LA DIGESTIONE

L'apparato digerente èl'insieme degli organi che svolgono il processo digestivo. In questo processo gli alimenti vengono assunti, elaborati ed assorbiti, con l'eliminazione attraverso le feci delle sostanze non assimilabili.La funzione dell’apparato digerente èquella di trasformare gli alimenti in sostanze solubili che possono essere assorbite attraverso i tessuti.

Zuccheri

Amminoacidi

Acidi grassi + glicerolo

PERISTALSI: movimento ondulatorio della muscolatura dell’apparato digerente che fa avanzare il cibo lungo le sue varie sezioni

RIMESCOLAMENTO: le pareti muscolari dello stomaco impastano il cibo con i succhi gastrici

MASTICAZIONE: il cibo viene triturato dai denti

MECCANICA

CHIMICA

Polisaccaridi

Proteine

Trigliceridi

Questo risultato è ottenuto mediante due tipi di azione:

La porta d’ingresso dell’apparato digerente è la bocca: il cibo viene triturato dai denti e mescolato alla saliva che contiene la ptialina enzima che trasforma gli amidi in destrine e maltosio.

Il prodotto finale prende il nome di bolo e attraverso l’esofago giunge nello stomaco. Il rigurgito è impedito da un anello muscolare detto cardias.

in bocca……

Saliva: 99.5% acquaSali inorganiciptialinapH 6.4-7.0

Amido

Amilopectina Destrina

nello stomaco……

Lo stomaco grazie alla contrazione dei suoi tre strati muscolari(longitudinale, circolare e trasversale) mescola il bolo con i succhi gastrici costituiti da:

ACIDO CLORIDRICO Attiva il pepsinogeno a pepsinaambiente ottimale per l’azione della pepsinadenatura le proteinerende più solubili alcuni minerali come il calcio ed il ferrodistrugge i microorganismi (barriera gastrica)

PEPSINA inizia la digestione delle proteineè secreta come pepsinogeno dalle cellule

adelomorfe presenti nelle ghiandole della mucosa gastrica

MUCO protegge le pareti dello stomaco dalla forte acidità

nell’intestino tenue…….

Il bolo così trattato diviene una massa semiliquida detta CHIMO e viene spinto dalla peristalsi nell’intestino tenue attraverso una valvola muscolare: il piloro

L’intestino tenue è lungo circa 6 metri ed e suddiviso in tre parti: DUODENO, DIGIUNO, ILEO.

Ha una duplice funzione: o nel primo tratto si completa la digestione degli alimenti o nel secondo tratto si ha principalmente l’assorbimento dei prodotti della digestione.

LA BILE : prodotta dal fegato viene raccolta nella cistifellea collegata al duodeno per mezzo del dotto biliare; contiene i sali biliari

IL SUCCO PANCREATICO: prodotto dal pancreas viene riversato nel duodeno attraverso il dotto pancreatico; contiene bicarbonato, tripsina, chimotripsina, elastasi ed esopeptidasi; amilasi pancreatica; lipasi pancreatica

IL SUCCO ENTERICO: prodotto dalle pareti dell’intestino, contiene peptidasi enteriche, saccarasi, maltasi, isomaltasi, lattasi, trealasi, lipasi

Nel duodeno il chimo viene mescolato con:

1) CARBOIDRATIa. ulteriormente idrolizzati da amilasi pancreatica a monosaccaridib. saccarasi, lattasi e maltasi contenuti nel succo enterico scindono i

disaccaridi liberando i monosaccaridi costituenti

2) MOLECOLE PROTEICHEa. ulteriormente idrolizzate dalla tripsina (succo pancreatico)b. ridotte ad amminoacidi dalle peptidasi (amminopeptidasi,

carbossipolipeptidasi e chimotripsina), enzimi prodotti dalla parete intestinale.

3) GRASSI a. la bile, con la sua azione emulsionante, frammenta i grassi in

piccolissime gocce b. la lipasi pancreatica riduce i grassi emulsionati in acidi grassi e

glicerolo.

4) ACIDI NUCLEICIa. le nucleasi scindono gli acidi nucleici

PROCESSI NELL’INTESTINO TENUE

LA DIGESTIONE DEI LIPIDI

digestione ad operadella lipasi

acidi grassi

nei villi intestinali…

1. Alcuni acidi grassi, colesterolo e vitamine liposolubili sono trasportati con la linfa al dotto toracico che sbocca nella vena succlavia.

2. Monosaccaridi, amminoacidi, glicerolo, sali minerali, vitamine idrosolubili ed alcuni acidi grassi vengono portati dai capillari alla vena porta e quindi al fegato.

I residui non digeribili vengono spinti dalla peristalsi nell’intestino crasso. Le sue due prime porzioni (cieco e colon) hanno il compito di rimuovere l’acqua contenuta nel materiale indigerito che, poi, viene immagazzinato nel retto prima di essere espulso attraverso l’ano.

nell’intestino crasso……

I microorganismi del crasso (flora batterica) attuano:o demolizione putrefattivao sintesi di vitamine B e K

AZIONE DI ALCUNI ORMONI DIGESTIVI

stimola l’eiezione della bile, la secrezione di succo pancreatico ad alto contenuto di enzimi.

Formata dalla mucosa intestinale in presenza di acido, proteine parzialmente digerite, grassi

Colecistochinina-pancreozimina (CKK)

Inibisce la secrezione gastrica; stimola la secrezione di succo pancreatico a basso contenuto di enzimi; stimola l’eiezione della bile

E’ formata dalla mucosa intestinale in presenza di acido, proteine parzialmente digerite, grassi

SECRETINA

Inibisce la secrezione e la mobilità gastrica

E’ formato dalla mucosa intestinale in presenza di grassi

PEPTIDE INIBITORE GASTRICO (GIP)

Stimola la secrezione di succo gastrico ricco di pepsina ed HCl

E’ prodotta dalla mucosa gastrica in presenza di proteine parzialmente digerite.

GASTRINA

AZIONESORGENTEORMONE

La digestione avviene involontariamente sotto il controllo del sistema nervoso e degli ormoni.

METABOLISMO: CONCETTI BASE

Peso 5-20 gLunghezza 6 e 22 cm80 battiti d’ali al secondo Fino a 1260 battiti cardiaci al minuto Durante le migrazioni raddoppia il proprio peso corporeo con uno spesso strato di grasso.E’ responsabile dell’impollinazione dell’85% di tutte le piante e gli alberi presenti nel continente americano.

1. Come fanno le cellule ad estrarre l’energia ed il potere riducentedall’ambiente che le circonda?

2. Come fanno le cellule a sintetizzare i precursori delle loro macromolecole?

METABOLISMO

Il metabolismo è la base della vita cellulareIl complesso di trasformazioni chimiche coordinate ed integrateche si verifica incessantemente in tutte le cellule prende il nome di metabolismo, dal greco metabolè = trasformazione.

metabolismoBase Espressione

Anabolismo

Catabolismoatp

vita media 1min

L’energia recuperata dall’ambiente mantiene un essere vivente lontano dall’equilibrio.

Il metabolismo cellulare è organizzato in vie metaboliche

via metabolica: sequenza di reazioni chimiche catalizzate da specifici enzimi e con una comune organizzazione spaziale in cui il prodotto della prima reazione è il reagente della seconda….

Metabolismoproteine

Metabolismolipidi

Metabolismocarboidrati

Metabolismoacidi

nucleici

Energia

intermedi

A → B → C → ……. → Z

ANABOLISMO E CATABOLISMO comprendono vie metaboliche interconnesse molte delle quali sono altamente conservate

1. Gli intermedi di anabolismo e catabolismo possono essere comuni

2. Le vie metaboliche possono essere differenti in organismi diversi, soprattutto se lontani nella scala evolutiva

3. Le diversità metaboliche in gruppi diversi di organismi può non essere assoluta (es. la glicolisi è conservata)

Reazioni metaboliche ed ENERGIA LIBERA DI GIBBS

Prima legge della termodinamica: l’energia totale di un sistema e del suo ambiente è costante.

Seconda legge della termodinamica: un processo può avvenire spontaneamente soltanto se la somma dell’entropia di ambiente e sistema aumenta.

Energia libera di Gibbs ∆G = ∆H -T∆SVariazione di energia libera di un sistema che sta subendo una trasformazione a pressione e T costanti.

1. Una reazione può avvenire spontaneamente solo se il ∆G è negativo

2. Un sistema è all’equilibrio quando ∆G è zero3. Una reazione non può procedere spontaneamente se il ∆G è

positivo

Le cellule scambiano energia sotto forma di ATP

ADP + Pi + energia ATPmolecola ad alta energia di idrolisi

Sintesi di ATP

fosforilazione a livello del substratogradienti ionici

Interconversione ATP, ADP, AMP (enzima adenilato chinasi)

Mg2+

L’ATP è il “motore” di numerose reazioni cellulari

X + Y X Y

Se ∆G >0, la reazione viene accoppiata all’idrolisi dell’ATP:

X X YX P

ATP ADP

Y Pi

intermedio fosforilato

Per cui l’equazione complessiva è:

X + Y + ATP + H2O X Y + ADP + Pi

Una reazione termodinamicamente non favorevole può essere trascinata da una reazione termodinamicamente favorevole ad essa accoppiata

Le principali vie di utilizzazione di ATP

Consumo giornaliero di ATP circa 40 Kg !

1. attivazione dei substraties. fosforilazione del glucosio, attivazione degli amminoacidi;

2. ripiegamento delle proteine;

3. mantenimento del gradiente di concentrazione di ioni e substrati ai due lati della membrana es. pompa sodio-potassio;

4. contrazione muscolare

5. sintesi di biomolecole.

Composti fosforilati

L’ATP ha un potenziale di trasferimento del Pi intermedio e questo lo rende un ottimo trasportatore di gruppi fosfato.

Le ossido - riduzioni

Una REAZIONE di ossidoriduzione è una reazione nella quale due opiù atomi presenti nelle specie che entrano in reazione, assumono numeri di ossidazione diversi nelle specie formate nelle reazione.

(1)La specie chimica che perde elettroni si ossida: in essa uno o più atomi aumentano il loro numero di ossidazione.

(2)La specie chimica che acquista elettroni si riduce: in essa uno o più atomi diminuiscono il loro numero di ossidazione.

(3)Non può esistere una reazione di sola ossidazione o di sola riduzione, perché nelle reazioni chimiche non esistono elettroniliberi; esistono solo reazioni di ossio-riduzione.

(4) In una reazione redox, la specie a che cede elettroni alla specie b è la specie riducente (e a sua volta si ossida); la specie b che acquista elettroni è la specie ossidante (e a sua volta si riduce).

(5) Il numero degli elettroni persi dal riducente è uguale al numerodi elettroni acquistati dall’ossidante.

(6) Il carattere ossidante o riducente dei una sostanza è condizionato dal partner della reazione.

POTENZIALI REDOX

NAD e FAD sono i principali coenzimi ossidoriduttivi

Strategia energetica Reazioni ossidative(combustioni senza fiamma)

….O2

H o e- H o e-

energia energia energia

potenziale redox crescente

Accettori di H

FAD

sito reattivo

NAD

Sistemi redox biologici

NAD+ /NADH+H+

NADP /NADPH+H+

FAD /FADH2FMN /FMNH2

Accettori primari di atomi di H

L’energia liberata viene immagazzinata come:

ATPADPnucleotidi fosfatifosfocreatina

C

COOH

CH3

H OH

NAD NADH2

C

COOH

CH3

Olattico deidrogenasiLDH

acido piruvicoacido lattico

COOH

CH2

COOH

CH2

acido succinico

FAD FADH2

succinico deidrogenasi

COOH

CH

COOH

CH

acido fumarico

NADP soprattutto nelle biosintesi (donatore di elettroni)

Il coenzima A è un trasportatore universale di gruppi acile

H

Alcuni trasportatori attivati del metabolismoMolecola trasportatrice Gruppo trasportato

nella forma attivata

ATP fosforiciNADH e NADPH elettroniFADH2 elettroniCoenzima A acileBiotina CO2Uridina difosfato glucoso glucosioNucleotide trifosfato nucleotide

Gruppo sulfidrilico

C

S CoA

CH3

O

acetil CoA

Stadi del catabolismo

L’estrazione di energia dal cibo può essere divisa in tre stadi:A. le grandi molecole vengono suddivise in piccole unitàB. le numerose piccole molecole sono degradate a poche semplici

unità che giocano un ruolo fondamentale nel metabolismoC. l’ATP è prodotto dalla completa ossidazione di acetil CoA

Grassi Polisaccaridi Proteine

Acidi grassie glicerolo

Glucosio ealtri zuccheri

Aminoacidi

Acetil CoA

Ciclodell’acido

citrico

2 CO2

e-Fosforilazioneossidativa

O2

ATP ADP CoA

Fase I

Fase II

Fase III

Regolazione del metabolismo

Principio della massima economia

vengono prodotte o degradate solo le sostanze di cui c’è effettiva necessità e soltanto nella misura e nel momento giusti.

Inibizione per retroazione (o a feedback)

Compartimentazione

Regolazione dell’espressione di geni

Degradazione intracellulare di enzimi

Ormoni

Stato energetico della cellula

meccanismi di regolazione

Errori congeniti del metabolismoGli enzimi devono essere presenti nella forma e nella quantità idonee.

Sindrome di Lesch-Nyhan ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi (HGPT)

Alcuni difetti genetici nell’uomo che riguardano il metabolismo degli amminoacidi

Nome Enzima o meccanismo difettoso

Albinismo Tirosina 3-monoossigenasi

Alcaptonuria Acido omogentisico 1,2-diossigenasi

Cistinosi Deposito e/o rilascio della cistina dai lisozomi

Cistinuria Trasporto renale e intestinale di cistina

Malattia di Hartnup Trasporto renale di amminoacidi neutri

Omocistinuria Cistationina β-sintasi

Fenilchetonuria Fenilalanina 4-monoossigenasi

Malattia delle urine a α-chetoacido ramificato deidrogenaasisciroppo d’acero

Nome Enzima mancante

Albinismo disturbo congenito ereditario che si manifesta con l’assenza o la riduzione di un pigmento (chiamato melanina) nella pelle, nei capelli e negli occhi, o, in alcuni casi, soltanto negli occhi.

Alcaptonuria mancata demolizione di fenilalanina e tirosina (l’accumulo di pigmenti);artropatie diffuse.

Cistinosi cristalli che interferiscono con la funzione di quasi tutti gli organi del corpo

Cistinuria calcolosi renale che causa coliche renali ed infezioni ricorrenti delle vie urinarie

Malattia di Hartnup dermatite da fotosensibilità e da sintomi neurologici intermittenti; atassia, modificazioni della personalità, cefalee migranti e fotofobia

Omocistinuria corporatura alta e sottile, aracnodattilia, cifoscoliosi ed osteoporosi; danni al cristallino con miopia; ritardo mentale che è presente in circa il 60% dei pazienti; comportamenti schizofrenici; danni cardiovascolari (trombosi arteriose e venose, degenerazione dell'aorta e delle grandi arterie.

Fenilchetonuria La manifestazione principale della fenilchetonuria è il ritardo mentale. Tuttavia il ritardo mentale si può prevenire con un’alimentazione corretta, limitando l’assunzione di fenilalanina; in questo modo è possibile prevenire i danni provocati, in particolare sul sistema nervoso centrale, dall'accumulo dell’amminoacido.

Malattia delle urine Danni neurologici, coma.a sciroppo d’acero

Sindrome di solo nei maschi, ritardo mentale, scarsa coordinazione, e tendenze Lesch-Nyhan autodistruttive (automutilazione a morsi di mani, piedi e labbra)