo in sedoeptulosio 7P e il xifulosio in gliceraldeide 3P. I due prodotti

reagiscono dando fruttosio 6P ed eritrosio 4P, che è un aldoso, nella reazione di

transaldolazione che trasferisce 3 Carbonio, dette diossiacetone, grazie all'enzima

transaldolasi.

Si ha poi un'altra transchetolazione facendo reagire l'eritrosio con un'altra molecola di

xifulosio formando fruttosio 6P e gliceraldeide 3P.

Le due molecole di fruttosio e una di glucosio vanno a finire nella reazione di

glicolisi.

La formula finale sarebbe: +

6 GDP + H O + 2 NADP → 2 Fruttosio 6P + Gliceraldeide 3P + CO + 2

2 2

+

NADPH(H )

Questa reazione è fonte di ribosio anche per la sintesi dei nucleotidi.

L'attivazione del primo enzima dà il ritmo a tutto il ciclo. Se c'è bisogno di più

+

enzima aumenta la glicolisi e il ciclo di Krebs. Il NAD stimola il flusso del glucosio

+

nella glicolisi mentre il NADP ne stimola l'ingresso. In carenza di ossigeno il

piruvato non può essere ossidato e si accumulano gli intermedi glicolitici, il G6P

viene inviato nel ciclo dei pentosi e l'accumulo di NADPH aumenta la sintesi degli

acidi grassi, ciò potrebbe spiegare la steatosi nei tessuti anossici.

C D 'A G

ICLO ELL CIDO LUCORONICO

Si forma acido glucoronico che serve, in forma di UDP-glucuronato, nella

biosintesi dei polisaccaridi e per detossificare il fegato con la trasformazione di alcuni

prodotti tossici in glucoronidi che sono meno tossici e più idrosolubili e quindi più

facilmente eliminabili.

Si forma L-gulonato che porta alla sintesi dell'acido ascorbico nel rene e nel fegato,

ciò non accade nell'uomo, nei pipistrelli e nei primati perché non hanno la gulono

lattone ossidasi. Sembra che quest'ultimo enzima sia passato dal rene al fegato infatti

negli animali più primitivi ne hanno ricco il rene.

Glucosio 6P ↔ Glucosio 1P, fosfoglucomutasi;

• Glucosio 1P ↔ UDP-Glucosio + PiPi, UDP glucosio pirofosforilasi + UTP;

• +

UDP-Glucosio + PiPi ↔ UDP-glucoronato, UDP glucosio DH + NAD +H O;

• 2

UDP-glucoronato ↔ D-glucoronato 1P + UMP, UDP glucosio pirofosfatasi

• +H O;

2

D-glucoronato 1P + UMP ↔ D-glucoronato + Pi, glucoronato fofatasi.

• M D

ETABOLISMO EI LIPIDI

I lipidi sono una fonte di energia, a parità di quantità i lipidi rendono il doppio dei

glicidi, forniscono circa 100000 calorie.

Sono importanti per le membrane, surfattante alveolare e ormoni steroidei, danno una

protezione termica, servono per una funzione meccanica e strutturale, servono per

trasdurre i segnali.

Con l'alimentazione introduciamo trigliceridi, fosfolipidi, colesterolo e scarsi acidi

grassi, la loro principale riserva è nel tessuto adiposo.

DIGESTIONE

Nella bocca inizia la lipasi salivare grazie alle cellule della parte superiore della

lingua, è importante nel neonato per digerire il latte. Siccome questo enzima resiste a

diversi pH (2-7.5) resiste anche nello stomaco.

Nello stomaco si ha poi la lipasi gastrica con pH basso, agisce su trigliceridi legati

ad acidi grassi a corta e media catena (latte). L'acidità dello stomaco stimola a

secretina che a sua volta stimola il pancreas a rilasciare il bicarbonato nel tenue che

serve a neutralizzare l'acidità dovuta all'HCl.

Nel tenue si ha la maggior parte della digestione dei lipidi. I sali biliari servono ad

aumentare la superficie delle gocce lipidiche idrofobiche, si permette così un azione

più efficace degli enzimi data anche dalla peristalsi meccanica. Gli acidi biliari

derivano dal colesterolo, poi possono essere trasformati in taurina, struttura con

gruppo SOH come l'acido tauronico e quello glicocorico. Si ha un idrolisi esterna

del colesterolo, dei fosfolipidi e dei trigliceridi contenenti acidi grassi a lunga catena

grazie ad enzimi secreti dal pancreas esocrino. Nel pancreas esocrino si ha la lipasi

pancreatica e la colipasi per

spezzare il legame tra trigliceridi e

acidi grassi nel C1 o nel C3 con la

formazione di acidi grassi liberi e

due monogliceridi assorbiti dal

digiuno e dall'ileo. I fosfogliceridi

sono i lisofosfolipidi privati di un

acido grasso in C1 nei

glicerofosfolipidi. La colipasi si

lega con un rapporto di 2:1 con la

lipasi e facilita l'attacco idrolitico.

La fosfolipasi per fosforilazione

stacca il C2 e perciò è detta A2. La colesterolo esterasi rilascia il colesterolo e gli

acidi grassi. Normalmente i lisofosfogliceridi sono presenti in basse quantità perché

possono agire come detergente disgregando le membrane cellulare, sono alla base di

alcuni veleni dei serpenti che portano l'emolisi.

I prodotti derivati dalla degradazione enzimatica sono: monogliceridi, colesterolo non

esterificato, acidi grassi liberi e alcuniframmenti di fosfolipidi; tutti questi sommati a

vitamine liposolubili e acidi biliari danno micelle miste piccole e assorbite dalle

cellule intestinali. Se la bile non rivestisse i componenti nell'intestino ci sarebbero

problemi nell'assorbimento, si avrebbe la steatorrea ovvero una secrezione lipidica

nelle feci.

I sali biliari, usati per emulsionare i trigliceridi, sono poi riassorbiti nell'intestino e

riportati al fegato che li rinvia alla cistifellea e li rimette in circolo. Nel RER delle

cellule intestinali si ha la ri-sintesi dei monogliceridi.

L'acido grasso attivato è legato ad un coenzima A chiamato acilCoA tramite un

legame tioestere perciò produce tanta energia, l'enzima è detto acilCoA sintetasi e

agisce sull'intestino e altre cellule. Nelle cellule intestinali i 2-monogliceridi

attaccano un altro gruppo acilico grazie alla monoacilglicerolo aciltransferasi dando

1,2-digliceride e CoASH che poi reagisce con l'AcilCoA dando trigliceridi e CoASH

grazie alla diacilglicerolo aciltransferasi, queste due unità enzimatiche fanno parte

del complesso triacilglicerolo sintasi che serve alla sintesi tipica delle cellule

intestinali partendo da 2-monogliride invece che da glicerolo 3P. Tutto ciò serve a

formare nuovi trigliceridi rimescolando gli acidi grassi di partenza. In modo simili dai

lisofosfolipidi si ricostruiscono i fosfolipidi e il colesterolo viene riesterificato e

quindi anche qui possono formarsi nuovi elementi. Gli acidi grassi liberi possono

essere trasportati nel sangue legati all'albumina o a lipoproteine.

Nelle cellule intestinali:

Trigliceridi e fosfolipidi + colesterolo + proteine = Chilocromi

Le proteine sono soprattutto del tipo Apoproteine B48. I chilocromi sono strutture

sferiche che vanno prima nel circolo linfatico e poi in quello ematico rilasciando qui

il loro contenuto. I chilocromi sono proteine più grandi presenti solo dopo un pasto, il

muscolo usa gli acidi grassi grazie all'ossidazione, il tessuto adimoso immagazzina,

nel fegato il colesterolo forma di remnant dei chilocromi perché hanno scaricato le

altre parti negli altri tessuti.

Gli acidi grassi legati a trigliceridi sono scissi tramite la lipoproteina lipasi sulla

parete dei capillari dei vari organi e quindi possono entrare nelle cellule. Ci sono

varianti del gene di questo enzima che danno una minore attività, ciò è pericoloso

perché i trigliceridi che non vengono scissi possono poi accumularsi nelle vie

coronariche provocando infarto solo nei maschi c'è un minore rischio, una maggiore

attività dà effetti positivi.

METABOLISMO DEL COLESTEROLO

Le cellule del fegato possono sintetizzare la maggior parte colesterolo che entra nel

flusso ematico, le lipoproteine possono trasportare sia il colesterolo introdotto nella

diete che quello derivato dal fegato, la biosintesi locale del colesterolo è regolata da

ormoni e dai livelli ematici di questo.

Altre lipoproteine sono prodotte soprattutto a livello epatico:

VLDL → Densità molto bassa;

• IDL → Densità intermedia;

• LDL → Densità bassa, ricche di colesterolo;

• HDL → Densità alta, ricche di fosfolipidi.

Più sono ricche di proteine più è alta la densità. I TAG sono i lipidi predominanti nei

chilocromi e nelle VLDL. L'ApoB100 è legata allo strato esterno dei primi tre, nel

fegato l'LDL è trasformato in IDL che ha vita breve. L'LDL è importante perché in

grado di portare il colesterolo dai tessuti periferici dove è trasformato in HDL che lo

riporta al fegato, questo è detto “buono” perché si ha un rischio minore di infarto

perché ripulisce i vasi. LDL ha recettori che riconoscono la B100 in fossette nella

membrana tappezzate da una proteina fibrosa chiamata clatrina, si forma così un

complesso, in questo modo la vescicola può entrare nelle cellule, viene poi rimossa la

clatrina da un enzima ed il resto entra nei lisosomi dove le Apoproteine B100

vengono idrolizzate da proteasi in amminoacidi, gli esteri del colesterolo sono

idrolizzate in colesterolo e acidi grassi, i trigliceridi in acidi grassi e glicerolo.

L'aumento della concentrazione del colesterolo inibisce la sintesi endogena del

colesterolo e dei recettori dell'LDL, l'eventuale eccello di colesterolo è rimosso

dall'HDL che lo riporta al fegato.

La presenza di colesterolo esterificato con acidi grassi impedisce all'LDL di interagire

con il recettore, si ha quindi un accumulo di macrofagi che si trasformano in cellule

schiumose favorendo la formazione di placche ateromatose che portano

all'aterosclerosi dove il sangue non circola bene e quindi può causare infarto.

L'ipercolesterolemia familiare dà elevata concentrazione di colesterolo nel sangue,

diffusa aterosclerosi data da carenze o da anomalie dei recettori dell'LDL.

METABOLISMO DEI TRIACILGLICEROLI

I TAG rappresentano la maggior scorta di acidi grassi, hanno un turnover elevato.

Le vie metaboliche sono sotto il controllo di diversi enzimi. È importante l'equilibrio

tra gli acidi grassi e il glucosio.

Sono depositati tramite i chilocromi negli adipociti e mobilizzati dall'idrolisi che

porta ad acidi grassi e glicerolo grazie alla lipasi ormone sensibile perché è attivata

dall'aumento di adrenalina, noradrenalina, glucagone, ormoni tiroidei e della

metilxantina (caffeina), è inibita invece dall'insulina e dall'aumento del glucosio

ematico.

Una recente scoperta ha trovato un associazione tra la perilipina e la lipasi ormone

sensibile al substrato, la non fosforilazione impedisce l'azione della lipasi mentre se è

fosforilata ne dà accesso ai trigliceridi, l'AMOc è in grado di fosforillarla. La sovra-

espressione della peripilina nel tessuto adiposo bianco induce la resistenza

all'aumento di peso con un aumento del consumo di energia e una riduzione della

sintesi lipidica. Per ora si ha solo un livello sperimentale.

In tempi brevi grasso e massa corporea sono regolati da insulina, glucagone e

adrenalina; in tempi più lunghi invece dall'ipotalamo grazie alla proteina leptina

sintetizzare principalmente dai tessuti adiposi come prodotto del gene OB

dell'obesità. Il livello di leptina sono regolati dal sesso, dalla quantità di adipociti

quindi non si deve esagerare con l'ingestione di grassi da piccoli. Abbiamo vari

recettori per la leptina nei vari tessuti ma soprattutto nell'ipotalamo. In alcuni

soggetti i livelli di leptina sono normali ma questi sono comunque obesi, si ha perciò

una resistenza alla proteina perché non riescono a sfruttarla. La leptina influenza

anche la maturità sessuale e la riproduzione.

Ci sono tante proteine prodotte dal tessuto adiposo come la LPL, l'APO E, alcune

citochine come l'Interleuchina-6 che inibisce la LPL o l'adiponectina che modula

alcuni processi metabolici o la resistina che aumenta l'insulino-resistenza.

Acidi grassi liberi nel plasma possono essere trasportati tramite la sieroalbumina e

assorbiti dai tessuti: convertiti in TAG; degradati per dare energia; utilizzati per la

sintesi della membrana. Il glicerolo non può essere utilizzato a livello dell'adipe

perché non possiede la glicerolo chinasi perciò questo tessuto se lo ricava dal

glicerolo 3P sintetizzato nel fegato.

Biosintesi dei TAG

Avviene nell'intestino dove i TAG sono trasportati dai chilocromi, nel fegato dove

sono trasportati dal VLDL, tessuto adiposo dove i TAG sono di riserva per

l'organismo, muscolo rosso dove ci piccoli depositi, ghiandola mammaria in

lattazione dove risiedono nel latte. Nei mammiferi compongono il REL e la

membrana mitocondriale esterna.

1. La prima tappa comune alla sintesi dei TAG e dei glicerofosfolipidi di

membrana è la sintesi dell'acido fosfatidico o diacilglicerolo 3P:

2. Dall'acido fosfatidico si passa prima a digliceride grazie alla fosfatidato

fosfatsi e poi ai trigliceridi grazie alla digliceride acil-CoA transferasi. Per i

TAG e i fosfolipidi neutri si ha come intermedio un diacilglicerolo si può poi

avere la formazione di fosfatidiletanolamina e poi con una metilazione,

donazione di un gruppo metilico, si trasforma in fosfatidilcolina oppure

direttamente la trasformazione in questa grazie a: CTP + alcol fosfato → CDP

alcol + PPi. Per i fosfolipidi acidi il fosfatidato accetta un gruppo citidillico

dal CTP per formare il CDP-diacilglicerolo che può trasformarsi o in

fosfatidilserina con

la sostituzione del

CMP con un gruppo

alcolico di una serina,

o un gruppo alcolico

di un inositolo per

dare

fosfatidilnositolo.

Negli eucarioti la

fosfatidiletanolamina

può trasformarsi in

modo reversibile in

fosfatidilserina grazie

all'aggiunta del

gruppo alcolico e alla fuoriuscita dell'etanolammina.

SINTESI DEGLI SFINGOLIPIDI

Fondamentale è la sintesi del ceramide, ne RE di tutte le cellule gli acidi grassi con

legame ammidico sono generalmente a catena lunga, al ceramide vengono poi

aggiunti la fosfocolina, per dare fosfosfingolipidi o sfingomieline, oppure zuccheri,

per dare glicosfingolipidi. +

1. Serina + Palmitoil-CoA + H → 3-chetosfinganina + CO + HS-CoA, serina

2

palmitoil transferasi; + +

2. 3-chetosfinganina + NADPH + H → Sfinganina + NADP , 3-

chetosfinganina riduttasi;

3. Sfinganina → N-acilsfinganina o diidroceramide+ HS-CoA, sfinganina n-acil

transferasi; + +

4. N-acilsfinganina + O + NADH + H → Ceramide + H O + NAD ,

2 2

didroceramide desaturasi.

DEGRADAZIONE DEGLI SFINGOLIPIDI

Gli sfingolipidi sono internalizzati mediante vescicole endocitosiche e, se trasportati

verso i lisosomi sono scissi da idrolasi acide specifiche per ciascun legame, gli

sfingolipidi alimentari assunti sono scissi dagli enterociti.

METABOLISMO DEGLI ACIDI GRASSI

La produzione di energia metabolica degli acidi grassi avviene in due fasi:

1. Formazione di acetilCoa tramite β-ossidazione, questa avviene nei mitocondri

ma prima di entrare nella matrice

queste molecole devo essere attivate

dall'acilCoA nella membrana esterna

grazie all'acilCoA sintetasi o acido

grasso tiochnasi. In realtà si ha prima

la trasformazione dell'acido grasso in acil adenilato:

Il PiPi viene rapidamente idrolizzato da una pirofosfatasi he rende la reazione

praticamente irreversibile, l'AMP è trasformato poi in ADP mediante la

miochinasi: AMP + ATP → ADP + ADP con il consumo complessivo di due

mlecole di ATP. Possiamo avere un'attivazione mitocondriale degli acidi grassi

a corta e media catena con l'acilCoA sintetasi:

acido grasso + GTP → AcilP + GDP

AcilP + HSCoA → AcilCoA + Pi

Nel cuore, nel cervello, nel muscolo scheletrico e nel rene si ha la 3-

chetoacilCoA transferasi o succinilCoA transerasi per:

SuccinlCoA + acetoacetato → acetoacetilCoA + succinato

Gli acilCoA citoplasmatici a lunga catena sono trasportati nel mitocondrio ad

opera di un trasportatore specifico detto

carnitina sintetizzato dal fegato a partire da

metionina e lisina e trasportata anche ai

tessuti extraepatici. Il gruppo acile è trasferito dal CoA all'-OH della carnitina

formando acilcarnitina grazie alla carnitina aciltransferasi I, CAT I, che

nelle cellule epatiche è inibita allostericamente dal malonilCoA, l'acilcarnitina

è trasportata attraverso la membrana mitocondriale interna da una traslocasi

senza richiesta di energia. Il gruppo acile è nuovamente trasportato sul CoA

nella parte della membrana rivolta verso la matrice ad opera della CAT II, la

carnitina ritorna sul lato citoplasmatico mediante la traslocasi scambiandosi

con una acilcarnitina che entra. Nella matrice gli acilCoA vengono

2

deidrogenati a α,β-trans-Δ -enoil-CoA per catalisi della acilCoA DH, seguono

+

poi un'idratazione, un ossidazione NAD dipendente e una tiolisi. La catena

dell'acido grasso viene perciò accorciata di 2C e in ogni accorciamento si

+ 2

formano 1 FADH, 1 NADH(H ) e un acetilCoA. l'α,β-trans-Δ -enoil-CoA viene

trasformato in 3-L-Idrossiacil-CoA e poi in β-chetoacil-CoA che infine dà

acilCoA e AcetilCoA. In totale si hanno 129 molecole di ATP d questa

ossidazione: N° per mole Totale

ATP a livello substrato 0 0

ATP spesi per l'ingresso nell'ossidazione -2 -2

Potere riducente:

7 NADH 3 21

7 FADH 2 14

2

ATP derivati dall'ossidazione 8 acetil 12 96

L'ossidazione può avvenire in tutte le cellule tranne che negli eritrociti, perché

non hanno mitocondri, e nel cervello, perché utilizza il glucosio. È un processo

strettamente dipendente dall'ossigeno che fornisce notevoli quantità di energia

metabolica, importante negli uccelli migratori dove il grasso corporeo prima

dello spostamento può essere maggior del 40%.

L'ossidazione degli acidi grassi insaturi avviene in modo simile a quello

descritto per gli acidi grassi saturi ma non sono necessari enzimi addizionali

come le isomerasi e le riduttasi, la presenza di insaturazioni sulla catena

comporta una perdita di 2 ATP per ogni doppio legame.

L'α-ossidazione serve per la degradazione degli acidi grassi ramificati liberi

non legati a CoA, ha ede microsomiale in fegato e cervello, avviene con la

rimozione della catena di un C alla volta sotto forma di CO :

2

Il morbo di Refsum nell'uomo per difetto genetico della monossigenasi, dà

accumulo di acido fitanico nei tessuti.

L'ω-ossidazione presente nel RE di fegato e reni, ossida l'estremità termina

dell'acido grasso, soprattutto quelli a media catena, è catalizzata da una

monossigenasi microsomiale che richiede ossigeno, NADPH e citocromo

P450, trasforma -CH terminale in -COOH.

3

La presenza di un acido grasso a numero dispari di C determina la formazione

da propionilCoA a succinlCoA mediante propionilCoA carbossilasi,

racemasi, malonilCoA mutasi o vit B12-deossiadenosilcobalamina.

L'acidemia metimalotica è data da avitaminosi B12, porta ad una deficienza

funzionale del metilmalonilCoA mutasi quindi non isomerizza il metilmalonil

il metilmalonlCoA in succinil, o da una deficienza ereditaria di

metimalonilCoA mutasi si ha acido, si ha acido metilmalonico nelle urine.

2. Utilizzo dell'acetilCoA nel ciclo di Krebs e per la chetogenesi, in alcune

condizione fisiologiche e patologiche (digiuno, diabete o febbre) la velocità

dell'ossidazione supera quella dell'utilizzazione di acetilCoA nel ciclo

dell'acido citrico e quindi la riserva di ossalacetato viene temporaneamente

esaurita. L'acetilCoA si accumula e viene utilizzato per formare i corpi

chetonici nei mitocondri e a livello epatico. Nei ruminanti l'epitelio del rumine

e la ghiandola mammaria possono essere sorgenti di corpi chetonici come

l'acetoacetato, il β-idrossibutirrato o l'acetone, i primi due sono molecole

carburante che funzionano come lipidi idrosolubili che possono essere

trasportati nel plasma sanguigno, attraversano la membrana mitocondriale

interna e la membrana plasmatica degli epatociti. Nel digiuno possono

sostituire il glucosio nelle cellule cerebrali in uomo e gatto, normalmente

vengono metabolizzati anche in altri tessuti come il muscolo scheletrico o il

cuore. Una piccola parte di acetoacetato si forma anche per idrolisi diretta

dall'acetoacetilCoA, nei reni: CH COCH COSCoA + H O →

3 2 2

CH COCH COO- + CoASH grazie all'acetoacetilCoA deacilasi. Il principale

3 2

punto di controllo della chetogenesi è l'HMG CoA sintasi a condizione che

l'acilCoA e l'acetilCoA siano disponibili nel mitocondrio, questa è identica ai

primi due passaggi della sintesi del colesterolo ma avviene del citosol, l'HMG

CoA sintasi mitocondriale è presente solo nelle cellule epatiche, mentre l'HMG

CoA liasi è presente solo nei mitocondri. I tessuti extraepatici possono

utilizzare l'acetoacetato attivandolo ad acetoacetilCoA grazie alla succinlCoA

transferasi o 3-chtoacilCoA transferasi o tioforasi che è assente nel fegato.

La tiolasi trasforma successivamente l'acetoacetilCoA in due molecole di

acetilCoA che entra nel ciclo di Krebs, è essenziale per il cervello in caso di

indisponibilità di glucosio. La disponibilità dei corpi chetonici nei tessuti

extraepatici determina un minore utilizzo del glucosio perché l'acetilCoA dei

corpi chetonici è trasformato in citrato che passa nel citoplasma, si ha quindi

un inibizione della PFK1 e quindi un minore flusso metabolico del glucosio

nella glicolisi.

I fattori metabolici che controllano il destino degli acidi grassi e dell'acilCoA nel

fegato sono:

Carnitina, che facilita l'ingresso degli acidi grassi nel mitocondrio con

• l'attivazione della β-ossidazione e della chetogenesi;

Eccesso di acidi grassi non esterificati, che inibiscono l'acetilCoA carbossilasi

• e quindi diminuiscono la produzione di malonilCoA con la conseguente

attivazione della β-ossidazione e della chetogenesi;

MalonilCoA, inibisce la CAT I e quindi l'ingresso di acidi grassi nel

• mitocondrio e anche la chetogenesi;

Controllo ormonale, adrenalina e glucagone attivano la lipolisi e aumentano la

• chetogenesi mentre l'insulina fa in contrario.

In condizioni normali la produzione di corpi chetonici vene bilanciata dalla loro

utilizzazione periferica, si hanno nell'uomo 0,3-2mg/100 ml di plasma, quando ciò

non accade si ha una chetonemia e una chetonuria con 70 mg/100 ml, ciò si ha per

esempio nel diabete scompensato e porta al coma diabetico o nelle chetosi con

conseguente acidosi metabolica che porta ad una diminuzione del pH del sangue.

Diversamente dal ratto e dall'uomo, l'utilizzo dei corpi chetonici da parte del cervello

nella pecora durante il digiuno prolungato non risulta essere significativo. L'acetato e

il butirrato prodotti durante la fermentazione batterica ruminale possono essere

convertiti durante l'assorbimento attraverso l'epitelio ruminale in acetoacetato e β-

idrossibutirrato utilizzati a scopo energetico. Nei ruminanti il metabolismo dei corpi

chetonici è sempre attivo, la chetosi o acetonemia è un disordine metabolico

frequente nelle vacche da late ad alta produzione, porta ad abbassamento dei livelli

ematici del glucosio, mobilizzazione delle riserve adipose e formazione di corpi

chetonici, l'acetone è il tipico corpo chetonico presente nelle forme conclamate di

chetosi, si ha rilevazione nell'alito, nell'urina e nel latte.

Sintesi degli acidi grassi

I tessuti animali sono in grado di sintetizzare gli acidi grassi a partire dall'acetilCoA

ma non possono trasformare direttamente l'acetilCoA in glucosio nella reazione

irreversibile, i maggiori tessuti responsabili di questo processo sono il fegato, tessuto

adiposo e la ghiandola mammaria funzionante. La maggior parte degli acidi grassi

viene sintetizzata a partire dal glucosio della dieta e in particolare quando i glicidi

non possono più essere depositati sotto forma di glicogeno.

La lipogenesi è un processo distinto e indipendente dalla β-ossidazione, negli

animali superiori gli enzimi della sintesi sono uniti in un complesso multienzimatico

detto acido grasso sintasi, AGS.

La sintesi degli acidi grassi avviene nel citosol, gli intermedi sono legati ai gruppi

-SH di una proteina trasportatrice di acili, ACP, mentre nella degradazione sono

legati al CoASH. La catena dell'acido grasso in formazione viene allungata

dall'aggiunta sequenziale di unità

bicarboniose derivate dall'acetilCoA, la

molecola attivata che cede queste

unità è il malonil-ACP, la reazione di

allungamento è favorita dal rilascio di

CO , l'agente riducente nella sintesi è il

2 +

NADPH(H ) che viene fornito dalla via

dei pentosi e in misura minore

dall'enzima malico nel citosol:

+

malato + NADP → piruvato + CO +

2

+

NADPH(H )

L'allungamento da parte dell'AGS si ferma all'acido palmitico con 16C, ulteriori

allungamenti e l'eventuale inserzione di doppi legami sono effettuati da altri enzimi.

I livelli di acidi grassi liberi nelle cellule sono bassi, il palmitato che si forma è

rapidamente convertito in palmitatoCoA.

Il precursore per la sintesi è l'acetilCoA che può derivare dalla degradazione degli

amminoacidi, che produce acetilCoA citoplasmatico di solito in basse quantità, o

dall'ossidazione degli acidi grassi o dall'attività della PDH. Dal mitocondrio passa al

citoplasma sotto forma di citrato con la scissione temporaneamente ad opera della

citrato liasi ATP dipendente. Viene poi carbossilato dall'acetilCoA carbossilasi,

enzima allosterico biotina dipendente che controlla l'intero processo di sintesi, è

attivato dal citrato e inibito dall'acilCoA, inoltre glucagone, adrenalina e

noradrenalina stimolano la fosforilazione AMPc dipendente di un sito dell'enzima

rendendolo inattivo, l'insulina invece stimola la fosfatasi che defosforila e attiva

l'enzima.

AcetilCoA + ACP ↔ acetilACP + CoASH, ACP transacilasi o acetiltransferasi

L'acetilACP passa all'enzima condensante, la β chetoacil sintetasi, legandosi al

residue -SH e al cys nel sito attivo dell'enzima, in seguito sull'-SH dell'ACP libero si

ha: MalonilCoA + ACP ↔ malonilACP + CoASH, ACP transacilasi o

maloniltransferasi

Quest'ultimo enzima è specifico mentre l'antro può trasferire gruppi acilici diversi

dall'acetile. Gli acidi grassi a numero dispari vengono sintetizzati diversamente:

propionilCoA + ACP ↔ propionilACP + CoASH, acetiltransferasi

Il butirrilACP è il primo acido grasso che può essere allungato fino a 16 C, per

formare il palmitato, mediante condensazione con il malonilACP. Nel processo da

acetilACP a malonilACP si forma anche acetoacetilACP che può trasformarsi in

butirrilACP con una condensazione tra il malonil e l'acetil, una prima riduzione che

trasforma l'acetoacetil in β-idrossibutirrilACP, una deidratazione, crotonilACP, e

una seconda riduzione. I cicli si susseguono fino alla formazione del C16 acilACP

che non è più substrato dell'enzima condensante e viene idrolizzato a palmitato +

ACP. In genere il palmitico non rappresenta il punto finale della lipogenesi ma può

subire modifiche:

Può essere allungato nel RE a C18 o C20 con unità di malonil;

• Pul essere utilizzato come deposito di triacilgiceroli.

Se non si completano i sette cicli dell'acido grasso sintasi per formare il palmitato

vengono rilasciati acidi grasi a corta catena importanti nel latte materno.

Gli acidi grassi monoinsaturi, cis, sono prodotti nel RE mediante l'azione

dell'acilCoA desaturasi con ossigeno e NADPH, nei mammiferi mancano gli enzimi

9,12

per introdurre i doppi legami oltre il C9 per questo linoleato (18:2 ) e linolenato

9,12,15

(18:3 ) sono essenziali.

Il controllo della sintesi a lungo termine è dato dalla modulazione della sintesi

proteica di citrato liasi, enzima malico, acetilCoA e acido grasso sintetasi; sono tutti a

breve emivita. Il contenuto di questi enzimi nel fegato diminuisce con il digiuno e nel

diabete mellito, mentre aumenta con la somministrazione di glucosio e insulina

perché un eccesso di glucidi nella dieta stimola la sintesi degli enzimi per la

lipogenesi. Il controllo a breve termine è invece allosterico sull'acetilCoA carbossilasi

che controlla la polimerizzazione e la depolimerizzazione, mediata da citrato e

acilCoA, e la fosforilazione o defosforilazione, mediata da chinasi AMPc dipendente

e fosfatasi.

Metabolismo degli AGV (volatili) nel Rumine

Il rumine è un ambiente anaerobio colonizzato da batteri, protozoi e miceti, l'attività

metabolica dei microrganismi dà prodotti solubili disponibili per l'organismo animale

trai quali gli acidi grassi volatili:

Acido acetico 65-75%;

• Acido propionico 16-28%;

• Acido butirrico 6-18%.

Le percentuali dipendono dai tipi di microrganismi predominanti influenzati dalla

dieta: ricca di fibre aumenta l'acetico; ricca di concentrati aumenta il priopionico. La

sintesi di questi due ha alla base l'acido piruvico derivato dalla glicolisi effettuata dai

microrganismi, mentre l'acido butirrico si forma in seguito alla disponibilità di

acetilCoA.

ACETATO

Utilizzato per il 30% dalle cellule dell'epitelio ruminale, si trova nel sangue periferico

in buone quantità, attivato ad acetilCoA nel ciclo di Krebs, è il precursore della

sintesi di numerosi grassi tra cui il latte. Nell'alimentazione delle bovine da latte è

fondamentale utilizzare una dieta che privilegia la formazione dei volatili.

PROPIONATO

Convertito nell'epitelio ruminale e nel fegato:

propionato → propionilCoA → metilmalonilCoA → succinilCoA

Una parte viene utilizzata nel ciclo di Krebs per ottenere energia, l'altra nel fegato è

trasformata in ossalacetato che va nella gluconeogenesi.

BUTIRRATO

I livelli nel sangue sono inferiori da quelli degli altri acidi, viene metabolizzato a

livello dell'epitelio ruminale per produzione di β-idrossibutirrato e acetoacetato

immessi in circolo e utilizzati a scopi energetici nel metabolismo dei corpi chetonici.

BIOSINTESI DEL COLESTEROLO

Il colesterolo è presente nell'organismo libero o esterificato, può entrare con la dieta o

tramite la biosintesi endogena a partire dall'acetilCoA. Il fegato contribuisce al 10%

del totale della sintesi mentre gli altri organi coinvolti sono intestino, corteccia

surrenale e ghiandola della riproduzione. I tessuti ricchi di colesterolo sono quello

nervoso, 2%, per le guaine mieleniche; pelle, 0,3%, precursore della vitamina D3;

surrenali, 10%, ormoni steroidei. È inoltre un importante costituente delle membrane

biologiche. Tutti gli atomi di C del colesterolo derivano dall'acetilCoA mediante una

via biosintetica che avviene in tre fasi di cui solo la prima avviene nel citoplasma

mentre le altre nel RE:

1. Sintesi dell'isopentenil PP, unità isoprenica attivata.

AcetilCoA + AcetilCoA → AcetoacetilCoA, acetoacetilCoA tiolasi

AcetoacetilCoA + AcetilCoA → 3-idrossi-3-metilglutaril-CoA o HMG-CoA,

HMG-CoA sintasi

L'enzima chiave è quello che converte l'idrossimetilglutarilCoA in

mevalonato, l'HMGCoA riduttasi localizzato sulla superficie citoplasmatica

del RE, questo è controllato con diverse modalità:

A livello genico, la sintesi dell'mRNA per la riduttasi è regolata dalla

• proteina legante l'elemento di regolazione degli steroli, SREBP, un fattore

di trascrizione localizzato nel RE che, quando i livelli di colesterolo sono

bassi, si lega al gene della riduttasi favorendone la sua trascrizione, quando

i livelli sono elevati le SREBP sono inattive confinate nel RE associate ad

un'altra proteina attivatrice della scissione della proteina SREBB, SCAP.

Quando il livello di sterolo è elevato il complesso SCAP-SREBP

interagisce con un'altra proteina che mantiene l'intero complesso nel RE.

Quando il livello di sterolo decresce la modificazione conformazionale

dello SCAP determina il rilascio dal complesso, il complesso può migrare

quindi nel Golgi dove avvengono due scissioni proteolitiche successive

della SREBP e la seconda rilascia nel citosol il dominio amminoterminale,

SRE, questo dominio si trasferisce nel nucleo e attiva la trascrizione dei

geni. Il SRE ha un'emivita breve e viene rapidamente degradato dal

proteosoma. Quando i livelli degli steroli aumentano, il rilascio per

proteolisi di SRE viene nuovamente bloccato e la degradazione da parte del

proteosoma dei domini attivi esistenti determina una rapida inibizione dei

geni;

La velocità di traduzione dell'mRNA per la riduttasi è anche inibita da

• metaboliti non sterolici derivati dal mevalonato;

La degradazione della riduttasi è strettamente controllata in relazione alla

• concentrazione di composti sterolici come il colesterolo stesso che

favoriscono la proteolisi dell'enzima;

La fosforilazione diminuisce l'attività dell'enzima che in parte può essere

• anche mediata dal colesterolo stesso.

Il mevalonato grazie alla mevalonato chinasi o fosfomevalonato chinasi è

trasformato in 5-pirofosfo-mevalonato e poi in ispetenil pirofosfato dalla

pirofosfomevalonato carbossilasi.

2. Condensazione di 6 molecole di isopentenil PP per formare squalene:

Isopenenil PP → Dimetilallilpirofosfato, isopentenilpirofosfato isomerasi

Dimetilallilpirofosfato + Isopenenil PP → Geranilpirofosfato + Pi

Geranilpirofosfato + Isopenenil PP → Farnesilpirofosfato + Pi

+ +

Farnesilpirofosfato + NADPH + H → Squalene + NADP + 2Pi

3. Ciclizzazione dello squalene, prodotto a 4 anelli condensati che viene

convertito in colesterolo:

Squalene → Squalene-2,3-epossido, squalene monossigenasi

Squalene-2,3-epossido → Lanosterolo, 2,3-ossidosqualene lanosterolo

ciclasi

Da qui si possono seguire due strade:

Dopo 20 tappe si ha 7-deidrocolesterolo e poi

• il colesterolo;

Dopo molte tappe si ha desmosterolo e poi

• colesterolo.

La biosintesi varia secondo un ritmo diurno detto ricadiano, si ha un massimo a

mezzanotte mentre il minimo è a mezzogiorno, dovuto a variazione dell'attivit

dell'HMG-CoA riduttasi epatica indotta dal colesterolo introdotto con i pasti. Le

cellule parenchimali epatiche trasformano il colesterolo in acidi biliari primari

come acido colico e chenodesossicolico-C24, dopo la coniugazione con glicina,

acido glicocolico, e taurina, acido taurocolico, questi entrano nella bile e quindi nel

duodeno. Gli acidi biliari secondari sono derivati da modifiche indotte dalla mucosa

intestinale, si formano quindi acido desossicolico o litocolico.

Una via fisiologica per eliminare il colesterolo è la bile. L'ipercolesterolemia è un

importante fattore prognostico nelle malattie cardiovascolari: la sostituizione di acidi

grassi saturi con quelli polinsaturi nella dieta abbassa i livelli di colesterolo nel

sangue; altre terapie si basano sul trattamento con inibitori competitivi di HMG-CoA

reduttasi come compactina e lovastatina, statine naturali presenti nei funghi.

L'inibizione dell'HMG-CoA riduttasi però può non essere troppo desiderabile perché

il mevalonato è importante per la sintesi di altre molecole fondamentali come

l'ubichinone. Un altro metodo terapeutico è quello di legare i sali biliari nell'intestino

a delle speciali resine in modo da prevenire il loro riassorbimento, una maggiore

quantità di colesterolo deve essere convertita in sali biliari.

Il colesterolo può inoltre trasformarsi in testosterone, β-estradiolo o 1,25-

diidrossivitamina D3.

M D A

ETABOLISMO EGLI MMINOACIDI

Gli organismi in equilibrio metabolico perdono proteine e azoto che devono essere

rimpiazzati mediante sintesi endogena o con la dieta. Molte proteine vengono

continuamente degradate e risintetizzate a seconda delle necessità cellulari. Le

proteine inutili o danneggiate vengo indirizzate alla distruzione mediante il legame

covalente con una piccola proteina, ubiquitaria, e degradate da un complesso di

grandi dimensioni detto proteosoma. Le proteine alimentari sono idrolizzate negli

amminoacidi costituenti da proteasi e peptidasi digestive:

Endopeptidasi, agiscono su legami carboamidici interni, pepsina, tripsina e

• chimotripsina;

Esopeptidasi, agiscono sui legami carboamidi terminali, carbossipeptidasi A e

• B.

Molte proteine digestive sono sintetizzate nella forma inattiva di zimogeni o

proenzimi, sono attivate dopo secrezione nel lume dello stomaco o dell'intestino. La

conversione prematura degli zimogeni pancreatici all'interno delle cellule del

pancreas porta ad una pancreatite acuta.

L'assorbimento degli amminoacidi è specifico per i soli isomeri L, è un trasporto

+

attivo che richiede ATP e ioni NA nel lume intestinale con un simporto, sono stati

identificati quattro sistemi di trasporto per gli amminoacidi:

1. Neutri;

2. Basici;

3. Bicarbossilici;

4. Glicina e prolina.

Sistemi presenti anche nei tubuli renali per il riassorbimento degli amminoacidi.

Gli amminoacidi essenziali sono: isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina,

treonina, triptofano e valina; quelli non essenziali sono: glicina, alanina, serina, acido

aspartico, acido glutammico, prolina, idrossiprolina e cisteina. Se un solo

amminoacido essenziale viene a mancare nella dieta per ottenerlo si devono


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DETTAGLI
Esame: Biochimica
Corso di laurea: Corso di laurea in produzioni e gestione degli animali in allevamento e selvatici
SSD:
Università: Torino - Unito
A.A.: 2015-2016

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher LoveBarbie di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Torino - Unito o del prof Mioletti Silvia.

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