MetabolismoIl metabolismo è l’insieme delle migliaia di reazioni chimiche che

avvengono in tutte le cellule.

Le reazioni chimiche che compongono il metabolismo sono

organizzate nelle :

VIE METABOLICHE

le molecole sono trasformate attraverso una serie di reazioni

chimiche in altre molecole per mezzo dell’azione sequenziale di

enzimi.

Ogni reazione chimica rappresenta uno stadio metabolico

Metabolismo

pag. 2

Il metabolismo si divide in tre insiemi di processi:

anabolismo,

che produce

molecole

complesse utili

alla cellula a

partire da

molecole più

semplici

metabolismo

energetico, che

comporta il

recupero

dell'energia

producendo

molecole di ATP

catabolismo,

che comporta la

degradazione di

molecole

complesse in

molecole più

semplici e

produce energia

Catabolismo

Nutrienti

(composti che

vengono

ossidati )

Carboidrati

Lipidi

Proteine

Prodotti finali

del

metabolismo

CO2

H20

NH 3

Biomolecole

cellulari

Carboidrati

Lipidi

Proteine

Acidi nucleici

Molecole semplici

precursori

Amminoacidi

Monosaccaridi

Acidi grassi

Basi azotate

Anabolismo

ADPNAD +

FAD

ATP

NADH

FADH2

Energia chimica per

svolgere varie forme di

lavoro che richiedono ATP

Ruoli

dell’ATP Contrazione

muscolare

Attivazione di vie metaboliche

(es. Sintesi di acidi grassi,

proteine etc..)

Trasporto attivo di metaboliti

attraverso le membrane

biologiche

Le ATPasi di trasporto, dette anche pompe

ioniche, sfruttano l'idrolisi di ATP per

trasportare ioni o protoni contro il

gradiente di concentrazione.

Dall’ATP si forma

l’AMP ciclico, una

molecola che

funge da

“secondo

messaggero”

nella trasduzione

del segnale

ormonale

Metabolismo dei carboidrati:

Glucosio

Glucosio 6-fosfato

Acido

piruvico

AcetilcoA

Glicolisi (via metabolica

ubiquitaria)Gluconeogenesi

(fegato e reni)

Glicogeno (fegato e muscolo)

glicogenosintesiglicogenolisi

Ribosio-5-fosfato

Ciclo dei

pentosi

Ciclo di Krebs (avviene nei

mitocondri) CO2 + H20

Metaboliti che possono entrare

in altre vie metaboliche

Metabolismo del glucosio

e di altri carboidrati

Nucleotidi

La glicolisi

E’ una via catabolica ubiquitaria

si svolge nel citoplasma, sia delle cellule

procarioti che eucarioti, in assenza di

ossigeno.

Per ogni molecola di glucosio che viene

ossidata, la cellula puo’ sintetizzare 2 molecole

di ATP

Ciclo di Krebs

Ciclo di

Krebs

AcetilcoA

è una via metabolica che consente di degradare

gli acidi grassi con produzione di acetil-CoA.

La β-ossidazione porta alla riduzione dei coenzimi

FAD e NAD+.

β-ossidazione degli acidi grassi

L’ acetil-CoA diventa uno dei metaboliti del

ciclo di Krebs

Catabolismo

Nutrienti

(composti che

vengono

ossidati )

Carboidrati

Lipidi

Proteine

Prodotti finali

del

metabolismo

CO2

H20

NH 3

Biomolecole

cellulari

Carboidrati

Lipidi

Proteine

Acidi nucleici

Molecole semplici

precursori

Amminoacidi

Monosaccaridi

Acidi grassi

Basi azotate

Anabolismo

ADPNAD +

FAD

ATP

NADH

FADH2

Energia chimica per

svolgere varie forme di

lavoro che richiedono ATP

Catena respiratoria mitocondriale

Come cambia il Metabolismo in diverse

condizioni fisiologiche?

•Condizioni di buona alimentazione

•Digiuno breve e prolungato

Che ruolo hanno gli ormoni nella regolazione

del metabolismo?

Integrazione metabolica tra organi e tessuti

diversi ( es. fegato, tessuto adiposo, tessuto

muscolare etc..)

Integrazione e regolazione delle vie metaboliche

Diverse vie metaboliche sono comuni a molti

tessuti ma non avvengono contemporaneamente

e con la stessa intensità in tutti i tipi di cellule.

All’interno di uno stesso tessuto il peso di una

via metabolica rispetto ad un’altra dipende da

molti fattori come lo stato nutrizionale e il quadro

ormonale

Quadro metabolico nella fase di alimentazione

•Dopo un pasto avviene la digestione e poi

l’assorbimento dei nutrienti.

•Seguono dei meccanismi di regolazione

favoriscono la sintesi di glicogeno, trigliceridi

e proteine.

Quadro metabolico nella fase di alimentazione

•l’aumento dei livelli ematici di glucosio, e

di aminoacidi che si verifica in questa fase

provoca, a livello del pancreas, un

aumento della secrezione dell’ormone

insulina e una diminuzione della

secrezione dell’ormone glucagone.

Entrambi sono secreti dal pancreas

Quadro metabolico nella fase di alimentazione

•Sotto il controllo dell’insulina,molti tessuti

adeguano il proprio corredo enzimatico per

favorire il passaggio dei nutrienti dal sangue

alle cellule e per regolarne il flusso verso

l’ossidazione (es. glicolisi) e/o

l’immagazzinamento (glicogenosintesi)

I livelli plasmatici di glucosio (GLICEMIA) devono

rimanere sempre costanti .

60-119 mg/dl plasma glicemia

normaleUna glicemia di 70 mg/dl corrisponde a ~ 3,9 mmol/l

Definizione di diabete WHO (4/2000)

Il termine diabete mellito descrive un disordine metabolico, ad eziologia multipla, caratterizzato

da un’iperglicemia cronica e da alterazioni del metabolismo lipidico e proteico, che conseguono

al difetto della secrezione insulinica, del suo effetto biologico o di ambedue.

DIABETE

Diabete di tipo 1 o insulino dipendente:

• Scomparsa delle funzioni delle cellule beta del pancrease quindi assenza di risposta insulinemica postprandiale.

• E`meno frequente del tipo 2 (<0,5%)

• E’ rappresentato per la quasi totalita`dalla formaimmuno-mediata (presenza di autoanticorpi)

• L’eta` di esordio e` tipicamente < 30 anni (picco tra 12 e14 anni)•

Ruolo dell’insulina nel modulare il trasporto del

glucosio mediate dal carrier GLUT4

In assenza di insulina come si osserva nei pazienti affetti da

diabete insulino- dipendente, il glucosio non viene

trasportato all’interno della cellula

DIABETE

Diabete di tipo 2 o non insulino dipendente:

• Rappresenta quasi il 90% di tutti i casi di diabete• è associato a obesità (presente in oltre l’80% deipazienti)• Ma manca evidenza di autoimmunità (Non presentanoanticorpi)

• Caratterizzato dalla presenza di insulino-resistenza e/osecrezione insulinica non sufficiente al controllometabolico

•Si parla di insulino-resistenza quando le cellule

dell’organismo presentano una minore sensibilità

all’azione dell’insulina

• ne consegue che il rilascio dell’ormone, in dosi

note, produce un effetto biologico inferiore rispetto

a quanto previsto, il che può portare a diabete

mellito di tipo 2

•le cause possono essere ormonali (le più

comuni), genetiche, o farmacologiche

insulino-resistenza

INSULINO _ RESISTENZA il glucosio non viene trasportato

all’interno della cellula perché i recettori

Recettori alterati

Markers biochimici per valutare il

metabolismo dei carboidrati

Glicemia

Emoglobina glicata (HbA1C )Curva di tolleranza al glucosio

(curva da carico)

Glicazione non enzimatica (reazione tra glucosio e proteine)

•Avviene in vivo

•Sono suscettibili sia le proteine intracellulari che quelle extracellulari

•Nei pazienti diabetici si evidenziano livelli maggiori di proteine glicate

Glicazione non enzimatica (reazione tra glucosio e proteine)

Relazione tra i livelli di emoglobina

glicata (HbA1C ) e i livelli di glucosio

nel sangue

Il processo di glicazione è lento, il dosaggio dei livelli di HbA1C rappresenta un indice dei valori di glicemia

svincolato dalle fluttuazioni giornaliere e fornisce una stima della condizione glicemica delle 4-6

settimane precedenti il prelievo. Andrebbe ripetuto ogni 2-3 mesi.

Relazione tra i livelli di emoglobina glicata e i livelli di glucosio nel

sangue

Il valore mediodell’emoglobina neisoggetti non diabeticisi aggira intorno al6%.

Valori > 8% sonoconsiderati patologici

La figura mostra le variazione della concentrazione del glucosio

plasmatico che seguono l’ingestione di glucosio.

Quadro metabolico nella fase di digiuno -1

Nel digiuno l’abbassamento della glicemia provoca un

aumento di secrezione del glucagone e una diminuzione

della secrezione di insulina.

Questa condizione permette di soddisfare l’esigenza

fondamentale di mantenere il glucosio ematico a livelli

adeguati per il metabolismo energetico del cervello e di

altri tessuti che dipendono da questo nutriente.

Quadro metabolico nella fase di digiuno

.

.

Fase iniziale del digiuno

Viene attivata la glicogenolisi epatica mentre processi

lipogenici (sintesi di trigliceridi) sono interrotti

L’ormone che attiva questi processi è il glucagone

Quadro metabolico nella fase di digiuno

Fase avanzata

•Viene attivata la gluconeogenesi epatica e il glucosio formato

viene riversato nel sangue

•Viene attivata la degradazione delle proteine nel muscolo e

gli scheletri carboniosi degli amminoacidi utilizzati per la sintesi

di glucosio nel fegato (via metabolica della gluconeogenesi)

Gluconeogenesi

È la via opposta alla glicolisi e permette la sintesi di

glucosio a partire da molecole che non appartengono

alla famiglia dei carboidrati come glicerolo, acido lattico

e l’aminoacido alanina.

Avviene nel fegato principalmente e nei reni

E’ regolata da ormoni ( Es. cortisolo)

diversi dai carboidrati

Piruvato

Lattico deidrogenasi

Trigliceridi

Lipolisi

Aumento LDH

glicolisi

Enzima

Lattico

deidrogenasi

gluconeogenesi

Relazioni tra organi

Cori fu un biochimico che studiò la

relazione tra fegato e muscolo

Enzima Lattico deidrogenasi

Quadro metabolico nella fase di digiuno

Fase avanzata

•Nel tessuto adiposo viene attivata la lipolisi che porta alla

formazione di glicerolo (precursore della gluconeogenesi) e

di acidi grassi che vengono immessi in circolo e saranno

utilizzati dalle cellule per ricavare energia (beta-ossidazione

mitocondriale)

•L’utilizzazione massiccia di acidi grassi porta alla formazione

dei corpi chetonici che possono essere utilizzati a scopo

energetico nel cervello e in altri tessuti

Il tessuto adiposo ha un ruolo importante nel

metabolismo dei trigliceridi

Acidi grassi liberi

Lipolisi e lipogenesi sono

controllate da ormoni in

diverse condizioni

fisiologiche (es. digiuno)

Lipasi ormone

sensibile

Tessuti

Lipolisi - Mobilizzazione dei

trigliceridi nel tessuto adiposo.

regolazione ormonale

L’enzima viene

fosforilato e

attivato

Es.

glucagonerecettore