BIOMOLECOLE

Le molecole che troviamo come costituenti strutturali e intermedi metabolici

nelle cellule sono composti polifunzionali:

1- IDROSSIACIDI E CHETOACIDI

2- ZUCCHERI

3- AMMINOACIDI

4- LIPIDI

5- BASI PURINICHE E PIRIMIDINICHE – NUCLEOSIDI E NUCLEOTIDI

6- COENZIMI DINUCLEOTIDICI (NAD+ e FAD)

1. IDROSSIACIDI E CHETOACIDI

Idrossiacidi, chetoacidi e amminoacidi sono trasformati gli uni negli altri attraverso reazioni di ossido-riduzione (NAD+-dipendenti) e transamminazione (PLP-dipendenti).

Acetoacetato e idrossibutirrato sono due corpi chetonici, derivati del metabolismo lipidico in condizioni di ipoglicemia intracellulare (digiuno, diabete).

Idrossiacidi e chetoacidi…

Piruvato e lattato sono intermedi della glicolisi (aerobia ed anaerobia, rispett.)

Ossalacetato e malato sono intermedi del ciclo di Krebs

Il glutammato è il donatore di gr. amminico comune alle reazioni di transamminazione:

LDH ALT

MDH AST

KA + Glu AA + -KGA

OAA

-KGA Glu

Lattato e malato, a differenza dei corrispondenti chetoacidi piruvato e ossalacetato, sono molecole chirali perchè contengono un carbonio asimmetrico (cioè un carbonio cui sono legati 4 gruppi diversi).

Quindi esistono 2 forme di lattato e 2 di malato (il C asimmetrico è in rosso):

Solo le forme L sono presenti nelle cellule e sono substrato delle corrispondenti deidrogenasi!

Le transaminasiLe transaminasi sono enzimi ubiquitari, ma particolarmente abbondanti

in fegato e muscolo striato, che catalizzano reazioni di trasferimento di

un gruppo amminico da un aa. donatore (di solito glutammato) su un -

chetoacido accettore, secondo lo schema generale:

AA1 (Glu) + KA2 KA1 (KGA) + AA2

Le transaminasi contengono un coenzima vitaminico, il piridossal

fosfato (PLP), che durante la catalisi riceve il gruppo –NH2 dal Glu

e diventa piridossamina fosfato (PMP)

Il meccanismo catalitico richiede la formazione di una base di Schiff

tra il gruppo aldeidico del PLP e il gruppo amminico dell’aa.

La reazione transaminasica può essere divisa in due semireazioni:

1. GLU (AA1) + E-PLP -KGA (KA1) + E-PMP

2. KA2 (es. Piruvato) + E-PMP AA2 (es. Alanina) + E-PLP

Semireazione 1: il gruppo amminico del Glu è trasferito sul coenzima PLP e si libera -chetoglutarato (il primo prodotto di reazione).

Semireazione 2: entra il secondo substrato (es. il chetoacido piruvato) che prende il posto del KGA e le reazioni sopra indicate procedono verso sinistra, con liberazione di alanina e rigenerazione del coenzima nativo (PLP).

Enzimi in chimica clinica

La comparsa di attività enzimatiche intracellulari nel siero indica un danno tessutale e talvolta il tipo di enzima consente di identificare il tessuto danneggiato. Alcuni enzimi sono infatti presenti in forme diverse (isoenzimi) in tessuti diversi.

Isoenzimi = catalizzano la stessa reazione, ma hanno sequenza aa. diversa e si trovano in tessuti diversi. La separazione degli isoenzimi si ottiene con l’elettroforesi.

Lattico deidrogenasi (LDH), alanina transaminasi (ALT o GPT) e aspartato transaminasi (AST o GOT) e creatina cinasi (CK) sono tra gli enzimi più utili per fare diagnosi di danno tessutale specifico (epatico o muscolare).

LDH è un enzima diffuso in tutte le cellule, per cui il suo aumento nel siero è una indicazione aspecifica di danno tessutale: maggiori indicazioni però si ottengono dall’analisi del tipo di isoenzima aumentato.

LDH-1 (HHHH) cuore; LDH-2 (HHHM) cuore, eritrociti, rene; LDH-3 (HHMM) polmone, linfociti; LDH-4 e 5 (HMMM / MMMM) fegato e muscolo sch. (valori normali 100-200 U/l)

Piruvato + glutammato alanina + -chetoglutarato ALT o GPT

Ossalacetato + glutammato aspartato + - chetoglutarato ASP o GOT

AST e ALT (valori normali 5-35 U/l) aumentano in corso di danno epatico, muscolare schel. o cardiaco. ALT (citosolica) è presente soprattutto nel fegato, AST (mitocondriale) è presente anche in miocardio e muscolo sch.

CK (valori totali normali 30-150 U/l) aumenta in corso di danno muscolare (scheletrico e miocardico).

Creatina-P + ADP creatina + ATP CK

Ci sono 3 forme isoenzimatiche della creatina cinasi: CK1 (cervello e polmone), CK2 (miocardio), CK3 (muscolo sch. e miocardio)

ALT più specifica per danno epatico, aumenta in epatite e cirrosi

AST aumenta nell’infarto del miocardio, nelle epatiti, nella cirrosi alcolica ( AST/ALT)

Esempio di utilizzo degli isoenzimi CK2 ed LDH1 nella diagnosi di laboratorio dell’ infarto del miocardio

Enzima Inizio Picco Basale

CK2 4h 18h 48h

AST 8h 24-48h 4 giorni

LDH1 24h 3 giorni 12 giorni

2. AMMINOACIDI

I 20 amminoacidi “fondamentali” (cioè quelli per cui c’è una tripletta

codificante nel codice genetico) sono caratterizzati da un carbonio

centrale (asimmetrico) cui sono legati: 1 gruppo amminico, 1 gruppo

carbossilico, 1 idrogeno e la parte variabile nei 20 diversi amminoacidi

fondamentali (indicata con R). Gli aa. nel nostro organismo sono solo

isomeri L.

BIOMOLECOLE…

A seconda delle caratteristiche chimiche di R, gli aa. si classificano in 5 classi:

polari, apolari, carichi, aromatici, solforati.

AMMINOACIDI…

Legame peptidico: forte (≈ doppio legame)

planare

polare ( ponti H)

In acqua i gruppi amminici e carbossilici si possono ionizzare.

Alcuni gruppi R di amminoacidi fondamentaliAMMINOACIDI…

Le proteine sono polimeri di aa. uniti dal legame peptidico (un tipo di legame ammidico): tra gruppi peptidici di una stessa proteina che si vengono a trovare di fronte quando la proteina si ripiega si formano ponti idrogeno, che stabilizzano la struttura secondaria della proteina (-elica o -struttura).

AMMINOACIDI…

Le proteine

sono polimeri lineari di aa. Si identificano 4 livelli strutturali, di complessità

crescente.

La struttura primaria è la sequenza degli aa. uniti dai legami peptidici

(covalenti), che si instaurano tra gruppo carbossilico e gruppo amminico

di due aa. contigui.

La struttura secondaria può essere ad -elica (elica destrogira con circa

4 aa per giro) o a -struttura (anse che giacciono su un piano) ed è

stabilizzata da ponti H tra gruppi peptidici lontani nella struttura primaria,

ma che si vengono a trovare di fronte quando tratti discreti della proteina

acquistano una struttura tridimensionale (cosa che succede già durante

la sintesi proteica sui ribosomi).

PROTEINE

La struttura terziaria è l’ulteriore ripiegamento dei tratti in -elica e dei tratti in -struttura della proteina a formare una struttura tridimensionale più complessa. Questa struttura è stabilizzata da legami deboli che si formano tra gruppi R di aa. che si vengono a trovare di fronte quando la proteina ha assunto la sua conformazione finale. Si tratta di legami ionici (tra gruppi R di aa. carichi positivamente e negativamente), ponti H ed interazioni idrofobiche (queste ultime sono in effetti il “motore” che guida il ripiegamento della proteina). L’unico legame covalente della struttura terziaria è il ponte disolfuro (tra due cisteine), presente non in tutte le proteine.

La struttura quaternaria è presente solo nelle proteine formate da più di una subunità: consiste nella posizione che assumono l’una rispetto all’altra le diverse subunità ed è stabilizzata dagli stessi tipi di legame descritti per la struttura terziaria (esclusi i ponti disolfuro) che si instaurano tra guppi R di aa. su catene proteiche diverse.

PROTEINE

La perdita della struttura terziaria delle proteine si chiama denaturazione (da aumento della temperatura o variazioni del pH) e coincide con la perdita della funzione.

La somma delle cariche elettriche dei gruppi R presenti in una proteina dà la carica netta della proteina: la carica netta a sua volta determina la migrazione della proteina in campo elettrico.

PROTEINE

La separazione in campo elettrico delle proteine (elettroforesi) è largamente utilizzata in diagnostica clinica [profili elettroforetici tipici: gammopatia mono-clonale (linfoma B), sinfrome nefrosica, infiammazione, cirrosi].

3. ZUCCHERIcomprendono:MONOSACCARIDIDISACCARIDI (due monosaccaridi uniti insieme)POLISACCARIDI (catena anche ramificata di monosaccaridi)

I MONOSACCARIDI sono composti che contengono almeno un gruppo alcolico e o un gruppo aldeidico oppure uno chetonico; quindi si dividono in due famiglie: ALDOSI (POLI-IDROSSIALDEIDI)CHETOSI (POLI-IDROSSICHETONI)

I monosaccaridi più importanti in biochimica sono: glucoso e galattoso (aldosi, esosi = 6 atomi di carbonio)fruttoso (chetoso, esoso)riboso (aldoso, pentoso = 5 atomi di carbonio)

Monosaccaridi…

D

D

Monosaccaridi…

è lo zucchero nei nucleotidi

(2’-deossi-riboso nel DNA!)

2’

Nella cellula, i monosaccaridi si trovano sempre esterificati con uno o più gruppi fosforici (fosforilati).

La fosforilazione ha il significato di impedirne l’uscita dalle cellule e di “attivarli”, consentendone il metabolismo.

Glucoso 6-fosfato e fruttoso 1,6-bisfosfato sono intermedi della glicolisi

e della gluconeogenesi

Il gruppo fosforico è donato dall’ATP in reazioni catalizzate da enzimi della classe delle cinasi:

glucoso + ATP glucoso 6-fosfato + ADP (glucocinasi)

I DISACCARIDISono formati da due monosaccaridi, uniti con legame etere (tra 2 OH- con perdita di H2O) (legame O-glucosidico). I più importanti in biochimica umana sono:

SACCAROSO = GLUCOSO + FRUTTOSO (è lo zucchero di canna)

legame 1 2 LATTOSO = GALATTOSO + GLUCOSO (è lo zucchero del latte)

legame 1 4 MALTOSO = GLUCOSO + GLUCOSO (è lo zucchero del malto)

legame 1 4

Enzimi idrolitici specifici (idrolasi) situati sull’epitelio intestinale idrolizzano il legame glucosidico e consentono l’assorbimento dei monosaccaridi. Il deficit di lattasi causa l’intolleranza al lattoso (diarrea da fermentazione batterica del lattoso non assorbito).

DISACCARIDI…

legame 1 4

legame 1 4

legame 1 2

La presenza del C1 libero in maltoso e lattoso rende questi disaccaridi riducenti: possono essere evidenziati attraverso la riduzione di ioni metallici (Cu2+).

Fruttosuria essenziale: deficit di fruttocinasi epatica.

Non avviene la reazione di fosforilazione del fruttoso nel fegato:

fruttoso + ATP fruttoso 1-fosfato + ADP

Il fruttoso non viene trattenuto dentro le cellule epatiche e rimane nel sangue nell’urina. Asintomatica.

Malattie genetiche da dismetabolismo dei disaccaridi

Intolleranza congenita al fruttoso: deficit di fruttoso 1-fosfato aldolasi epatica.

E’ l’enzima che scinde il F1P in gliceraldeide e diidrossiacetone-fosfato e consente l’ingresso del fruttoso 1-P nella glicolisi:

fruttoso-1P gliceraldeide + diidrossiacetone-fosfato

Il fruttoso-1P si accumula nell’epatocita ipoglicemia e danno epato-cellulare!

Galattosemia: deficit di galattoso-1P uridil transferasi

Non avviene la reazione di trasferimento del gal-1P al posto dell’unità di gluc-1P sulla molecola dell’UDP-glucoso, che consente la trasformazione del gal-1P in gluc-1P: manca l’enzima gal-1P uridil transferasi.

Il galattoso-1P si accumula nelle cellule e causa danno cellulare (epatico e neuronale): deficit mentale permanente, se il galattoso non viene rimosso presto dalla dieta del lattante!

Screening diagnostico (elevata galattosemia e galattosuria) si basa sulla capacità del galattoso (riducente!) di ridurre ioni metallici (Cu2+) e indurne viraggio del colore.

I POLISACCARIDI

Sono formati dall’unione di molte migliaia di monosaccaridi. In natura

hanno funzione di deposito di energia (glicogeno negli animali e amido

nelle piante) oppure funzioni strutturali (cellulosa nelle piante, chitina

negli insetti).

GLICOGENO = POLIMERO RAMIFICATO DEL GLUCOSO

Il glicogeno è il deposito di glucosio degli animali (solo in fegato e

muscolo !). Il glicogeno totale presente nel nostro organismo equivale a

circa 1800 kcal, di cui 600 nel fegato e 1200 nel muscolo scheletrico.

L’amido ha una struttura simile al glicogeno e gli enzimi animali che scindono il glicogeno sono attivi anche sull’amido (pasta, patate!). Invece la cellulosa ha legami 14 e gli enzimi animali NON sono in grado di scinderla in glucosio (come fanno invece i batteri intestinali dei ruminanti).

STRUTTURA DEL GLICOGENOPOLISACCARIDI…

Gli enzimi che sintetizzano e degradano il glicogeno nel fegato e

nel muscolo agiscono solo sulle estremità non riducenti (tante,

rispetto all’estremità riducente, che è una sola). Le ramificazioni

consentono quindi una elevata velocità di turn-over del glicogeno.

L’assenza di ramificazioni nel glicogeno è causa di una delle

glicogenosi, malattie congenite causate da difetti enzimatici legati al

metabolismo del glicogeno.

4. LIPIDI

I lipidi più importanti in biochimica umana sono:ACIDI GRASSITRIGLICERIDILIPIDI DI MEMBRANA: FOSFOLIPIDI, GLICOLIPIDI e COLESTEROLO

ACIDI GRASSI = acidi carbossilici a lunga catena (C16-C18) saturi o

insaturi (senza o con doppi legami tra i carboni)

Gli acidi grassi sono il principale deposito di energia del nostro

organismo (125000 kcal contro le 1800 del glicogeno e le 25000 delle

proteine “consumabili”) e sono presenti soprattutto sotto forma di

trigliceridi, cioè esterificati al glicerolo.

Noi umani non siamo in grado di sintetizzare acidi grassi con doppi

legami vicini al metile terminale (es. 3): questi acidi grassi insaturi

sono detti “essenziali” (linoleico e linolenico) e vanno assunti con la

dieta.

BIOMOLECOLE…

I saponi sono acidi grassi a lunga catena salificati con Na+. I saponi in acqua

formano strutture sopramolecolari dette “micelle”: le code apolari degli acidi

grassi, che fuggono l’acqua, sono rivolte verso il centro della micella mentre la

testa polare (il gruppo carbossilico dissociato –COO-) è rivolto verso l’acqua

(interagisce con gli H parzialmente positivi dell’acqua). Il centro della micella è

apolare. Sostanza lipofile tenderanno a “sciogliersi” dentro la micella (il sapone

“scioglie” la macchie d’unto!).

ACIDI GRASSI…

TRIGLICERIDI = esteri del glicerolo con 3 acidi grassi

BIOMOLECOLE…

L’idrolisi dei trigliceridi ad acidi grassi e glicerolo (catalizzata dagli enzimi lipasi) e la successiva ossidazione degli acidi grassi nei mitocondri sono la fonte della maggior parte dell’energia prodotta ogni giorno dal nostro metabolismo. L’ossidazione degli acidi grassi nel ciclo di Krebs richiede però la presenza di OAA (dal glucoso)!

I trigliceridi non si sciolgono in acqua (non hanno alcuna parte polare nella molecola), ma viaggiano nel sangue ricoperti da una guscio proteico, sotto forma di chilomicroni e di particelle lipoproteiche (VLDV, LDL, HDL).

I trigliceridi sono i grassi di deposito del nostro organismo, accumulati nel tessuto adiposo, dentro gli adipociti. Il tessuto adiposo è localizzato nel sottocute e intorno agli organi interni.

LIPIDI DI MEMBRANA

I lipidi di membrana comprendono:

FOSFOLIPIDI (fosfogliceridi e sfingomieline)

GLICOLIPIDI (cerebrosidi e gangliosidi)

COLESTEROLO

Formano strutture sopramolecolari chiamate doppi strati.

FOSFOGLICERIDI

Esteri del glicerolo con 2 acidi grassi e una “testa polare” contenente fosfato (da cui il nome fosfogliceridi) che può essere: fosfo-etanolammina, fosfo-serina, fosfo-inositolo o fosfo-colina.

BIOMOLECOLE…

FOSFOGLICERIDI…

Fosfatidiletanolammina

Legata al fosfato nella testa polare può esserci anche colina, serina o inositolo

L’inositolo può essere fosforilato in C4 e C5: l’idrolisi della testa polare da parte dell’enzima fosfolipasi C (PLC) genera inositolo 1,4,5-triP (un mobilizzatore di calcio intracellulare) e diacil glicerolo (DAG) che attiva la cinasi PKC: DAG e IP3 sono secondi messaggeri intracellulari!

FOSFOGLICERIDI…

SFINGOMIELINE

Nelle sfingomieline, la molecola “portante” è la sfingosina (un amminoalcol), cui sono legati un acido grasso e la testa polare (sempre fosfocolina).

sfingosina

GLICOLIPIDI

Nei glicolipidi la molecola “portante” è di nuovo il ceramide (= sfingosina + acido grasso), come nelle sfingomieline, ma la testa polare è rappresentata da un singolo monosaccaride nei cerebrosidi o da una catena ramificata di zuccheri nei gangliosidi. NON c’è il fosfato!

La “testa polare” è formata dallo zucchero o dalla catena di zuccheri.

COLESTEROLO = struttura a 4 anelli carbociclici condensati. Il colesterolo è un componente importante delle membrane cellulari e dal colesterolo il fegato produce i sali biliari (digestione e assorbimento dei grassi alimentari).

BIOMOLECOLE…

L’unica parte polare della molecola è l’OH: nelle membrane l’ossidrile si orienta verso la fase acquosa (intra- o extra-cellulare) e il resto della molecola (che è planare) si infila in mezzo alle code degli acidi grassi. Il colesterolo impedisce l’impaccamento delle code degli acidi grassi e assicura fluidità alle membrane.

Nel plasma il colesterolo viaggia all’interno delle lipoproteine (HDL e LDL).

5. BASI PURINICHE E PIRIMIDINICHE

Le basi puriniche e pirimidiniche sono costituenti dei nucleotidi. Nella

cellula, i nucleotidi hanno funzioni importanti: energetiche (ATP è la moneta

corrente per tutti gli scambi energetici della cellula), formano parte della

molecola dei coenzimi NAD+ e FAD (i trasportatori di elettroni nelle reazione

di ossido-riduzione del catabolismo ossidativo) e sono le unità costitutive

degli acidi nucleici (DNA e RNA).

Le basi puriniche sono formate da 2 anelli condensati, mentre le

pirimidiniche hanno un solo anello.

Sono dette “basi” perché alcuni azoti possono protonarsi (diventare H+)

sottraendo H+ dalla soluzione.

BIOMOLECOLE…

Basi puriniche (A e G)

Basi pirimidiniche (C, U, T)

BIOMOLECOLE…

NUCLEOSIDE = BASE + RIBOSONUCLEOTIDE = BASE + RIBOSO + FOSFATO (mono-, bi- o trifosfato)

Adenosina trifosfato (ATP)Un esempio di nucleotide trifosfato è l’ATP (adenosine triphosphate): l’ATP è la “moneta corrente” per tutti i processi che producono e che consumano energia nella cellula. E’ caratterizzato da un alto potenziale di trasferimento del fosfato: cioè l’idrolisi del legame anidridico che unisce tra loro gli ultimi 2 fosfati, libera tanta energia:

BIOMOLECOLE…

ATP + H2O ADP + Pi (fosfato inorganico) G = - 7.5 kcal/mole

I motivi sono chimici: la repulsione tra cariche negative sui fosfati (minore quando perde un fosfato) destabilizza la molecola dell’ATP (= alto contenuto energetico potenziale) e la stabilizzazione di risonanza del fosfato (una volta idrolizzato) spinge la reazione verso l’idrolisi.

L’idrolisi dell’ATP viene sfruttata spesso nel metabolismo per spostare l’equilibrio di una reazione energeticamente sfavorevole: A B G = + 4 kcal/moleATP + H2O ADP + Pi (fosfato inorganico) G = - 7.5 kcal/moleA + ATP + H2O B + ADP + Pi G = - 3.5 kcal/mole

BIOMOLECOLE…

Il legame 3’-5’-fosfodiestereo unisce i nucleotidi adiacenti negli acidi nucleici.

deossi nel DNA!

Oltre che come costituenti degli acidi nucleici (DNA ed RNA) alcuni nucleotidi hanno anche funzioni specifiche:

moneta corrente per gli scambi energetici nella cellula (ATP, GTPATP, GTP)

attivatori di monosaccaridi nella sintesi dei polisaccaridi (glicogeno e proteoglicani) e delle glicoproteine (UTPUTP)

compongono la molecola dei coenzimi NAD+, NADP+, FAD, CoA (AMP)

secondi messaggeri (cAMP, cGMP, cADPRcAMP, cGMP, cADPR)

cADPR

I COENZIMI DINUCLEOTIDICI: NAD+ E FAD

NAD+ e FAD sono i coenzimi delle deidrogenasi, la classe di enzimi che catalizza le reazioni di ossido-riduzione. Entrambi sono dinucleotidi contenenti AMP. I due mononucleotidi sono uniti da un legame fosfoanidridico.

Nicotinammide adenina dinucleotide

Il flavin-mononucleotide (FMN) è anche presente come gruppo prostetico (parte non proteica essenziale alla funzione) nel 1° complesso della catena respiratoria.

Flavina adenin dinucleotide

Il NAD+ è il coenzima nelle reazioni di ossidazione dei gruppi alcolici ad aldeidici e dei gruppi aldeidici a carbossilici (esempi nella glicolisi e ciclo di Krebs). Il NADH trasporta 2 elettroni e 1 H+. Il secondo H+ liberato dall’ossidazione del substrato è libero nel mezzo.

Nicotinammide ossidata

Nicotinammide ridotta

Il NADPNADP++ differisce dal NAD+ per la presenza di un gruppo fosfato sul carbonio 2 del riboso che porta l’adenina.

Il NADPH è il donatore di elettroni nelle biosintesi riduttive

Dosaggio spettrofotometrico del NADH

Il cambiamento della disposizione dei doppi legami nella nicotinammide ridotta causa un aumento di assorbimento a 340 nm del NADH rispetto al NAD+, sfruttato in numerosi dosaggi enzimatici.

In principio, si può utilizzare questa strategia sia per dosare l’attività di un enzima in un liquido biologico (aggiungendo substrato e coenzima in eccesso), sia per dosare la quantità di substrato presente in un campione biologico (aggiungendo enzima e coenzima in eccesso).

La riduzione del NAD+ a NADH determina un aumento dell’assorbimento a 340 nm, viceversa il consumo di NADH determina una diminuzione dell’assorbimento a 340 nm: queste misure di assorbimento si fanno allo spettrofotometro.

Anche una reazione non deidrogenasica può essere seguita allo spettrofotometro, se viene accoppiata ad una deidrogenasica (NAD-dip), tramite un intermedio comune:

A + B C + D

C + NAD+ F + NADH

Enzima 1

Enzima 2

Il FAD è il coenzima delle deidrogenasi nelle reazioni di ossidazione di catene alifatiche (ciclo di Krebs, ossidazione acidi grassi).

Il FAD trasporta 2 elettroni e due protoni, cioè due idrogeni.

Anche il FAD cambia spettro di assorbimento quando è ridotto: diminuisce l’assorbimento a 458 nm.

La fosforilazione ossidativaNel processo della fosforilazione ossidativa, che si svolge sulla membrana mitocondriale interna, la riossidazione dei coenzimi ridotti NADH e FADH2 (prodotti nelle reazioni di ossidazione dei substrati durante il catabolismo ossidativo) è accoppiata alla fosforilazione dell’ADP ad ATP.

Fasi della fosforilazione ossidativa

Le proteine trasportatrici di elettroni (la “catena respiratoria”) trasportano gli elettroni dai coenzimi ridotti (che vengono ossidati) all’ossigeno, che viene ridotto ad acqua. Il flusso elettronico è una forma di energia che i complessi 1°-2°-3° sono in grado di sfruttare per pompare protoni nello spazio intermembrana: si genera così un gradiente protonico ai due lati della membrana mitocondriale interna.

I protoni concentrati nello spazio intermembrana rientrano spontaneamente nella matrice mitocondriale, spinti dal gradiente elettrochimico, passando attraverso l’ATP sintetasi. Questo complesso proteico è in grado di sfruttare l’energia del flusso protonico per fosforilare l’ADP ad ATP secondo la reazione:

ADP + Pi ATP + H2OOgni mole di ATP formato richiede 7,5 kcal di energia.

Per ogni NADH riossidato si producono 3 ATP; per ogni FADH2 riossidato si producono 2 ATP (meno che dal NADH perché gli elettroni donati dal FADH2 entrano nella catena respiratoria dopo la prima pompa protonica e quindi si produce un gradiente protonico minore rispetto a quello generato dal NADH).

COENZIMI VITAMINICI

Gli enzimi sono i catalizzatori delle reazioni biologiche: molto spesso

però gli enzimi da soli non sono in grado di catalizzare la loro specifica

reazione, ma necessitano di molecole non proteiche, dette coenzimi, che

li “aiutino”. Il coenzima interviene con alcuni suoi gruppi funzionali

specifici, che l’enzima non possiede, e che sono necessari durante la

catalisi.

I coenzimi vengono sintetizzati nelle nostre cellule a partire da molecole,

le vitamine idrosolubili, che invece non siamo in grado di produrre: in

altre parole, i coenzimi sono vitamine modificate chimicamente. NAD+ e

FAD sono due esempi di coenzimi vitaminici.

Le vitamine sono prodotte dalle piante e, in qualche caso, dai batteri

intestinali.

I sintomi da deficit vitaminico sono rari nella nostra società, ma possono verificarsi in: soggetti anziani (cattiva alimentazione, malassorbimento), alcolisti (cattiva alimentazione, epatopatia, malassorbimento), terapia anticonvulsivante cronica (deficit folati e vit. D), ripetute gravidanze con allattamento (aumentato fabbisogno), gastrite atrofica (deficit produzione fattore intrinseco necessario per assorbimento B12), diete vegetariane strette e di lunga durata.

I sintomi generici da deficit sono simili per tutte le vitamine coenzimatiche, poiché derivano dall’alterazione del metabolismo energetico, che colpisce prevalentemente i tessuti con elevate necessità metaboliche (in rapida crescita, come epiteli, mucose, cellule del sangue, o ad attività metabolica elevata, come sistema nervoso e apparato muscolare). I sintomi generici comprendono dermatite, cheilite, glossite, neuropatie periferiche, incoordinazione motoria, faticabilità, malessere, diarrea.

VITAMINE…

VITAMINA COENZIMA ENZIMA/FUNZIONE SINTOMI DA DEFICIT RDAmg

Tiamina (B1) TPP Piruvato deidrogenasi e KGA-deidrogenasi

(ciclo di Krebs)

Atassia, oftalmoplegia, confusione mentale, faticabilità.

1-1.5

AcidoPantotenico

(B5)

Coenzima A Trasportatore-attivatore di acili

Non noti, forse perché molto diffuso negli alimenti.

Piridossina (B6)

PLP Transaminasi Neuropatie periferiche, anemia sideroblastica.

1.4-2.0

Biotina (H) Biocitina Carbossilasi Prodotta dai batteri intestinali.

Ac. folico THF Trasf. unità carboniose nella sintesi purine e dTMP (sintesi DNA)

Anemia megaloblastica; difetti del tubo neurale in neonati da madri deficitarie.

0.2-0.4

Ac. nicotinico (PP)

NAD+ Deidrogenasi(trasf. elettroni)

Pellagra: dermatite fotoreattiva, diarrea, demenza

13-19

Riboflavina(B2)

FAD Deidrogenasi(trasf. elettroni)

Cheilite, dermatite, glossite

1.2-1.7

Ac. Ascorbico(C)

Non è un coenzima, ma è necessario come substrato durante la sintesi del collagene.Aiuta l’assorbimento del ferro.

Idrossilazione di Lys e Pro nel proto-collagene, necessario per legami covalenti tra fibrille. Anti-ossidante.

Scorbuto: fragilità capillare e del collagene tissutale, osteoporosi, cattiva riparazione ferite e fratture

60

Cobalamina(B12)

Non è un coenzima, ma è necessaria durante una reazione del ciclo del THF. Nella carne (fegato).

Recupero del THF dal metil-THF; recupero del metilmalonil-CoA a succinil-CoA.

Anemia megaloblastica; deficit neurologici da demielinizzazione.

1

RDA = recommended dietary allowance = dose giornaliera consigliata

VITAMINE…

VITAMINE LIPOSOLUBILI

Le vitamine liposolubili non formano coenzimi, ma sono piuttosto da

considerare come molecole segnale (ormoni). Sono depositate nel

fegato: i sintomi da deficit possono richiedere anni prima di manifestarsi

a seguito di condizioni favorenti: malassorbimento lipidico, epatopatie

croniche, alcolismo, terapia antibiotica protratta, nefropatie croniche.

Le vitamine liposolubili sono: A, D, E e K.

VITAMINE…

VITAMINA FUNZIONE SINTOMI DA DEFICIT RDAmg

A retinolo, retinale, ac.

retinoico

Anti-ossidante, regola proliferazione e differenziamento cellulare, compone il pigmento visivo (rodopsina)

Cecità notturna, ipercheratosi, anemia.

6(-carotene)

D

colecalciferolo, D3

7-deidrocol. è attivato a D3

dalla luce UV. D3 è attivato

per idrossilazione nel fegato

e nel rene a 1,25-(OH)2D

Stimola assorbimento intestinale del Ca2+, inibisce l’escrezione renale e aumenta il riassorbimento di Ca2+ dall’osso (insieme a PTH)

Rachitismo nei bambini, osteomalacia nell’adulto.

1-2

E Miscela di composti

vegetali: tocoferoli

Anti-ossidante nelle membrane, lipoproteine e tessuto adiposo; stabilizza CoQ (respirazione mitocon.)

Non noti 1-2

K Sintetizzato dai batteri

intestinali

Richiesta per la sintesi epatica dei fattori della coagulazione 2°, 7°, 9° e 10°, e di osteocalcina

Aumento del tempo di coagulazione; osteoporosi.

0.08