(a)

Nutrienti quali regolatori delle funzioni cellulari

Colesterolo

Digestione dei lipidi

Fitosteroli

Università di Roma Tor Vergata- Scienze della Nutrizione UmanaBiochimica

Prof.ssa Luciana Avigliano2011

METABOLISMO REGOLATO DA SEGNALI

INTERNIINTERNI - ORMONI [nM ]

AMBIENTALI - NUTRIENTI [µM ]

ADATTAMENTO ALLA INTERMITTENZA DI RIFORNIMENTO DI CIBO

L‘INTENSITA’ DEL SEGNALE INDOTTA DAL NUTRIENTE VARIA CON

LA COMPOSIZIONE DELL’ALIMENTO

LA FREQUENZA DELL’ASSUNZIONE

Cibo stimolo molto complesso con centinaia di nutrienti e compostibioattivi

AZIONE REGOLATORIA

NUTRIENTI macro e micronutrienti

NON NUTRIENTI sostanze vegetali

METABOLITI prostaglandine, acido retinoico

COMPOSTI FORMATI DURANTE LA COTTURAamine eterocicliche

EFFETTI BENEFICI diminuzione lipidi plasmaticiEFFETTI DANNOSI alterazione metabolismo glucosio

IMPORTANTE per la prevenzione di patologie legate allaalimentazione

DNA Trascrittoprimario

mRNA

mRNA inattivo

proteina inattiva

proteina attiva

Controllotrascrizionale

Controlloprocessamento

mRNA

Controllotraduzionale

Controllodegradazione

mRNA

Controllopost-traduzionale

vitamineminerali

ferro

ferroselenio

glucosio, acidigrassi, colesterolo

nucleo citoplasma

mRNA

Controlloepigenetico

donatori metile

NUTRIGENOMICAEffetto di nutrienti sulla regolazione della funzione genica(trascrizione, traduzione) e del metabolismo. interazione dieta gene

NUTRIGENETICAImpatto della variazione genetica individuale sulla richiestanutrizionale ottimale per quel singolo individuo (nutrizionepersonalizzata)

interazione gene dieta

scopoconoscere l’azione di nutrienti e composti bioattivi al fine dipromuovere la salute e prevenire la malattie

IL CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE E’ MEDIATO DA FATTORITRASCRIZIONALI

diversi domini funzionali

Dominio di legame al DNAriconosce una specifica sequenza di 8-12 basi del DNAcomuni tipi di legame

Zinc fingerLeucine zipper

Dominio di transattivazioneregola attività della RNA polimerasi II

Dominio di regolazionedipende da una specifica via di segnale cellulare

regolazione da ligando (allosterica)modificazione covalente (fosforilazione , proteolisi)modificazione redox ( zinc-finger)interazione con altre subunità regolatorie

Dominio di regolazionecon induzione di cambiamenti conformazionali

regolazione da ligando (allosterica) superfamiglia dei recettori nucleariMeccanismo comune da parte di fattori lipofili e loro metabolitirecettori per gli ormoni steroidi ed ormoni tiroideirecettori per la vit Drecettori per i retinoidirecettori per acidi grassi (peroxisome proliferator-activated receptors PPAR)

geni enzimi lipolitici

modificazione covalente fosforilazione e defosforilazione attivazione di chinasi/fosfatasi proteolisi SRE-BP (Sterol Responsive Element-Binding Protein) - geni enzimi lipogenici

modificazione redox ( -SH -S-S-)vitamine antiossidanti, glutationecomposti organici dello zolfo

COLESTEROLOMOLECOLA FONDAMENTALE PER IL NOSTRO ORGANISMO

scoperto nel 1784 nei calcoli biliari

piccola molecola più premiata: 13 Premi Nobel

Chimici per la sua struttura a 4 anelli condensati

Biochimici per la biosintesi (coinvolti più di 30 enzimi) apartire dall’acetato

Fisiologi per le sue funzioni

Medici collegata ad aterosclerosi ed infarto

COLESTEROLO TOTALE 100 g ≈ 5% ematico, 95% cellulare

esterificato con acido grassoes. nelle lipoproteine

COLESTEROLO

DIETA presente in alimenti di origine animale nelle piante: fitosteroli

dalla dieta: 50 mg/die vegetariani -> 400 mg/die

INRAN, Linee guida USA 2005 ≤ 300 mg/die (adulti)

BIOSINTESI 700-900 mg/die in tutti i tessuti (fegato, intestino, pelle)

LE DUE VIE SI INFLUENZANO RECIPROCAMENTEPER MANTENERE COSTANTI I LIVELLI CELLULARI

TURNOVER GIORNALIERO 800 mg/die

FUNZIONIstrutturale modulatore della fluidità delle membrane (“lipid rafts”)

precursore- acidi biliari (400 mg/die) VIA CATABOLICA- ormoni steroidei (cortisolo, aldosterone, ormoni sessuali)- vitamina D

EFFETTI DANNOSImolecola apolare, assolutamente insolubile in acqua- se precipita, non più rimovibile con conseguente danno

cellulare- se si accumula in modo errato nelle arterie non può più

essere rimosso; i livelli ematici devono rimanere bassi

FEGATO: ORGANO PRIMARIO NELLA OMEOSTASI DEL COLESTEROLO

omeostasi epatica studiata da 30 anni Michael Brown e Joseph Goldstein1985- vincitori del premio Nobel - basi molecolari della ipercolesterolema familiare2003 - Albany Medical Center Prize - controllo trascrizionale della biosintesi

BIOSINTESIenzima chiave HMGCoA REDUTTASIcaptazione dal circolo VIE COORDINATErecettori per le lipoproteine dai livelli di colesterolo

catabolismoenzima chiave COLESTEROLO 7α IDROSSILASI

ENTEROCITA studiata negli ultimi anni

CAPTAZIONE ed EFFLUSSO DAL LUME INTESTINALEBiosintesiFormazione dei chilomicroni

acetato

terpene

polimerizzazione

3HC–C=CH–CH3

CH3Iisoprene

Licopene (pigmento rosso del pomodoro)

tetraterpene C40

triterpene C30

squalene lanosterolo

diterpene c20fitolonella clorofilla

trans retinale

monoterpene C10

limonene citronella mentolo

acetilCoA

isoprene(5 atomi di carbonio)

squalene(30 atomi di carbonio)

Prodotto di ciclizzazione(30 atomi di carbonio)

colesterolo(27 atomi di carbonio)

lanosterolo

polimerizzazione

STRATEGIA della VIA BIOSINTETICA

O2

RETICOLO ENDOPLASMATICO

HO

3HCCH3

CH3

CH3

HCH3 CH3

HO

3HCCH3

CH3

CH2

CH2

O2NADPH

ATP, NADPH

C-C=C-CI

C

BIOSINTESI

Acetil CoA mitocondriale- piruvato (da glucosio)- β-ossidazione acidi grassiesportato dal mitocondrio sotto forma di citrato

citrato + ATP + CoASH + ATP-citrato liasi ossalacetato + acetil CoA + ADP +Pi

NADPH + H+

- via dei pentosi fosfati (glucosio)- enzima malico

malato + NADP+ + H2O + enzima malico pIruvato+ HCO3- + NADPH + H+

ATP fosforilazione ossidativa

1. Conversione di un frammento C2 (acetil CoA) in uncomposto C6 (mevolonato)

HMG~CoA reduttasi

legata al reticolo endoplasmatico tramite la porzione N-terminaleche contiene un dominio sensibile agli steroli importante per lastabilità

porzione C-terminale citosolica che contiene il dominio catalitico

PUNTO DI CONTROLLO DELL’INTERO PROCESSO BIOSINTETICO

CO-S-CoA + CH3

CH3 C=O

CH2

CO -S-CoA

COO–

CH2

HO-C-CH3

CH2

CO -S-CoA

CoA-SH

HMG~CoAsintasi

CoA-SH

HMG ~CoAreduttasi

2NADPH + H+ 2NADP+

CH2

HO-C-CH3

CH2

CH2O H

COO–

acetil CoA acetoacetil CoA mevalonatoidrossimetil glutaril ~ CoA (HMG~CoA)

* *

3 isopentenilpirofosfato dimetilallilpirofosfato isoprene attivato

mevalonato 5 fosfomevalonato 5 pirofosfomevalonato

2. Conversione del composto C6 a C5 (isoprene attivato)Tre tappe di fosforilazione ad opera di chinasi con il consumo di 3 ATP

CH2

HO-C-CH3

CH2

CH2O H

COO–mevalonico

chinasi

ATP ADP

CH2

HO- C-CH3

CH2

CH2-O-PO3H–

COO– COO–

CH2

HO- C-CH3

CH2-O-P~P CH2

fosfomevalonicochinasi

ATP ADP

CH2

IIC - CH3

CH2-O-P ~P CH2

ATP ADP + Pi CO2

fosfomevalonicodecarbossilasi

CH3 IC - CH3

CH2-O-P ~P CHisopentenilpirofosfato

isomerasi

3. Polimerizzazione della molecola isoprenica

dimetilallilpirofosfato Isopentenil pirofosfato

+ preniltransferasi

PPi

geranilpirofosfato

PPi

farnesilpirofosfato

preniltransferasi

squalene sintasi

NADPH + H+ NADP++ 2PPi

squalene

C5 C5 C10

C15C30

2 X

4. Ciclizzazione dello squalene a lanosterolo econversione a colesterolo

rimozione 3 metili (due in C4 ed uno in C14) come CO2

saturazione doppio legame (catena laterale)spostamento doppio legame (8,9 5,6)

O2NADPH + H+ NADP+

Squaleneepossidasi

H2O

H+

squalene squalene epossido

lanosterolo

19 reazioni(NADPH e O2)

Squaleneepossido

ciclasi

selenoproteine

Dolicolo-P18-20 unità

ProteineN- glicosilate

(immunoglobuline)

ColesteroloCoQ10 o ubichinone

Proteine isoprenilate (Ras)

ormoni vitamina D

acidi biliari membrane

Antiossidante lipofilo

Trasportoelettroni

mitocondriale

trasduzionedel segnale

↓ farmaciantitumorali

isopenteniladenosina

Sec-tRNA

+ Tyr

Eme acitocromo c ossidasi

ALTRE BIOSINTESI

CoQ10