Biochimica degli alimenti della nutrizione e delle malattie metaboliche

XENOBIOTICI

Gli xenobiotici sono una sono famiglia eterogenea di composti che entrano nel nostro metabolismo perché li assumiamo dall'esterno (farmaci, contaminanti, ecc). Tra di essi vi sono sostanze con potenziale azione tossica, naturalmente presenti negli altrimenti o derivati dalle trasformazioni tecnologiche industriali/casalinghe, e composti con attività farmacologica, presenti negli alimenti (steroidi nella carne o antibiotici nel miele) oppure intenzionalmente aggiunti (es. antiossidanti, coloranti, emulsionanti, conservanti, dolcificanti, ecc). Queste sostanze sono ignote al metabolismo umano che le metabolizza con difficoltà a livello epatico. Il metabolismo degli xenobiotici consta principalmente in due fasi, una prima di ossidazione ed una seconda che rende il composto più idrosolubile e, quindi, eliminabile per via renale o fecale. Alcuni degli intermedi di queste trasformazioni possono essere estremamente reattivi e/o tossici; ad esempio, alcuni

Composti possono legarsi covalentemente a proteine e/o acidi nucleici con danni funzionali, danno cellulare, mutazioni, ecc.

Metanolo

Il metanolo deriva dalla degradazione enzimatica della pectina, un polisaccaride presente nella buccia dei frutti, ad opera dei microrganismi responsabili della fermentazione. L'enzima coinvolto è una pectina-metil esterasi che idrolizza il legame estere tra il metanolo e il carbossile dell'acido galatturonico.

Normalmente il metanolo non costituisce un problema nel vino, mentre lo è se si distilla il fermentato dei residui della vinificazione.

Nell'organismo il metanolo è ossidato dall'alcol deidrogenasi epatica in acido formico dall'aldeide deidrogenasi. Dato che la prima reazione è molto lenta e la seconda è molto rapida si accumula con l'opsina delle cellule retiniche impedendo il legame con la luce, causando cecità temporanea. Inoltre, l'acido formico è tossico. Essa, inoltre, può essere convertita in formaldeide (usato come antisettico) e questa viene, a sua volta, ossidata ad acido formico dall'aldeide deidrogenasi.

Infatti, reagisce l'11-cis retinale e, quindi, la visione. Altre sostanze non tossiche che lo diventano dopo essere stati ossidati sono: cloruro di vinile, benzene, anilina e idrocarburi policiclici aromatici. Queste specie, quando ossidate, generano epossidi, specie incredibilmente reattive che possono causare danni a proteine ed acidi nucleici. Un esempio di idrocarburo policiclico aromatico è il benzopirene, prodotto per incompleta combustione di sostanze organiche a temperature comprese tra 300 e 600 °C; è presente nel fumo di sigaretta, nei gas di scarico dei motori diesel, nei fumi prodotti dalla combustione di biomasse e nelle carni bruciate. Sono reazioni in cui l'agente ossidante è l'ossigeno. Alcuni dei processi del metabolismo degli xenobiotici molecolare. Gli enzimi ossidanti coinvolti in reazioni con ossigeno molecolare sono, in generale, ossidasi, monossigenasi e diossigenasi, distinti sulla base della loro azione e dei loro prodotti.

più comuniossidasi sono la citocromo ossidasi della catena di trasporto degli elettroni, la xantina ossidasi che42trasforma basi puriniche in acido urico, e la glucosio ossidasi. La prima non è una flavoproteina, mentrele altre due sì, ossia hanno il FAD come cofattore. Tutte le ossidasi producono come sottoprodotto ilperossido d’idrogeno. Le monossigenasi sono enzimi che catalizzano il passaggio di due atomi diossigeno, uno al composto da ossidare e l’altro a formare acqua; sono anch’esse flavoproteine. Lediossigenasi sono enzimi in grado di inserire entrambi gli atomi di ossigeno nel substrato da ossidare.

Questi enzimi sono protagonisti di alcune reazioni:

• Ossidasi: glucosio ossidasi, catalizza la reazioneβ-D-glucosio + O₂ + H₂O₂ +⇄+ FADH₂ D-glucono-1,5-lattone + FAD
• Monossigenasi: fenilalanina monossigenasi catalizza la reazioneO₂ + H₂O+⇄L-fenilalanina + FADH₂ + L-tirosina + FAD
• Diossigenasi: quercetina

2,3-diossigenasi (rame dipendente) catalizza la reazione O₂ ⇄ Quercetina + 2-(3,4-diidrossibenzoilossi)-4,6-diidrossibenzoato + CO + H+

catalizzano reazioni di ossidazione con l'ossigeno molecolare per il metabolismo degli

Fra gli enzimi che xenobiotici la famiglia del citocromo P450 (CYP450) è certamente la più importante. Gli isoenzimi appartenenti a questa famiglia sono monossigenasi che hanno come fattore il NAD(P)H. La reazione O₂ + H₂O+ + ⇄ catalizzata è quindi: RH + + NAD(P)H R + + NAD(P)

Alcuni degli enzimi appartenenti al CYP450 sono inducibili, ossia sono espressi in risposta a stimoli ambientali che possono essere anche molecole alimentari, hanno localizzazione organellare, ossia si trovano sulla membrana degli organuli, e coinvolgono una sorta di catena di trasporto degli elettroni. Come già detto, quasi tutti questi enzimi hanno il NAD(P)H come donatore finale di elettroni, ma essi giungono a tale molecola attraverso altri passaggi.

Sistema mitocondriale: il trasportatore mono-elettronico è una piccola proteina ferro-zolfo. Il substrato da ossidare si lega al citocromo con il ferro ossidato. A questo punto arriva una molecola di ossigeno che si lega al substrato e gli elettroni dalla catena di trasporto che vanno sull'ossigeno. La molecola di ossigeno si riduce ad acqua, mentre l'altra metà forma l'ossido di ferro con il ferro dell'enzima. Quest'ultimo si riduce ossidando il substrato. Al posto della proteina ferro-zolfo.

Sistema microsomiale (R. endoplasmatico): impiega FADH₂. L'uomo possiede circa 6000 isoenzimi di CYP450 per garantire di poter ossidare il maggior numero di composti possibili. Come già detto alcuni di questi enzimi sono inducibili. Ad esempio, l'isoforma 1A1 che metabolizza gli idrocarburi aromatici policiclici, è indotta dal fumo di sigaretta, mentre l'isoforma 1A2 che metabolizza ammine aromatiche,

Caffeina e gli alcaloidi delle crucifere è indotta dalla carne alla griglia e dal consumo di queste sostanze. È stato osservato che 20-30 milioni di soggetti possiedono forme inefficienti di CYP2D6 per cui metabolizzano i farmaci più lentamente; conseguentemente i normali dosaggi sono eccessivi o tossici. Vi sono anche 15-20 milioni di soggetti con una variante molto efficiente di CYP2D6; per questi soggetti i normali dosaggi non determinano un effetto apprezzabile. Alcuni presenti nel pompelmo) sono in grado di inibire l'azione di alcuni alcaloidi alimentari (come la naringina) enzimi del CYP450 come il CYP3A4 per cui se assunti contestualmente ad alcuni farmaci ne causano L'allicina, invece, è in grado di stimolare l'azione del CYP1A2 coinvolto nella detossificazione tossicità da cancerogeni. La seconda fase nel metabolismo consiste nella trasformazione degli xenobiotici in derivati idrosolubili non riassorbibili a livello

renale. Trasformazione di qualcosa di solubile e non riassorbibile a livello renale. Ad esempio, il bifenile, dopo essere stato ossidato, viene coniugato con l'acido glucuronico per essere eliminato. Talvolta la trasformazione in una molecola solubile coincide con la fase di ossidazione (ad esempio per gli alcani con un numero di atomi di carbonio minore o uguale a 9 che vengono ossidati ad alcoli a corta catena).

Normalmente i composti sono resi solubili attraverso la coniugazione con agenti appositi come l'acido glucuronico che conferisce una carica negativa e quindi impedisce il riassorbimento renale. Altre modalità per rendere le molecole idrosolubili sono la solfatazione (esterificazione con acido solforico), la coniugazione con glutatione (rara), l'acetilazione e la metilazione. L'aspirina (acido acetilsalicilico), una volta introdotta, viene metabolizzata ad acido salicilico, la molecola farmacologicamente attiva. Tale molecola è già ossidata.

e non è necessario ossidarla ulteriormente per poterla eliminare (basta la seconda fase). Il ter-butil-idrossianisolo (BHA) è un additivo antiossidante (scavenger) e viene metabolizzato persolfatazione. La caffeina, infine, dopo essere stata ossidata dal CYP450, viene degradata dalla xantinaossidasi, in quanto ha una forma simile ad una purina.

TOSSINE

Le tossine sono molecole di origine microbica di varia natura, prevalentemente proteica, che causano danni se assunte dall'uomo. Possono essere classificate sulla base della loro struttura oppure del loro meccanismo d'azione. Tossine molecole organiche, peptide o proteine raggruppate in base al meccanismo d'azione.

• Blocco selettivo di canali voltaggio dipendenti

Saxitossina: è una tossina prodotta da protisti flagellati e spesso presente nei molluschi e nei mitili. Essa presenta due residui guanilinici carichi positivamente che si vanno a legare ai canali del sodio v.d. inibendone l'attività.

• Ribosome Inactivating Toxins (RIP)

terminaliglicosilati dei fosfolipidi di membrana (B), ed il type3 hanno una struttura non del tutto nota. Latossina più nota, avente questo effetto è la ricina, una proteina contenuta nel ricino; appartiene altype2. La ricina è piuttosto aggredibile dalle peptidasi e abbastanza termolabile. Altre piantecontengono proteine simili alla subunità A del ricino, ma non hanno lo stesso effetto perché, nonavendo la subunità B, non possono entrare nelle cellule. Un’altra RIP è la tossina di Shiga,anch’essa type2. Queste tossine possono anche ad influenzare fattori di trascrizione implicati nellae, quindi, l’apoptosi.regolazione della concentrazione di ROS

• Proteine che intervengono nel trasporto di elettroliti

A questa categoria appartiene la tossina colerica capace di aumentare la permeabilità intestinalead alcuni ioni (es. Cl) attraverso un meccanismo cAMP dipendente. La perdita di elettroliti èseguita, per osmosi,