Biochimica funzionale

Trasportatori di elettroni nel metabolismo

Se il catabolismo è ossidativo e l'anabolismo riduttivo, abbiamo bisogno di trasportatori di elettroni, che non possono essere portati nella cellula da cavi elettrici ma saranno trasportati da delle molecole in grado di ossidarsi reversibilmente scambiando elettroni. Questi trasportatori agiscono come coenzimi per le ossidoriduttasi convolte nel metabolismo. NAD+ (nicotinammide di Ilnucleotide) è uno di questi, in grado di trasportare un protone con i suoi due elettroni dilegame, mente un protone viene rilasciato nel mezzo. Presenta una denina, un ribosio, due fosfati, un secondo ribosio ed una base azotata, la nicotinammide, che non trovate negli acidi nucleici. E' proprio la nicotinammide a permettere il trasporto di elettroni ossidandosi reversibilmente. Da notare che il NAD compare in due forme: il NAD vero e proprio che indirizza gli elettroni verso la catena respiratoria mitocondriale o il NADP+ che invece indirizza gli elettroni verso l'anabolismo.

Il testo fornito differisce dal precedente per un singolo fosfato in più sul primo ribosio. La reazione può essere seguita in laboratorio con uno spettrofotometro in quanto la forma ossidata e ridotta assorbono in maniera differente. In questo modo si può anche seguire l'attività enzimatica di tutte le ossidoreduttasi che usano NAD come cofattore.

Nicotinamide ed acido nicotinico costituiscono la vitamina B3 che è essenziale nell'uomo per la produzione di NAD+ e NADP+, cofattori essenziali di numerose deidrogenasi che agiscono ossidando gruppi alcolici. Le fonti alimentari di questa vitamina sono carne, pesce, cereali integrali, frutta secca e legumi. Viene sintetizzata da molti organismi, non è una vera vitamina neanche nell'uomo. Tuttavia la produzione nell'uomo a partire dal triptofano non è efficiente e richiede un abbondante apporto alimentare di triptofano (aminoacido essenziale) nonché la disponibilità delle vitamine B1,

B2 and B6 che sono spesso carenti in una dieta povera. Una dieta carente di niacina e triptofano porta glossite della lingua, dermatiti, perdita di peso, diarrea, depressione e demenza. Nel caso di carenza nutrizionale grave e prolungata i sintomi si aggravano e prendono il nome di pellagra. Si tratta di una patologia frequente tra le popolazioni che facevano esclusivo uso della polenta di sorgo o di mais come alimento base, comprese quelle del nord-Italia nei secoli scorsi che si alimentavano con polenta.

Il NADPH è anche utilizzato per generare anione superossido in una reazione tipica dei macrofagi ma presente anche in numerosi altri tipi cellulari a velocità minori.

Il FAD (flavina adenina dinucleotide) è un secondo fondamentale trasportatore di equivalenti riducenti. Si tratta anche in questo caso di un dinucleotide con adenina, ribosio due fosfati, ribitolo e flavina come base azotata. Può trasportare due elettroni e due protoni, anche in questo caso a livello della flavina.

base azotata atipica. Spesso agiscono suossidazione-riduzione di legami C-C. La riboflavina non è sintetizzata nell'uomo ed è quindi una vitamina (B2). Fa da precursore per icoenzimi flavin mononucleotide (FMN) e flavin adenin dinucleotide (FAD). Le ossidoreduttasi cheusano questi coenzimi non li rilasciano velocemente, prendendo il nome di flavoproteine. Richiesta in quantità di 1,2 - 1,7 mg/giorno, la sua carenza è rara data l'abbondanza in uova, latte, carne e cereali. I sintomi carenziali sono glossite, seborrea, stomatite angolare, e fotofobia. Colorata, si decompone se esposta alla luce, si può avere carenza in neonati trattati con fototerapia per iperbilirubinemia. Ma non bisogna trasportare tra catabolismo ed anabolismo solo energia (ATP) ed elettroni (NAD, FAD), è necessaria anche la mobilizzazione di intermedi metabolici, ad esempio gli acidi grassi. Gran parte del metabolismo degli acidi grassi ha come coenzima A. Anche

Il substrato degli acidi grassi legati alla molecola presenta un adenina, un fosforibosio, un pirofosfato ed una molecola complessa, l'acido pantotenico legato alla tioetanolammina. L'acido grasso viene portato legato al gruppo tiolico della tioetanolammina, anche in questo caso il legame tra acido grasso e coenzima A è ad alta energia con consumo di ATP che viene formato con l'idrolisi di entrambi i legami fosfoesterei ad alta energia di ATP e la formazione di un intermedio acil adenilato. L'acido pantotenico è richiesto per la sintesi del coenzima A ma è anche legato covalentemente all'enzima acido grasso sintasi (ed altri). È necessario per il metabolismo dei carboidrati, dei lipidi e degli aminoacidi.

Metabolismo carboidrati e glicolisi

In un animale tipico come l'uomo la maggior parte della massa è costituita da acqua (64%), abbiamo poi proteine (20%), lipidi (10%) e piccole quantità di carboidrati (1%). Nei vegetali

Troveremo moltipiù carboidrati che in questi organismi hanno funzione strutturale (cellulosa) o di riserva (amido). Per gran parte della popolazione mondiale la dieta è costituita principalmente da carboidrati, seguiti da grassi e quantità moderate di proteine (sono costose). Capiamo quindi che seppur non così abbondanti nell’organismo, i carboidrati hanno un ruolo metabolico chiave.

I carboidrati della dieta sono rappresentati negli adulti principalmente da amido (polimero del glucosio). I carboidrati in forma di polimero devono essere digeriti in monomeri di glucosio e fruttosio per essere digeriti. La digestione dell’amido è portata avanti dall’amilasi, una endo-glucosidasi che lo spezzetta in unità più piccole rompendo i legami glicosidici interni. L’amilasi è presente nella bocca per digerire i residui di cibo, ma il ruolo principale è giocato dall’amilasi pancreatica rilasciata a livello intestinale.

I frammenti derivanti dalla digestione dell'amido sono ridotti a monosaccaridi per azione diglicosidasi presenti sull'orletto a spazzola degli enterociti.

I frammenti derivanti dalla digestione dell'amido sono ridotti a monosaccaridi per azione di glicosidasi presenti sull'orletto a spazzola degli enterociti. Nella stessa localizzazione troviamo anche glicosidasi per i diversi di e trisaccaridi alimentari. Ad esempio le persone intolleranti al lattosio esprimono nell'adulto bassi livelli di lattasi, non digeriscono bene il lattosio che rimane nel lume ed alimenta il metabolismo batterico causando gonfiore e diarrea. Il latte delattosato è un prodotto biotecnologico nel quale il lattosio viene scisso in glucosio e galattosio, come nel caso del latte Zymil. Il latte delattosato si ottiene attraverso un processo di idrolisi enzimatica del lattosio che viene effettuata su latte vaccino.

I monosaccaridi vengono assorbiti dall'enterocita attraverso due

grossi gruppi di trasportatori: la famiglia SGLT che usa il gradiente di sodio per accumulare attivamente i monosaccaridi nell'enterocita (il sodio presente nel lume viene cotrasportato con i monosaccaridi prodotti dalle glicosidasi all'interno dell'enterocita e poi rilasciato nel flusso sanguigno tramite la sodio/potassio ATPasi) e la famiglia GLUT che è costituita da trasportatori facilitati e quindi equilibrano la concentrazione interna con quella esterna. In particolare il GLUT2 (sulla membrana basale, verso capillare) fa uscire il glucosio e gli altri monosaccaridi accumulati dagli SGLT verso i capillari, mentre GLUT5 (sulla membrana apicale, verso l'enterocita) fa entrare fruttosio. Così l'organismo incorpora solo i monomeri garantendo che all'interno non ci siano macromolecole pericolose (ad esempio l'amido non si trova normalmente nelle cellule animali). Il glucosio presente in circolo (solubile) per essere utilizzato deve entrare nelle.

cellule tramite un trasportatore di membrana GLUT. I più importanti sono: GLUT2 (intestino, fegato, rene e cellule β del pancreas endocrino e GLUT 4 sulle cellule muscolari e tessuto adiposo che ha la caratteristica di essere esposto in membrana solo quando la presenza di insulina indica una glicemia alta (se glicemia bassa le cellule non possono internalizzare glucosio). Una volta entrato nella cellula il glucosio viene fosforilato da una chinasi (consumo di ATP ma in questo modo non può più uscire tramite i GLUT e non lascia la cellula) e poi può andare incontro a numerose vie metaboliche: glicolisi, via dei pentoso fosfati, sintesi di glicogeno. In carenza di glucosio esogeno la cellula lo può sintetizzare tramite la gluconeogenesi. Il primo passaggio del metabolismo del glucosio è quindi la sua fosforilazione in posizione 6 ad opera della esochinasi, espressa ampiamente nei tessuti extraepatici e satura alle concentrazioni plasmatiche di glucosio.

(5,5 mM) e dellaglucochinasi (isoforma epatica con Km 10 mM e quindi ingrado di variale la sua attività al variare dellaconcentrazione di glucosio, espressa principalmente nelfegato). Si tratta di enzimi che mostrano un adattamentoindotto, cioè cambiano conformazione divenendocataliticamente attivi solo dopo aver legato il glucosio (questo evita che consumino ATP in assenza di glucosioda fosforilare, reazione irreversibile perché comporta consumo di ATP).La glicolisi (glicemia alta) è una via catabolica di 10 reazioni che degrada glucosio ossidativamente adue molecole di acido piruvico con generazione di 2 ATP e riduzione di 2 NAD a NADH+H+.Abbastanza sorprendentemente in realtà nella prima fase 2 ATP vengono consumati per preparare ilglucosio per la degradazione, mentre nella seconda fase la molecola viene ossidata e vengono generati4 ATP (resa netta di 2 ATP). La glicolisi può sembrare un processo casuale, ma se si guarda bene ci siaccorgeione del fruttosio-1,6-bisfosfato siano fosforilati e quindienergeticamente instabili.Scissione del fruttosio-1,6-bisfosfato in due molecole di3-fosfoglicerato, attraverso una reazione di idrolisi.Fosforilazione del 3-fosfoglicerato in 1,3-bisfosfoglicerato, con produzione di ATP per4. fosforilazione a livello di substrato.Riduzione del 1,3-bisfosfoglicerato a 3-fosfoglicerato, con produzione di NADH.Fosforilazione del 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato, con produzione di ATP per5. fosforilazione a livello di substrato.Riarrangiamento del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato, con eliminazione di acqua.Fosforilazione del fosfoenolpiruvato in piruvato, con produzione di ATP per fosforilazione6. a livello di substrato.