Domande biochimica degli alimenti, della nutrizione e malattie metaboliche

Biochimica degli alimenti, della nutrizione e delle malattie metaboliche - 2020/2021

Domande biochimica della nutrizione e malattie metaboliche - Prinetti

Introduzione all’iperalimentazione

Quale è la connessione tra la nutrizione e le malattie metaboliche?

1.

I sistemi viventi sono sistemi aperti, che scambiano materia ed energia con l’ambiente e in cui

sistemi ordinati,

avvengono moltissime reazioni. A di erenza dei sistemi non viventi, sono dei in

cui le reazioni chimiche tendono a mantenere un ordine (omeostasi). Per mantenere l’omeostasi

compiere lavoro,

l’organismo deve che può essere biosintetico, elettrochimico e meccanico. Per

energia,

compiere lavoro l’organismo necessita di che può essere fornita dall’ATP. Una volta

consumato l’ATP, per continuare a compiere lavoro, l’organismo lo deve rigenerare e per farlo

nutrienti energetici

necessita di energia, che ottiene dalla combustione dei (carboidrati, grassi e

nutrienti essenziali,

proteine). Per compiere lavoro l’organismo necessita anche di che hanno

fabbisogno

proprietà plastiche e funzionali. Ogni individuo necessita di un determinato di questi

peso corporeo ideale,

nutrienti per mantenere una nutrizione adeguata e, quindi, un ossia il peso

associato al tasso più basso possibile di morbilità (tendenza ad ammalarsi) e mortalità.

Un’alimentazione che si discosta, in eccesso o in difetto, dal peso corporeo ideale aumenta il

malnutrizione

rischio di morbilità e mortalità. La è un fenomeno patologico causato da

denutrizione, ipernutrizione e de cit di vitamine e minerali (questi ultimi causano patologie

speci che).

Che cos’è una malattia metabolica?

2.

Una malattia metabolica è una malattia causata da un problema del metabolismo, che può essere

di natura multifattoriale (fattori genetici, stile di vita) oppure dovuta alla mancanza di un enzima a

causa di un difetto genetico (malattie metaboliche ereditarie o errori congeniti del metabolismo).

Che cos’è l’obesità? / Cosa si intende per obesità.

3. malattia metabolica

L’obesità è una causata dall’introduzione di una quantità di calorie molto

superiore rispetto a quelle che si consumano per un tempo prolungato. Questo perché il

aumentare l’e cienza di sintesi e deposito di scorte

metabolismo è fatto in modo tale da

energetiche. accumulo di trigliceridi nel tessuto adiposo

Questo determina un in quantità

biochimica del tessuto adiposo si

molto superiore a quella necessaria. Di conseguenza la

modi ca, contribuendo ad aumentare il rischio di andare in contro ad altre patologie, in

particolare, il diabete mellito di tipo II. Esistono comunque diversi tipi di obesità che hanno diversi

tipi di cause, per esempio, cause ormonali, ma la maggior parte dei casi è dovuta ad

iperalimentazione.

[Praticamente l’obesità è una malattia metabolica caratterizzata dall’aumento del deposito di

trigliceridi nel tessuto adiposo e da un’aumentata capacità di depositarli.]

Perché il glucosio è un nutriente indispensabile per l’organismo?

4.

Il glucosio è un nutriente indispensabile per l’organismo per tre motivi:

tessuti glucosio dipendenti

1. esistono dei (tessuto nervoso, bre muscolari bianche ed

eritrociti);

2. il glucosio è il principale nutriente in circolo dopo un pasto, quindi verosimilmente è un

segnale della presenza e disponibilità di altri nutrienti nel sangue. Inoltre, l’aumento

della glicemia determina un senso di sazietà e stimola le cellule β del pancreas a secernere

insulina;

3. quando si riduce, al di sotto di un determinato limite, l’apporto di carboidrati nella dieta

utilizzare amminoacidi glucogenetici per produrre glucosio e

l’organismo inizia ad

mantenere costante la glicemia. Le vie metaboliche in questione sono molto complesse.

Quali sono gli e etti metabolici del glucagone?

4.

Il glucagone è un ormone secreto dalle cellule α delle isole di Langerhans del pancreas. Il

mantenere ad un valore normale

glucagone è rilasciato tra un pasto e l’altro ed ha la funzione di

costante la glicemia (60-80 mg/dL). Il glucagone riduce l’utilizzo di glucosio da parte delle cellule

della trigliceridi lipasi tissutale

tramite l’attivazione che libera acidi grassi e glicerolo in circolo.

Gli acidi grassi sono utilizzati come substrato energetico dalla maggior parte dei tessuti e il

fosforilazione

glicerolo è utilizzato per la gluconeogenesi nel fegato. Il glucagone determina la 1

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della glicogeno fosforilasi, enzima che demolisce il glicogeno a glucosio-1-fosfato, attivandolo,

complesso enzimatico che sintetizza il fruttosio-2,6-bisfosfato

e del (attivatore allosterico

della fosfofruttochinasi, enzima che regola la velocità della glicolisi) inibendo la glicolisi e quindi

aumentando l’attività della 1,6-fruttosio bisfosfatasi (favorendo la gluconeogenesi a partire da

amminoacidi glucogenici).

Che tipi di scorte abbiamo nell’organismo?

5. glicogeno, lipidi proteine muscolari

L’organismo presenta tre tipi di scorte: e (e albumina). Le

prime due utilizzate principalmente a scopo energetico: il glicogeno è utilizzato velocemente e i

lipidi sono utilizzati nel tempo. Le proteine muscolari sono utilizzate in parte a scopo energetico e

in parte, con l’albumina, durante il digiuno per mantenere costante la glicemia (gli amminoacidi

sono utilizzati per la gluconeogenesi).

Quali eventi metabolici si veri cano durante il digiuno?

6.

Quando la glicemia, dopo un pasto, si avvicina alle condizioni basali, il pancreas secerne

glucagone, per contrastare la discesa della glicemia. Gli e etti di questo ormone sono tre: 1)

demolizione del glicogeno epatico attraverso l’attivazione della glicogeno fosforilasi

attivazione della trigliceride lipasi tissutale,

(disattivazione della glicogeno sintetasi); 2) enzima

del tessuto adiposo che idrolizza i trigliceridi e permette il rilascio di acidi grassi e glicerolo in

circolo, gli acidi grassi sono utilizzati come fonte energetica dalla maggior parte dei tessuti

attiva la

dell’organismo e il glicerolo è utilizzato per la gluconeogenesi nel fegato; 3)

gluconeogenesi a partire dagli amminoacidi glucogenici, ottenuti dal tessuto scheletrico e

dall’albumina plasmatica. Dopo 16 ore di digiuno l’apporto di glucosio alla glicemia dalla

glicogenolisi e gluconeogenesi diventa identico.

Di che cosa si muore quando non si mangia più?

7. elevata concentrazione di ammonio in circolo,

Quando non si mangia più si muore di

composto tossico per l’organismo, in particolare, per il tessuto nervoso. Quando il digiuno dura

fonte di glucosio amminoacidi

giorni l’unica per mantenere costante la glicemia sono gli

glucogenici, che derivano dal tessuto muscolare scheletrico e dall’albumina sierica. Di

accumulo di ammonio

conseguenza si ha un e una diminuzione dell’albumina sierica in circolo.

pressione colloido-osmotica

Dato che la necessaria al rene per il processo di ltrazione dipende

diminuisce l’e cienza del rene nell’eliminare

dall’albumina plasmatica ed essa si riduce, anche

l’ammonio. riduce l’e cienza del fegato nel ssare l’azoto nel ciclo dell’urea.

Inoltre, si Il

risultato è un’ammoniemia a livelli tali da causare la morte dell’individuo.

Iperalimentazione

Parlare dell’indice glicemico.

8. misura della capacità di un alimento di aumentare la glicemia

L’indice glicemico è la ed è

calcolato secondo la seguente formula, usando come riferimento la curva glicemica standard del

(Area Alimento/Area Glucosio) x 100.

glucosio (o del pane bianco): L’area sotto la curva

glicemica rappresenta la quantità totale di glucosio che è transitata in circolo in un certo lasso di

picchi glicemici diversi:

tempo e, a parità di area, si possono avere un picco molto alto e ripido,

quando la glicemia aumenta velocemente e si riduce altrettanto velocemente, e un picco più

tipologia di

graduale, in cui la glicemia aumenta e ritorna ai livelli basali lentamente. La

carboidrati, ciò che si consuma insieme trattamento che ha subito

ad essi e il l’alimento,

in uenzano la velocità di assorbimento dei carboidrati e quindi l’indice glicemico. È

importante conoscere l’indice glicemico di un alimento perché i picchi di glicemia si ri ettono in

modo molto preciso sui picchi di insulina, che quando sono elevati per un lungo periodo possono

determinare e etti a lungo termine signi cativi.

Qual è il meccanismo con cui l’insulina è rilasciata in circolo?

9.

L’insulina è escreta dalle cellule β del pancreas. L’insulina è sintetizzata sotto forma di precursore

inattivo, dopo una serie di cambiamenti viene accumulata in vescicole. In presenza di un apposito

segnale, come l’aumento della glicemia, le vescicole sono trasportate verso la membrana, con

l’aiuto del citoscheletro, dove si fondono con essa liberando per esocitosi l’insulina. Le cellule β

del pancreas sono dei sensori del glucosio in circolo, in questo modo sono in grado di rilasciare la

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quantità di insulina necessaria. Il glucosio entra all’interno delle cellule del pancreas attraverso il

trasportatore GLUT2, a bassa a nità ed alta capacità, ossia trasporta il glucosio all’interno della

glucosio

cellula in quantità proporzionale a quella nel circolo sanguigno. Il nella cellula viene

fosforilato dalla glucochinasi a glucosio-6-fosfato, che entra nelle glicolisi. La glucochinasi ha

una K per il glucosio alta, ossia ha bassa a nità per il glucosio, quindi lo fosforila in quantità

m produzione di ATP

proporzionale al glucosio in circolo. La glicolisi determina la proporzionale alla

membrana polarizzata

quantità di glucosio in circolo. Le cellule hanno la poiché all’interno della

cellula c’è una carica netta negativa e all’esterno una carica netta positiva. La polarizzazione è

dovuta all’azione della pompa Na-K, che trasporta attivamente il potassio all’interno della cellula e

il sodio all’esterno. Le cellule pancreatiche presentano due canali: canali ionici per il potassio a

canali ionici per il

controllo di ligando e i canali a controllo di potenziale o voltaggio dipendenti. I

potassio a controllo di ligando chiusi

sono quando legati ad un particolare ligando, che è l’ATP.

Questo non permette più la fuoriuscita di potassio, ma esso continua ad essere trasportato

depolarizzazione della membrana

all’interno della cellula dalla pompa Na-K, determinando una

plasmatica. canali a controllo di potenziale o voltaggio dipendenti

I sono canali che si aprono

depolarizzazione determina l’apertura di

e chiudono in base al potenziale di membrana. La

quesi canali, del calcio

che permettono l’entrata nella cellula. L’aumento della concentrazione di

stimola l’esocitosi dell’insulina

calcio nel citoplasma in modo proporzionale al glucosio in

circolo.

Come mai la curva insulinica ha una forma simile a quella glicemica?

10.

La curva insulinica ha una forma simile a quella glicemica poiché l’insulina viene escreta in

quantità proporzionale al glucosio in circolo.

E etti dell’insulina sul metabolismo del fegato.

11.

L’insulina sul fegato ha come e etto l’attivazione di vie metaboliche.

glucosio GLUT2

Il entra nel fegato attraverso il trasportatore (a bassa a nità e alta capacità) e

glucochinasi

viene fosforilato dalla (a bassa a nità e la cui sintesi è stimolata dall’insulina) a

fruttosio-6-fosfato, via glicolitica,

che entra nella attivata dall’insulina. Infatti, l’insulina è in

fruttosio-2,6-bisfosfato,

grado di defosforilare il complesso enzimatico che sintetizza il un

fosfofruttochinasi,

attivatore allosterico dell’enzima che regola la velocità della via metabolica, e

fruttosio-1,6-bisfosfatasi

un inibitore dell’enzima (trasforma il fruttosio-1,6-bisfosfato in

fruttosio-6-fosfato nella gluconeogenesi). Quando la carica energetica della cellula è elevata,

inibisce fosfofruttochinasi,

l’ATP allostericamente la rallentando la glicolisi.

Il glucosio continua ad entrare negli epatociti e a venire fosforilato dalla glucochinasi (stimolata

dall’insulina) a glucosio-6-fosfato ma, dato che la glicolisi è rallentata, viene trasformato a

glucosio-1-fosfato fosfoglucomutasi.

dalla Il glucosio-1-fosfato è il composto da cui parte la

glicogenosintesi, glicogeno sintetasi

tramite l’enzima (stimolato dall’insulina). Questa reazione

energia

necessita di per la formazione del legame glicosidico, quindi si alterna con la glicolisi no

a quando viene depositato tutto il glicogeno possibile nel fegato.

Il glucosio continua ad essere in surplus, quindi continua ad entrare nella cellula e ad essere

sintesi degli

fosforilato. Quando la carica della cellula è elevata la glicolisi viene inibita ed inizia la

acidi grassi. citrato

Per questa reazione serve il citrato. Durante la glicolisi il viene ossidato in

modo e cace nel ciclo di Krebs ma, dato che la glicolisi viene rallentata, questo può uscire dal

citrato liasi, acetil-CoA

mitocondrio tramite il suo trasportatore ed essere scisso, dalla in e

ossalacetato. acetil-CoA carbossilasi.

L’acetil-CoA diventa subito substrato della Anche in

questa via metabolica si alterna alla glicolisi

questo caso perché l’attivazione dell’acetil-CoA a

malonil-CoA richiede ATP. Gli acidi grassi sintetizzati sono poi trasformati in trigliceridi e

trasportati dalle VLDL al tessuto adiposo e ad altri tessuti.

E etti dell’insulina sul tessuto adiposo e sul tessuto muscolare.

12. tessuto adiposo:

L’insulina ha due principali e etti sul attiva la lipasi lipoproteica e il trasporto del

trasportatore GLUT4 sulla super cie della cellula. Quindi l’e etto dell’insulina sul tessuto adiposo

favorire la sintesi e il deposito di trigliceridi.

è quello di

lipasi lipoproteica

La presente sulle pareti dei capillari sanguigni, soprattutto del tessuto

idrolizza i trigliceridi

adiposo, trasportati dalle VLDL e dai chilomicroni, ad acidi grassi e

acidi grassi

glicerolo. Gli legati all’albumina plasmatica sono poi captati dagli adipociti e utilizzati

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sintesi dei trigliceridi.

per la Per e ettuare questa via metabolica si necessita di energia: per

attivare gli acidi grassi ad acetil-CoA e produrre glicerolo-1-fosfato (composto da cui parte la

sintesi). L’insulina quindi stimola il trasporto di GLUT4 sulla super cie della cellula e, quindi,

glucosio, fornisce energia per l’attivazione degli

l’entrata del glucosio. Il tramite la glicolisi,

acidi grassi ad acetil-CoA sintesi di glicerolo-1-fosfato a partire dal

e permette la

diidrossiacetone fosfato (ottenuto dall’isomerizzazione della gliceraldeide-3-fosfato).

tessuto muscolare: attivare la glicolisi sintesi di

L’insulina ha due principali e etti sul e la

glicogeno.

Regolazione delle vie metaboliche attivate da insulina e glucagone.

13.

Le vie metaboliche attivate dall’insulina e glucagone sono regolate: da e ettori allosterici positivi e

negativi e tramite la fosforilazione e defosforilazione c-AMP dipendente di enzimi.

e ettori allosterici

Gli di queste vie sono:

• fruttosio-2,6-bisfosfato → e ettore allosterico positivo della fosfofruttochinasi (trasforma il

fruttosio-6-fosfato in fruttosio-1,6-bisfosfato, nella glicolisi) ed e ettore allosterico negativo

della fruttosio-1,6-bisfosfatasi (trasforma il fruttosio-1,6-bisfosfato in fruttosio-6-fosfato, nella

gluconeogenesi);

• ATP → e ettore allosterico negativo della fosfofruttochinasi;

• AMP → e ettore allosterico positivo della fosfofruttochinasi;

• citrato → e ettore allosterico negativo della fosfofruttochinasi.

Insulina glucagone diminuiscono e aumentano i livelli di c-AMP,

e rispettivamente che attiva

fosforilazione

la proteina chinasi A, responsabile della delle proteine. In generale, il glucagone

determina la fosforilazione delle proteine, mentre l’insulina le mantiene nel loro stato defosforilato.

Alcuni enzimi sono attivi nello stato fosforilato, mentre altri lo sono nel loro stato defosforilato. Per

glicogeno fosforilasi

esempio, la (degrada il glicogeno a glicogeno-1-fosfato, glicogenolisi) è

attivata dal glucagone durante il digiuno tramite la sua fosforilazione, e inattivata dall’insulina

complesso enzimatico che

perché la mantiene nel suo stato defosforilato. Un altro esempio è il

sintetizza e degrada il fruttosio-2,6-bisfosfato. Questo complesso enzimatico è dotato di due

siti attivi: uno per la sintesi e uno per la degradazione del composto. Quando il complesso

defosforilato

enzimatico è (per e etto dell’insulina) viene attivato il sito attivo che sintetizza il

fruttosio-2,6-bisfosfato (e ettore allosterico positivo della fosfofruttochinasi e negativo della

favorita la glicolisi e inibita la gluconeogenesi.

fruttosio-1,6-bisfosfatasi) e quindi viene

defosforilato

Quando, invece, è (per e etto del glucagone) viene attivato il sito attivo che

disattiva la glicolisi e favorita la

degrada il fruttosio-2,6-bisfosfato, quindi viene

gluconeogenesi.

Quali sono gli e etti a lungo termine di p