APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc

7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc

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APPUNTI DI BIOCHIMICA PER CORSO AGGIORNAMENTO

EDUCATORI PROFESSIONALI

Prof.ssa Elena Zocchi

Gli enzimi

Un enzima un catalizzatore (acceleratore) di reazioni biologiche. Lenzima accelera il

raggiungiment !ell"e#uili$ri* di una reazione chimica (spontanea) senza spostarlo. !uindi

accelera (da "#$ a "#"%&olte) della stessa entit' sia la reazione in un senso che uella in senso

opposto

+ , - +

/utti gli enzimi sono proteine (alcuni 01 hanno atti&it' catalitica).

*Leuilibrio di reazione raggiunto uando le concentrazioni relati&e di reagenti e prodotti non

cambiano pi2 nel tempo.

3olti enzimi richiedono c%attri per funzionare ad es. ini metallici o cenzimi. 4e legati

co&alentemente i cofattori sono detti gru&&i &r'tetici./utti i coenzimi (molecole non proteiche necessarie alla funzione dellenzima) contengono nella

loro molecola una parte &itaminica il nostro organismo non in grado di sintetizzare le (itamine5

che de&ono essere assunte con lalimentazione. Una &olta assorbite5 le nostre cellule sono in grado

di trasformarle nei corrispondenti coenzimi. ata la fondamentale importanza degli enzimi nel

consentire il metabolismo si capisce perch6 la carenza di &itamine coenzimatiche (le &itamine

idrosolubili) causi gra&i patologie (&edi tabella).


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78/381 -9E1Z83 E1Z83:;U1Z891E 481/938

E;8-8/

0 (mg)

/iamina (,") /PP Piru&ato deidrogenasi e

deidrogenasi

(ciclo di #.%

c. nicotinico

(PP)

1+ eidrogenasi

(trasf. elettroni)

Pellagra dermatite

fotoreatti&a5

diarrea5

demenza

"D>"

0ibofla&ina

(,A)

; eidrogenasi

(trasf. elettroni)

-heilite5 dermatite5

glossite

".A>".$

Meccani'mi !i reglazine !ell"atti(it) enzimatica*

=li enzimi sono i semafori che regolano il traffico di

metaboliti lungo le &ie metaboliche. Latti&it' degli

enzimi de&e essere regolata5 in modo da rispondere alle

di&erse esigenze metaboliche (per es. stato alimentato>

digiuno). 8 meccanismi di regolazione dellatti&it'

enzimatica sono

0egolazione co&alente. 8l legame co&alente tra enzima e

regolatore (tipicamente un fosfato donato dall/P)

modifica (stimola o inibisce) latti&it' enzimatica. 8l

fosfato trasferito dall/P sullenzima ad opera di un

altro enzima (cinasi5 classe transferasi). Lidrolisi del

legame enzima>fosfato a&&iene ad opera di una fosfatasi

(classe idrolasi)5 che ripristina latti&it' enzimatica nati&a.

-inasi e fosfatasi sono controllate da ormoni ilglucagone stimola le cinasi e linsulina stimola le

fosfatasi (&edi schema)


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0egolazione allosterica. 8l regolatore (atti&atore o inibitore)5 di solito un metabolita oppure /P o

3P5 si lega allenzima con legami deboli5 non co&alenti (ponti B5 legami ionici) e modifica

latti&it' enzimatica.

0egolazione ormonale. =li ormoni possono modificare latti&it' degli enzimi sia attra&erso

meccanismi di regolazione co&alente (regolando latti&it' di cinasi o fosfatasi che controllanolo stato di fosforilazione deglienzimi)5 che modificando la &elocit' di trascrizione dei geni checodificano per alcuni enzimi (induzione o repressione enzimatica).

Pr!uzine !i energia meta$lica

8l meccanismo generale di produzione di la&oro dallenergia deri&ante da un flusso elettronico

simile per un motore elettrico e per il nostro organismo.

+, Cata$li'm e ana$li'm*

8l metabolismo linsieme delle reazioni chimiche che si s&olgono nellorganismo. 4i di&ide in

cata$li'm (reazioni di demolizione5 producono energia) e ana$li'm (reazioni di sintesi5

consumano energia). Lenergia prodotta o consumata sotto forma di coenzimi ridotti (1B51PB e ;BA) e /P.

-, Mlecle energetic.e nella cellula*

LATP(adenosine triphosphate) la moneta corrente per tutte le atti&it' cellulari che producono o

consumano energia /P &iene prodotto nel catabolismo ossidati&o e /P &iene speso nelle reazioni

biosintetiche o nelle atti&it' cellulari (trasporto di metaboliti e ioni attra&erso la membrana5

contrazione muscolare5 produzione di calore).L/P energia FprontaG per tutte le esigenze energetiche della cellula.

8 cenzimi ri!tti1B e ;BAche si producono nelle reazioni di ossidazione dei substrati

catalizzate dalle ossidoreduttasi sono energia FpotenzialeG5 che sar' trasformata in /P nella catena

respiratoria mitocondriale (D /P:1B e A /P:;BA).

8l coenzima ridotto 1PB in&ece utilizzato come potere riducente nelle biosintesi e 191 per la

produzione di /P nella catena respiratoria.

/, Strategie &er la &r!uzine !i ATP nelle cellule*

-i sono due modi per produrre /P attra&erso reazioni del catabolismo ossidati&o

") 0eazioni di fosforilazione a li&ello del substrato.

8n ueste reazioni5 catalizzate da cinasi5 un intermedio metabolico fosforilato cede il fosfato

allP con formazione di /P secondo lo schema generale

ttra&erso le reazioni del catabolismo si

produce energia5 sotto forma di /P e

coenzimi ridotti (1B5 1PB e

;BA)5 che &iene utilizzata nelle reazioni di

biosintesi5 per sintetizzare molecole

complesse a partire da precursori semplici.


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HP + PH + /P

Es. "5D bisfosfoglicerato e fosfoenolpiru&ato nella glicli'iC creatina fosfato (Friser&a di /PG nel

muscolo). 8l potenziale di trasferimento del fosfato di uesti composti fosforilati maggiore di

uello dell/P.

A) La fosforilazione ossidati&a.

1el processo della fosforilazione ossidati&a (che a&&iene nei mitocondri) lenergia FpotenzialeG deicoenzimi ridotti (1B e ;BA) trasformata nellenergia FprontaG dell/P attra&erso un

complesso meccanismo. 8 coenzimi ridotti sono stati prodotti in reazioni di ossidazione dei substrati

(glucoso5 fruttoso5 acidi grassi) nelle &arie &ie metaboliche del catabolismo (glicolisi5 ciclo di


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Glicli'i anaer$ia riduzione del piru&ato a lattato per rigenerare il 1 (ossidato) che ser&e

nella glicolisiC uando non ci sono mitocondri oppure lapporto di ossigeno insufficiente.

Glucnegene'i sintesi di glucosio da precursori non glucidici con consumo di /P e 1B

Decar$''ilazine ''i!ati(a !el &iru(atad acetato (acetil coenzima 5 acetil -o) consente

lingresso del piru&ato nel ciclo di @>fosfato5 prodotto dalla demolizione del glicogeno5 a glucoso. 8l

glucosio libero puI uscire dalle cellule epatiche e raggiungere il sangue. 8n&ece il glicogeno

muscolare solo ad uso e consumo del muscolo perch6 il glucoso @>fosfato che si produce dalla

demolizione del glicogeno muscolare non puI essere defosforilato e uindi non puI uscire dalla

cellula muscolare &iene ossidato nella glicolisi per produrre /P nel muscolo stesso.

La glicgenli'i la demolizione del glicogeno con produzione di glucoso @>fosfato.

La glicgen'inte'i la &ia metabolica che produce glicogeno a partire da glucosio>@>fosfato conconsumo di /P.

/utti i coenzimi ridotti (1B e

;BA) che si producono nelle

reazioni di ossidazione dei &ari

substrati metabolici (glucoso5 acidi

grassi5 acetato) cedono i loro

elettroni alla catena di trasporto

mitocondriale al termine del

processo della fosforilazione

ossidati&a5 lossigeno (trasportatodallemoglobina a tutti i tessuti)

&iene ridotto ad acua e si produce

/P (D /P per ogni 1B e A

/P per ogni ;BA).


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Reglazine*8nsulina e glucagone sono due ormoni proteici prodotti dalle cellule (insulina) e

(glucagone) del pancreas endocrino e sono i principali responsabili della regolazione della sintesi e

della demolizione del glucagone nel fegato.

8l glucagneatti&a nel fegato la demolizione del glicogeno e inibisce la sintesi. L in'ulina atti&a la

sintesi del glicogeno e inibisce la demolizione.

8l rapporto glucagone:insulina nel sangue controllato dalla glicemiaglicemia ele&atabasso rapporto glucagone:insulina

glicemia bassa alto rapporto glucagone:insulina

GLICOLISI

La glicolisi la &ia metabolica che ossida il glucoso a piru&ato (A molecole) con produzione di A

molecole di /P e A molecole di 1B. Presente in tutti i tessuti5 puI funzionare anche in assenza

(o carenza) di ossigeno glicolisi anaerobia (eritrociti5 muscolo in contrazione). 8l glucoso

(concentrazione nel sangue K#>"## mg:"##ml) entra nelle cellule grazie ad un trasportatore proteico

presente sulla membrana di tutte le cellule. Linsulina stimola il trasporto del glucoso in tutti i

tessuti5 tranne fegato5 cer&ello e globuli rossi.

Una &olta entrato nelle cellule il glucoso &iene fosforilato a spese di /P il glucoso @>fosfato non

puI pi2 uscire dalle cellule e &iene ossidato nella glicolisi con produzione di A molecole di piru&ato5

A molecole di 1B (che possono rendere @ /P totali nella fosforilazione ossidati&a)5 e A

molecole di /P (che si produce direttamente in reazioni di fosforilazione a li&ello del substrato).

Glicli'i anaer$ia*

8n presenza di mitocondri e di ossigeno il piru&ato &iene ossidato nel ciclo di


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GLUCONEOGENESI

La gluconeogenesi la sintesi di nuo&o glucoso a partire da precursori non carboidrati (lattato5

piru&ato5 alcuni amminoacidi). &&iene solo nel %egat.La sintesi di una molecola di glucoso a

partire ad esempio da A molecole di piru&ato FcostaG @ /P e A 1B. !uando il fegato

impegnato nella gluconeogenesi FconsumaG ossalacetato5 che un intermedio di uesta &iabiosintetica. !uindi una gluconeogenesi molto atti&a puI causare carenza di ossalacetato e arresto

del ciclo di


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-ondizioni metaboliche che determinano chetogenesi epatica.

OSSIDA1IONE DEGLI ACIDI GRASSI

8 trigliceri!i(glicerolo esterificato con D acidi carbossilici a lunga catena5 detti acidi grassi) sono la

principale scorta energetica del nostro organismo depositata nel tessuto adiposo5 come dimostrato

dal bilancio delle Qcal totali presenti nel nostro organismo sotto forma di molecole ossidabili

trigliceridi "A?### Qcal

proteine mobilizzabili A?### Qcal

glicogeno (muscolo) "A## Qcal

glicogeno (fegato) @## Qcal

glucoso (sangue) %# Qcal

8 legami estere che uniscono gli acidi grassi al glicerolo sono scissi per introduzione di acua

(idrolisi) da enzimi detti li&a'i5 atti&ati dal glucagone.

=li acidi grassi liberati nel tessuto adiposo entrano nel torrente circolatorio5 do&e sono &eicolati

dallalbumina a tutti i tessuti. Poich6 sono molecole lipofile attra&ersano liberamente la membrana

cellulare. Lossidazione degli acidi grassi a&&iene nei mitcn!ridi tutti i tessuti e produce acetil

-o e coenzimi ridotti (1B e ;BA). 8l bilancio energetico di A /P consumati (per

latti&azione) e "D" /P prodotti per ogni acido palmitico ("@ atomi di carbonio) ossidato.

Reglazine* 8l glucagone5 prodotto dal pancreas in condizioni di ipoglicemia5 stimola la

liberazione degli acidi grassi dai trigliceridi e la loro ossidazione in tutti i tessuti. 8l glucagonestimola anche la gluconeogenesi epatica5 che consuma 9 per uesto moti&o5 nel fegato5 si puI

&erificare uno suilibrio tra la concentrazione di 9 (bassa) e uella di acetil -o (alta5 perch6

continuamente prodotto dalla ossidazione degli acidi grassi). !uesta condizione porta allaccumulo

nel fegato dei corpi chetonici. /rasportati attra&erso il sangue uesti giungono al rene5 &engono

filtrati dal glomerulo e si ritro&ano nelle urine (chetonuria).

DEGRADA1IONE DEGLI AMMINOACIDI

=li amminoacidi contengono un gruppo amminico (>1BA)5 che non presente in alcun metabolita

intermedio delle &ie metaboliche (glicolisi5 gluconeogenesi5 ossidazione e sintesi degli acidi grassi5

ciclo di


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+* Tran'aminazine e !eaminazine ''i!ati(a*

ei A# amminoacidi che costituiscono le proteine5 lunico che puI essere deaminato (distacco del

gruppo amminico) direttamente il glutammat5 con formazione di ammoniaca (1BD) e >

chetoglutarato (

chetoacido e l>chetoglutarato di&enta glutammato (con il gruppo amminico dellamminoacido ").

amminoacido " + >chetoglutarato chetoacido " + glutammato

transaminasi

Le transaminasi sono una famiglia di enzimi presenti in tutti i tessuti5 ma particolarmente

abbondanti nel fegatoe nel muscolo.

4/ e L/ sono enzimi di interesse diagnostico (epatite5 cirrosi5 infarto miocardio)5 perch6 si

ritro&ano in uantit' ele&ata nel siero a seguito di un danno cellulare epatico o muscolare. 8noltre5

poich6 la 4/ un enzima mitocondriale mentre la L/ citosolica5 un danno cellulare lie&e

liberer' atti&it' L/ mentre un danno cellulare gra&e (con rottura anche dei mitocondri) liberer'

anche atti&it' 4/. al rapporto 4/:L/ nel siero si rica&ano uindi anche informazioni sulla

gra&it' del danno cellulare.

!ual il destino dellammoniaca (1BD) R

Lammoniaca tossica5 perch6 uando presente in ele&ata uantit' nel sangue entra nelle cellule e

sposta &erso sinistra leuilibrio della reazione della glutammico deidrogenasi (&edi sopra) con

consumo di >


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CORRELA1IONI METABOLICHE TRA ORGANI

Fegat e me'ta'i glicemica*

8l fegato responsabile del mantenimento di una glicemia costantedurante il giorno5 nonostante

lapporto saltuario di glucidi con lalimentazione.

8l fegato produce glucosio (con la gluconeogenesi) e lo esporta nel sangue ad uso e consumo deglialtri organi (primo fra tutti il cer&ello). La gluconeogenesi a&&iene a partire da alcuni amminoacidi5

glicerolo5 piru&ato e da acido lattico. 8l lattato il prodotto Fdi scartoG del muscolo e degli eritrociti5

che lo producono nella glicolisi anaerobia attra&erso il sangue il lattato giunge al fegato che lo

utilizza per fare nuo&o glucoso (ciclo del lattato tra muscolo e fegato). Lenzima glucoso @>fosfatasi

defosforila il glucoso @>fosfato5 alla fine della gluconeogenesi5 ed il glucoso libero passa nel sangue

e &iene utilizzato dal muscolo nella glicolisi.

8l fegato anche il deposito di glicogeno che &iene demolito nei periodi di ipoglicemia per rifornire

di glucoso il sangue e &iene sintetizzato nei periodi di iperglicemia per mettere da parte la riser&a di

glucoso.

Fegat e meta$li'm li&i!ic*Lipoproteine.

-on i grassi che arri&ano dal circolo portale (cio di origine alimentare5 assorbiti dallintestino) il

fegato produce ed esporta nel sangue le lipoproteine (LL5 BL e 7LL) che sono il &eicolo

attra&erso cui i grassi (trigliceridi e colesterolo) &iaggiano nel sangue e raggiungono i &ari tessuti. 8l

guscio proteico assicura la solubilit' in acua dei lipidi e ne consente la captazione da parte dei

tessuti attra&erso recettori specifici.

8l metabolismo del glucoso e del glicogeno nel fegato

regolato dagli ormoni pancreatici in'ulina e

glucagne. 8l glucagone (rilasciato dal pancreas

endocrino in condizioni di ipoglicemia) stimola la

gluconeogenesi e la glicogenolisi nel fegato il

glucoso @>fosfato prodotto dal glicogeno &iene

defosforilato dalla glucoso @>fosfato fosfatasi (enzima

solo epatico) e il glucoso libero puI uscire dalle

cellule epatiche e raggiungere con il sangue tutti i

tessuti. Linsulina (rilasciata dal pancreas endocrino

in condizioni di glicemia ele&ata) stimola la

glicogenosintesi.

glucnegene'i

8l tessuto adiposo assorbe dal sangue le

lipoproteine prodotte dal fegato e ne

utilizza i componenti lipidici per

accumulare trigliceridi negli adipociti.

Linsulina (che segnala abbondanza di

glucoso nel sangue) stimola la sintesi dei

trigliceridi negli adipociti. 8n caso diipoglicemia5 il glucagonestimola le lipasi

che idrolizzano i trigliceridi a glicerolo e

acidi grassi. !uesti ultimi attra&erso il

sangue raggiungono i tessuti e &engono

ossidati per fornire energia al posto dei

glucidi.


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-hetogenesi.

8n uesto scenario metabolico (ipoglicemia5 alto rapporto glucagone:insulina nel sangue) il fegato

impegnato nella glicogenolisi e nella gluconeogenesi5 per rifornire di glucoso il sangue. Lagluconeogenesi consuma ossalacetato5 che anche necessario nel ciclo di


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glucoso (nel digiuno) o nella infusione di insulina (nel diabete tipo 8) confondere le due situazioni

metaboliche puI a&ere esito mortale

8l !ia$ete !i ti& I(insulino>dipendente) una malattia metabolica gra&e causata dalla incapacit'

dei tessuti di utilizzare metabolicamente il glucoso5 perch6 manca linsulina5 che normalmente

stimola la glicogenosintesi epatica5 il trasporto del glucoso dentro le cellule dei tessuti T trannefegato e cer&ello T e la glicolisi in tutti i tessuti. 8l risultato un uadro sintomatologico gra&e.

8l deficit di insulina (pro&ocata5 si ritiene5 da una aggressione autoimmune ai danni delle cellule >

pancreatiche) riduce il trasporto del glucoso dentro le cellule dei tessuti (tranne fegato e cer&ello5

che non richiedono insulina per il trasporto del glucoso) e riduce la capacit' dei tessuti di utilizzare

metabolicamente il glucoso. 8l risultato una condizione di i&glicemia intracellulare5 che

contrasta paradossalmente con la i&erglicemia e2tracellulare(nel sangue).

Liperglicemia causa glic'uria(glucoso nelle urine5 normalmente assente) perch6 il tubulo renale

non in grado di riassorbire tutto il glucoso filtrato dal glomerulo. Lele&ata concentrazione diglucoso nel filtrato glomerulare richiama acua nel tubulo renale (per osmosi) e aumenta il &olume

dellescrezione urinaria (&liuria) fino a "# &olte il normale. La disidratazione che ne deri&erebbe

impedita solo dalla aumentata introduzione di liuidi (&li!i&'ia)5 indotta dal senso di sete. M8l

diabetico be&e tanto perch6 fa tanta pSpS5 non &ice&ersaN

8l deficit energetico causato dallassenza della fonte glucidica induce un aumento (rispetto al

normale) dellossidazione di acidi grassi (dai trigliceridi) ed amminoacidi (dalle proteine) per

produrre energia metabolica (!imagriment). La mancanza di glucoso (e uindi di 9)

impedisce la completa ossidazione dei prodotti del catabolismo lipidico e amminoacidico (acetil

-o e intermedi del ciclo di


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dimagrimento (&edi sopra)5 il diabete tipo 88 ha esordio nellet' adulta:a&anzata ed associato a

so&rapeso. La tabella riassume le principali caratterisitiche del diabete tipo 8 e tipo 88.

Diabete Patogenesi Manifestaz. cliniche Terapia

8nsulino>

ipendente

(/ipo 8)

istruzione autoimmune cellule

(autoanticorpi anti>insulina ocell. nel ? dei casi)

eficit insulinico assoluto

(risp. a glucagone) gluco>

neogenesi e lipolisi chetosi

Poliuria

polidipsia

polifagia

dimagrimento

chetosi acidosi

-oma chetoacidosico

8nsulina5 dieta5 atti&it'

fisica5 monitoraggio

glicemiaauto>test DJdie

glicemia a digiuno

Bb glicosilata ogni %>@mesi

8nsulino>

indipendente

(/ipo 88)

8nsulino>resistenza associata

a ridotta secrez. insulinica

eficit insulinico relati&o

(no chetoacidosi)

sintomatico5 esordio

graduale (faticabilit'5

infezioni ricorrenti5

storia di diabete

gestazionale)

1o chetosi5 coma

iperosmolare

8poglicemizzanti orali

o insulinaC dieta5

regolare atti&it' fisica5

monitoraggio

auto>test

glicemia a digiuno

Bb glicosilata ogni %>@mesi

Dia$ete in gra(i!anza*8l diabete gestazionale una forma di diabete che insorge in gra&idanza

e termina5 generalmente5 con la fine di uesta. E una fra le complicanze pi2 freuenti della

gra&idanza (A>?)5 seconda solo allipertensione (?>"#). Una delle principali cause del diabete

gestazionale la produzione di ormoni (Lattogeno Placentare5 cortisolo e prolattina) che

interferiscono con lazione dellinsulina. 8n donne predisposte uesta interferenza molto

accentuata e determina linsorgenza del diabete gestazionale. 4&iluppare un diabete gestazionale

puI essere un fattore di rischio per s&iluppare negli anni un diabete di tipo 88.

Fegat e rganicazine !ell"ammniaca*

8l fegato lunico organo che puI trasformare lammoniaca deri&ante dal catabolismo degliamminoacidi (ma non solo) in urea. Lammoniaca prodotta nei &ari tessuti dalle reazioni di

transamminazione e deamminazione ossidati&a del glutammato &iene legata al glutammato5 con

formazione di glutammina5 dallenzima glutammina sintetasi (con spesa di /P).

Cncentrazini ematic.e !i alcune im&rtanti $imlecle*

=lucoso K#>"## mg:"## ml (? m3)

Urea A# mg:"## ml (D m3)

cido urico D>$ mg:"## ml

La glutammina raggiunge il fegato

attra&erso il sangue e nel fegato

lenzima glutamminasi libera

lammoniaca (1BD).

!uindi 1BD non &iaggia nel sangue

come tale5 ma sotto forma dellinnocuo

amminoacido glutammina.


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mmoniaca @# g:"## ml (D# 3)

/rigliceridi $#>"%# mg:"## ml

-olesterolo "?#>A## mg:"## ml

-orpi chetonici "5? mg:"## ml (#5A m3)igiuno D>? mg:"## ml

iabete non controllato fino a "?# mg:"## ml (A# m3)

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