Biochimica metabolica

Metabolicaghiandole endocrine

Le ghiandole endocrine sono specializzate nella sintesi di ormoni. Un esempio è l'ipofisi che, sotto il controllo dell'ipotalamo, secerne numerosi ormoni. Le ghiandole surrenali, anch'esse endocrine, possiedono:

• Una parte esterna detta corticale dove sono presenti i corticosteroidi.
• Una parte interna detta midollare dove sono prodotte le catecolamine.

Catecolamine

Le catecolamine sono ormoni prodotti nella parte midollare dei surreni. Hanno 2 recettori adroenergici (alfa e beta). Noradrenalina + CH₃ → Adrenalina. Aumentano in seguito a stress ed ipoglicemia (stimolano glicogenolisi nel fegato e nel muscolo). L’adrenalina aumenta:

• Fc.
• Pressione sanguigna.
• Dilatazione delle vie respiratorie.
• Trasporto di glucosio, acidi grassi e O₂ nel muscolo.

Glucagone

È un ormone proteico prodotto dalle cellule alfa del pancreas che agisce nel fegato (suo recettore) con l'ipoglicemia e attiva:

• Glicogenolisi.
• Gluconeogenesi (inibisce la glicolisi).
• Lipolisi.

Insulina

L'insulina è un ormone ipoglicemizzante anabolico prodotto dalle cellule β del pancreas. Formato da 2 catene peptidiche unite da 2 ponti disolfuro. L'insulina aumenta con l’aumento del glucosio nel sangue, in risposta al glucagone e con l’aumento dell’ATP. I recettori insulinici si trovano in quasi tutti i tessuti (soprattutto fegato, cuore e tessuto adiposo). L’insulina stimola la glicogenosintesi, la lipogenesi, la sintesi proteica e attiva il Glut-4 (assorbimento di glucosio).

Ha 2 effetti:

• Effetto immediato: aumenta la velocità di trasporto del glucosio ai tessuti.
• Effetto a lungo termine: aumenta gli enzimi epatici che sintetizzano glicogeno.

Il diabete è un difetto nella secrezione o nell’azione di insulina:

• Diabete di tipo I (insulino-sensibile): carenza di insulina.
• Diabete di tipo II (insulino-resistente): l’insulina si lega al recettore sbagliato.

GH e IGF-1

GH è l’ormone della crescita con funzione anabolica. Stimola la produzione di IGF-1 nel fegato. IGF-1 è un ormone anabolico detto fattore insulino-simile. Agisce in modo endocrino, autocrino e paracrino. Favorisce la crescita e la rigenerazione dell’osso e del muscolo.

Miostatina e termogenina

La miostatina è un ormone catabolico che contrasta l’anabolismo muscolare. La termogenina è una proteina disaccoppiante che forma un canale per l’uscita di ioni H⁺ dalla membrana sprecando il gradiente elettrochimico. È presente nel tessuto adiposo bruno.

Adipochine

• Leptina: ormone proteico prodotto nel tessuto adiposo e presente nelle fibre di tipo I (aerobiche). Regola il senso di fame, in caso di ipoglicemia diminuisce la secrezione di leptina e aumenta l’appetito. Un eccesso di massa grassa può portare alla desensibilizzazione della leptina. Favorisce l’ossidazione dei grassi nel muscolo e nel tessuto adiposo.
• Adiponectina: ormone proteico prodotto nel tessuto adiposo, presente ad alte concentrazioni nel sangue e nelle fibre di tipo I. Contrasta il diabete e favorisce nel muscolo:
  • Ossidazione dei grassi.
  • Biogenesi dei mitocondri.
  • Entrata di grassi e glucosio.
• Visfatina
• Resistina

Ormoni tiroidei

Gli ormoni tiroidei contengono iodio e sono importanti per lo sviluppo ed il metabolismo. Le disfunzioni della tiroide portano ipertiroidismo (magrezza) e ipotiroidismo (obesità).

Ormoni steroidei

Gli ormoni steroidei attraversano la membrana. Sono prodotti partendo dal colesterolo nella parte corticale dei surreni. Si dividono in:

• Ormoni sessuali:
  • Androgeni: ormoni anabolici (testosterone, androstenedione). Il testosterone è metabolizzato come 5 DHT, esso favorisce l’ossidazione dei grassi, l’efficienza immunitaria e la mineralizzazione dell’osso. Durante l’esercizio aumenta il suo rilascio.
  • Estrogeni (progesterone, estradiolo..): sono prodotti partendo dagli androgeni.
• Mineralcorticoidi:
  • Aldosterone: regola volume e pressione sanguigna favorendo il riassorbimento di Na⁺ e Cl^- nel rene.
• Glucocorticoidi: hanno ritmo circadiano (bassi la sera e alti al mattino).
  • Cortisolo: ormone catabolico che deprime la risposta immunitaria e aumenta la fragilità ossea.
• Calcitriolo: ormone steroideo che rappresenta la forma attiva della vitamina D₃. Favorisce l’assorbimento di Ca e regola la concentrazione di Ca nelle ossa. Il paratormone stimola la formazione di calcitriolo.

Glicemia

Il fegato è l’organo deputato al mantenimento della concentrazione di glucosio ematico costante a livello di 90-100 mg/100 ml.

• Iperglicemia: l’insulina attiva i trasportatori per consentire l’entrata di glucosio nelle cellule.
• Ipoglicemia: il glucagone attiva la glicogenolisi e la gluconeogenesi e libera glucosio nel sangue.

Il glucosio può essere:

• Esogeno: introdotto tramite gli alimenti.
• Endogeno: autoprodotto con la gluconeogenesi.

Trasporto del glucosio

Il glucosio viene captato da proteine trasportatori detti Glut.

• Glut-4: presente in muscolo, cuore e tessuto adiposo. È attivato dall’esercizio e dall’insulina.
• Glut-2 e Glut-7: presenti nel fegato.
• Glut-2 e Glut-5: trasportano glucidi come galattosio, mannosio e fruttosio.
• Glut-1 e Glut-3: presenti nei globuli rossi e cervello.

Glicogeno

Il glicogeno è un glucide complesso di origine animale formato da sole molecole di glucosio. Ha una struttura ramificata che gli permette una sua rapida demolizione o sintesi in risposta alle richieste energetiche dell’organismo.

Glicogenosintesi

La glicogenosintesi è un processo anabolico di 4 fasi che avviene nel citoplasma.

• Il G6P (glucosio interno alla cellula) viene convertito in G1P trasferendo un gruppo fosfato.
• Il G1P reagisce con un nucleoside UTP formando UDP-glucosio.
• L’enzima Glicogeno Sintasi trasferisce l’UDP-glucosio su un residuo di glicogeno attraverso legami alfa-glicosidici.
• Il glicogeno si forma aggiungendo frammenti di glucosio nei punti in cui la catena si allunga creando ramificazioni.

Glicogenolisi

La glicogenolisi è un processo catabolico di 3 fasi, stimolato da adrenalina (muscolo/fegato) e glucagone (fegato).

• L’enzima Glicogeno Fosforilasi rompe un legame glicosidico rilasciando un G1P.
• Il G1P viene convertito in G6P che segue destini diversi a seconda della provenienza (glicogenolisi epatica o muscolare). Se il G6P è prodotto nel muscolo, entra nella glicolisi per essere ossidato, se il G6P è prodotto nel fegato, serve per il mantenimento del livello di glicemia costante.
• Interviene un enzima che rompe le ramificazioni che la Glicogeno Fosforilasi non può rompere.

Regolazione del glicogeno

I due enzimi principali sono la glicogeno fosforilasi e la glicogeno sintasi che hanno azione contraria (se uno è attivo, l’altro è inattivo). Hanno regolazione covalente.

• Glicogeno fosforilasi: si attiva se G6P, AMP e Ca aumentano e cala l’ATP. È attiva se fosforilata (glicogeno fosforilasi A) e inattiva se defosforilata (glicogeno fosforilasi B).
• Glicogeno sintasi: si attiva con l’aumentare dell’ATP e G6P. È attiva se defosforilata (glicogeno sintasi A) ed inattiva se fosforilata (glicogeno sintasi B).

Glicolisi

La glicolisi è la via metabolica di ossidazione del glucosio nel citoplasma che produce energia senza sfruttare la catena respiratoria. Il glucosio ha 3 destini metabolici:

• Può essere conservato come glicogeno.
• Può essere utilizzato nella glicolisi per produrre energia.
• Può essere utilizzato come intermedio metabolico.

Il prodotto della glicolisi è il Piruvato, il quale si ottiene in 2 fasi:

Fase preparatoria

Nella fase preparatoria, il glucosio è fosforilato e diviso in 2 triosi consumando 2 ATP:

• Il glucosio viene fosforilato grazie all’enzima Esocinasi e diventa G6P consumando 1 ATP.
• Il G6P viene isomerizzato in Fruttosio 6 fosfato.
• L’enzima Fosfofruttocinasi-1 (regolatore della glicolisi, si attiva quando c’è poco ATP) fosforila il fruttosio 6 fosfato in Fruttosio 1,6 Bisfosfato consumando 1 ATP.
• Il fruttosio 1,6 bisfosfato viene scisso in 2 triosi: Diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide 3-fosfato.
• Il Diidrossiacetone viene convertito in gliceraldeide 3-fosfato per proseguire la via metabolica.

Fase di recupero energetico

Nella fase di recupero energetico, la gliceraldeide 3-fosfato viene convertita in 1,3 bisfosfoglicerato producendo 1 ATP e 1 NADH ridotto. Il 1,3 bisfosfoglicerato viene convertito in 3-fosfoglicerato.