Tiamina e nozioni, Biochimica

E' presente un cofattore formato da due anelli, un anello pirimidinico e un anello tiazolico, detto

anche tiazolidina: è un eterociclo con un atomo di azoto e uno di zolfo. Quando l'azoto diventa

quaternario: la carica positiva posta sull'azoto quaternario causa un passaggio netto di elettroni dal

carbonio all'azoto e una donazione di elettroni dallo zolfo al carbonio. Questo carbonio, con

protone, tenderà a cedere il protone e trasformarsi in un carbanione. la tiamina quindi è un

cofattore enzimatico che si è evoluto per formare dei carbanioni sull'anello tiazolidinico. Quali sono

le caratteristiche del carbanione? E' un fortissimo nucleofilo [fra

azoto e zolfo il carbanione, diapositiva sbagliata], dando

origine alle reazioni nucleofile, in particolare la tiamina è

specializzata nel realizzare reazioni nucleofile con

alfachetoacidi. la reazione nucleofila avviene non attaccando

il carbonile del gruppo carbossilico, ma attaccando il carbonile

(chetonico) dell'alfa chetoacido. Quindi nel riarrangiamento della

molecola, l'alfachetoacido si decarbossila, rimane quindi la

tiamina con un sostituente acetile, una tiamina acetilata e si libera CO . La vitamina B1 è

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specializzata quindi nella decarbossilazione degli alfachetoacidi (un alfachetoacido messo in

acqua si dimezza). Gli enzimi che utilizzano la tiamina saranno delle decarbossilasi, catalizzano

quindi la decarbossilazione degli alfa chetoacidi, una reazione centrale a tutto il metabolismo, sulla

degradazione di zuccheri e acidi grassi per produrre CO e ATP, a partire dalla tiamina. La CO poi

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verrà trasportata nel sangue dall'emoglobina, mentre legato alla tiamina rimane un gruppo acetile,

si può dire che la tiamina sia un trasportatore di acetili (o di frammenti carboniosi). E' un cofattore

altamente specializzato e si differenzia dal piridossal fosfato (il piridossal fosfato catalizza

decarbossilazione degli amminoacidi), la tiamina, specializzata, catalizza la decarbossilazione

degli alfa-chetoacidi. Stati carenziali molto rari, è contenuta in maniera abbondante in cereali e

legumi, è fondamentale nel metabolismo, la CO2 prodotta ed espirata viene in parte da reazioni

catalizzate dalla vitamina B1. Nella forma attiva legata all'enzima è sotto forma di difosfato, perché

un gruppo fosforico gli conferisce la carica negativa per legare l'enzima.

Le decarbossilazioni hanno una caratteristica fondamentale: liberano CO e sono tutte reazioni

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irreversibili. Reazioni che liberano un composto in fase gassosa, come la CO , sono irreversibili.

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Altre reazioni irreversibili sono quelle delle proteasi (rottura del legame peptidico), le chinasi e le

fosfatasi. Fosfatasi e chinasi, legano fosfato ad un substrato con consumo di ATP, per revertirla è

necessaria una fosfatasi, che taglia il gruppo fosfato, reazione quindi irreversibile. Altrettanto

succede per una carbossilazione: la tiamina catalizza una reazione irreversibile; ma sarà presente

anche un processo anabolico per la costruzione di alfa chetoacidi per tornare indietro nel

metabolismo quando c'è bisogno di fabbricare un prodotto in fase sintetica.

Ci sono quindi degli enzimi chiamati carbossilasi, prelevano la CO e la agganciano ad un acido

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carbossilico di ordine inferiore per allungare la catena carboniosa. L'enzima più abbondante sulla

Terra è l'enzima che serve alle piante per fissare la CO , al ribulosio aggiunge un atomo di

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carbonio e dà origine al glucosio, la ribulosio 1,5-difosfato carbossilasi. Nell'essere umano le

carbossilasi utilizzano un cofattore unico, contenete zolfo, la biotina.

E' un ciclo a otto atomi, in genere schematizzato come due ciclopentani sovrapposti, una catena

laterale con un gruppo carbossilico [entrambi gli idrogeni hanno una conformazione cis]. La prima

parte della molecola ha un'urea, il ciclo a cinque termini con lo zolfo, un eterociclo con lo zolfo, il

tiofene. Ricordarsi quindi la combinazione tra tiofene e urea, si ottiene il nucleo della biotina.

La biotina è un cofattore particolare, perché la catena laterale può formare un legame ammide con

la lisina dell'enzima (è legato covalentemente all'enzima, in genere i cofattori sono legati in

maniera non covalente; per il FAD ci sono degli enzimi a cui il FAD è legato covalentemente, rari,

altrimenti anche il FAD non è legato covalentemente).

Una rezione di carbossilazione è una reazione difficile, fissare la CO a un substrato. Acido

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piruvico + CO dà un alfa di-chetoacido, detto ossalacetato. La reazione catalizzata dalla biotina

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consuma ATP, richiede energia e consuma una molecola di bicarbonato, la forma idratata della

CO2. E' una reazione energeticamente sfavorita, gli acidi carbossilici tendono spontaneamente a

decarbossilare, sono reazioni anaboliche, si consuma energia per ottenere dei prodotti. La biotina

è centrale nell'attivazione della CO e utilizza uno degli azoti dell'urea. La reazione avviene in

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questo modo: l'azoto ha un doppietto elettronico che compie

attacco nucleofilo sul carbonio del bicarbonato; il carbonio del bicarbonato

non è un grande elettrofilo, ha già tre atomi di ossigeno che attraggono gli

elettroni, alla fine non è un grande elettrofilo; l'enzima utilizza allora l'ATP,

un fosfato terminale, catalizzando l'idrolisi dell'ATP, l'OH si lega al fosfato,

si rompe il legame fosfodiestere, se ne va il legame con il carbonio e si

forma la biotina attivata, una biotina con legato un CO . Nella

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reazione rimane ADP e fosfato. L'azoto della biotina col suo doppietto

elettronico potrebbe fare un attacco nucleofilo sul carbonio del bicarbonato,

che è però un debolissimo elettrofilo. Interviene allora una

molecola di ATP e tramite l'idrolisi dell'ultimo legame fosfodiestere, prende

un OH dallo ione bicarbonato, trasformandosi in fosfato più ATP, mentre si può formare un legame

tra azoto e bicarbonato, una CO . La biotina di fatto è un trasportatore di CO a scopi catalitici (al

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contrario dell'emoglobina, nel sangue e per l'espulsione, la biotina, solo nelle cellule, per reazioni

di carbossilazione).

Tiamina e biotina catalizzano due reazioni irreversibili una l'opposto dell'altra. Con questi due

cofattori enzimatici si costruiscono le catene carboniose, sono però limitati gli utilizzi, enzimi

specializzati in poche reazioni.

L'ultima vitamina del gruppo B, la B9, è l'acido folico. Può essere trovato esclusivamente in carne e

verdura fresca (folico da folia, foglie). E' più facile incontrare delle carenze di acido folico in

alimentazioni particolari.

L'acido folico è uno di quei cofattori impegnati nella biosintesi dei nucleotidi, basi puriniche e

pirimidiniche. Il consumo di acido folico viene alterato da particolari patologie tumorali, alcune

cellule leucemiche sono avide di acido folico che utilizzano per crescere e produrre sempre più

nucleotidi per replicarsi (inibitori dell'acido folico come il metotrexate sono farmaci, derivano

direttamente dalla formula dell'acido folico, analoghi dell'acido folico, cofattore inibitore, l'enzima

viene bloccato e automaticamente si blocca la sintesi dei nucleotidi).

L'acido folico è composto da tre pezzi: l'acido glutammico, si disegna il carbonio alfa; accanto, vi è

l'acido paramminobenzoico, non viene prodotto dal corpo umano; il terzo nucleo è molto

particolare, la cosiddetta pteridina, una variante della purina (le purine hanno 4 azoti, come le

pteridine), posseggono due anelli da sei (a differenza delle purine, un anello da sei e uno da

cinque); la pteridina è anche sostituita, possiede un NH2, un carbonio col doppio legame che fa

scambiare la disposizione dei doppi legami e un altro sostituente che andrà a formare il legame

con la parte amminica dell'acido paramminobenzoico.

Come funziona la pteridina? Ha un gruppo di atomi che

costituiscono un nucleo attivo che sono 5-6-7-8-9-10,

terzetto di azoti, due della pteridina e uno del

paramminobenzoico, che sono azoti attivi. Questo terzetto, in

particolare l'azoto 5, è un azoto molto reattivo grazie alla

configurazione particolare, che può legare dei metili,

metileni, carbonili o formili nella sua forma ossidata; la

pteridina con l'aiuto del NAD lega frammenti monocarboniosi,

trasporto del frammento monocarbonioso, dal metile che si

lega all'azoto 5, il metilene e il formile a ponte tra 5 e 10, l'idrossimetile, carbonile, ecc... con tutti i

possibili stati di ossidazione. In realtà non tutti i frammenti hanno lo stesso stato di ossidazione, in

diversi casi la pteridina necessita di riduzione da parte del NADH per poter trasportare il

frammento (va anche incontro a una reazione redox). L'acido folico è quindi un cofattore di enzimi

che portano alla metilazione, alla metilenazione o alla formilazione di substrati. In questo anche

l'acido folico ha un importante ruolo anabolico, allunga le catene carbonioso, la biotina è in grado

di trasportare solo una CO , l'acido folico può trasportare CO, COH, CH , CH3. [Non è necessario

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conoscere il meccanismo di azione dell'acido folico, c'è di mezzo oltre che a un attacco nucleofilo,

vi è una reazione redox, in alcuni casi formazione di specie radicaliche].

Ciclo dell'acido folico: interviene nella biosintesi delle pirimidine, attraverso la timidilato sintasi,

funziona con acido folico; per altre reazioni, l'acido folico incarica dei secondi cofattori e li incarica

di trasportare ad esempio il metile, non lo cede quindi direttamente; i trasportatori sono la vitamina

B12, riceve il metile dal folato e lo porta a destinazione finale, la s-adenosil-metionina, una

metionina modificata (SAM). Vitamina B12 e SAM, parenti poveri dell'acido folico, sono considerati

molto più importanti (scoperti prima dell'acido folico); la SAM, cofattore non vitaminico, è in Italia il

quarto farmaco più usato in neuropsichiatria. La vitamina B12 è una delle vitamine più utilizzate

nelle cosiddette cure ricostituenti, quello che conta è però l'acido folico.

Ripasso breve delle proteine di membrana

Le membrane sono molto diverse, esistono membrane diverse tra tessuti diversi, anche

principalmente tra procarioti ed eucarioti. Ci sono batteri che non hanno lipidi di membrana, hanno

eteri di membrana o composizioni lipidiche non comuni con alcun

meccanismo biologico, basti pensare all'agente eziologico della tubercolosi, i

cui fattori di virulenza sono i cosiddetti acidi micolici, neanche normali acidi

grassi, sono acidi grassi complessi, ciclopropanati anche responsabili della

patogenicità.

La membrana cellulare deg