Unità monocarboniosa-CH3 metile

-CH2- metilene

-CHO formile

Coinvolti nella sintesi di basi puriniche e pirimidiniche, amminoacidi, altri importanti composti cellulari (creatina, carnitina, colina, …)

METIONINA FOLATIVITAMINA B12

COO- I

+H3N-CH I CH2

I CH2-S-CH3

metionina Met

COO-

I

+ H3N-CH I CH2

I CH2-SH

omocisteina Hcy

COO- I

+ H3N-CH I CH2-SH

cisteina Cysgruppo sulfidrilico -SH

legame tioetere-CH2-S-CH3

Met e Cys nella struttura delle proteine

Hcy non entra nella struttura delle proteine ma è indispensabile un intermedio del metabolismo

Amminoacidi solforati

metionina S-adenosilmetionina

S-adenosilomocisteina

omocisteina

metiltransferasi

X

metil-X

vit B12metionina

sintasi

cistationina

cisteina

vit B6

vit B6 + serina

cistationina sintasi adenosina

creatinaquantitativamente più importantecolina- fosfolipidi (membrane, VLDL)- neurotrasmettitori

(acetilcolina) carnitinaadrenalina- istoni -CH3

- citosina -CH3

(controllo epigenetico)

TRANSMETILAZIONE

THF

N5-metilTHF

TRANSULFURAZIONE

metionina + ATP SAM + 3 molecole fosfato

Carenza dell’enzima metionina adenosil transferasi causa persistenti alti livelli di metionina con danni neurologici

SH

Metilazione della citosina presente in un promotore inibisce la trascrizione: importante per la prevenzione del cancro

metilazione degli istoni rende la cromatina compatta, non disponibile alla azione dei fattori di trascrizione

Metilazione modifica il genoma senza alterare la sequenza, e permette un adattamento rapido e permanente a modifiche ambientali

)

DNA-metiltransferasi

I. L’omocisteina viene ritransformata in metionina ad opera della METIONINA

SINTASI (vit B12)

L’enzima non può funzionare in caso di inadeguato apporto di gruppi -CH3 a causa di

mancanza di donatori - folati

carenza del cofattore - metilcobalammina

accumulo di omocisteina e bassi livelli di SAM

– OOC-CH(NH3+)-CH2-CH2-S-CH2-CH(NH3

+)-COO– + H2O

cisteina + -chetobutirrato + ammoniaca

-chetobutirrato (decarbossilazione ossidativa) propionilCoA succinil CoA

2° tappa: CISTATIONINA -LIASI (PLP dipendente)

II. L’OMOCISTEINA E’ TRANSFORMATA CISTATIONINA1° tappa irreversibile - CISTATIONINA -SINTASI (PLP)

Hcy + serina (cistationina -sintasi -vit B6) cistationina + H2O

CISTEINA

sintesi di proteine

glutatione (Glu-Cys-Gly) (antiossidante)

CoASH (metabolismo acidi grassi)

taurina (SO3--CH2-CH2-NH3

+ ) (formazione dei sali biliari)

zolfo inorganico (sintesi di solfolipidi)

interesse per il metabolismo degli amminoacidi solforati

IPEROMOCISTEINEMA determinata da cause genetiche o nutrizionali

fattore di rischio per patologie cardiovascolari

(indipendente da ipercolesterolemia o ipertensione)

esito infausto per gravidanza alterazione di sviluppo fetale e neonatale (alterata vascolarizzazione della placenta e quindi diminuita funzionalità: aborto, sottopeso neonatale, difetti tubo neurale,)

sindrome di Alzheimer e altri disturbi neurologici

IPEROMOCISTEINEMIA dovuta a

• Difetto di rimetilazione della omocisteina a metionina• Difetto di sintesi del 5 metil THF• Difetto nella transulfurazione

Causa o indicatori di malattia?

Evidenziata nel 1962

Nel sangue : - libera 1-2% - coniugata a proteine (albumina) - disolfuri misti Hcy-Hcy; Hcy-Cys

soglia iperomocistinemia = 12 mol/Lvalori desiderabili ≤ 9-10 mol/L

Meccanismi biochimici del danno vascolare• Ipometilazione• Addotti a gruppi tiolici plasmatici, inibizione enzimi antiossidanti cellulari, stress ossidativo

Alcune conseguenze fisologiche (endotelio e piastrine)

• Aumento della risposta infiammatoria (endotelio) • Alterata funzionalità piastrinica (aumentata sintesi trombossani), • Anormalità della coagulazione e della fibrinolisi • Diminuzione dei livelli di ossido nitrico dovuto a formazione di

S-nitroso-Hcy NO ha azione vaso dilatatoria dovuta a rilassamento della muscolatura vasale

DIFETTI GENETICI (rari)

cistationina sintasimetionina sintasi metilen-THF reduttasi (MTHFR) (carenza o polimorfismo)

• NUTRIZIONALI: carenza di B6, B12 o folati

ALTERATA FUNZIONALITA’ RENALE con dimuita “clearance”

FARMACI CON ATTIVITA’ ANTIVITAMINICA teofillina -usata per l’asma- per la B6 valproato - usato per la epilessia- per il folato

FOLATITermine generico che comprende

-folati alimentari

si trova prevalentemente - nei vegetali verdi quali spinaci, asparagi, broccoli- arance- legumi, arachidi.

- acido folico presente in supplementi e cibi fortificati

Vitamina scoperta nel 1940

carenza: anemia megaloblasticaattualmente importante nella prevenzione

sistema nervo ( in particolare sviluppo fetalecancro (colon)

acido folico sintetico

supplementi, alimenti fortificati

R = unità monocarboniosa

tetraidrofolato (THF) cofattore enzimatico nelle fonti alimentari

Sostituzione agli N5 e N10

Forme enzimatiche specifichemetile – CH3 (posizione 5)

metilene – CH2 – (posizione 5 e 10) metenile – CH= (posizione 5 e 10) formile – CHO (posizione 5 o 10)

THF variabile perLivello di riduzioneCatena di poliGlu (1-14) legame peptidico intrappola la vitamina nella cellula aumenta l’affinità per gli enzimi dà specificità enzimatica

pteridina – ac. p-amminobenzoico – ac.glutammico

O

C N

H

COOHCH2C CH2

H

COOH

NH

O

N2HN

CH2N

N

HN

12

43 5

6

78

HN

OII

N C N

H

CCH2C CH2

H

COOH

O

N2HN

CH2N

N

5

10R

OII

OH

nHHH

metionina sintasi

N5(-CH3)THF

THF tetraidrofolatoMTHFR metilenTHFreduttasiTMP timidilato

MTHFRFAD, NADPH

N5,N10(-CH2-)THF

glicina serinavit B6

istidinaN5N10(-CH=) THF

glutammato

dUMP TMP

metionina

+ omocisteina

vit B12

glicina, colina fMet-tRNA mitocondrio

- sintesi proteica mitocondriale

metilentTHFdeidrogenasi - (NADP)

metenilTHFcicloidrolasi (H2O )PURINE (C-2, C-8) N10(-CHO)THF

formiltTHFsintasi (ATP)

FUNZIONI BIOCHIMICHEFUNZIONI BIOCHIMICHE- Sintesi della metionina dalla omocisteina - Sintesi delle pirimidine (dUMP TMP) tappa limitante per la replicazione del DNA- Sintesi delle purine

N5(-CH3)THF

metioninaS-adenosilmetionina

+ omocisteina

vit B12metionina

sintasi

cistationina

cisteina

vit B6

vit B6

TRANSULFURAZIONE

TRANSMETILAZIONE

MTHFRFAD, NAPH

metil-X colinacarnitinacreatinaadrenalinaIstoni-CH3 citosina-CH3

X

SINTESI BASI AZOTATE

metiltransferasi

N5,N10(-CH2-)THF

glicina serinavit B6

istidinaN5N10(-CH=) THF

glutammato

PURINE N10(-CHO)THF(C-2, C-8)

glicina, colina

TIMINA

RIMETILAZIONE

TRAPPOLA DEL FOLATOCARENZA SECONDARIA DI FOLATI IN PRESENZA DI CARENZA DI VITAMINA B12

N5-metilTHF deve essere convertito nella forma THF dall’enzima metionina sintasimetionina sintasi per poter essere riutilizzato.

In alternativa, essendo cattivo substrato per la folilpoliglutammato sintasi, non rimane nella cellula e viene perso con le urine

SUPPLEMENTAZIONE DI FOLATI MASCHERA LA EVENTUALE CARENZA DI VITAMINA B12

LA FUNZIONE DELLA VIT B12 e’ STRETTAMENTE LA FUNZIONE DELLA VIT B12 e’ STRETTAMENTE CORRELATA ALLA FUNZIONE DEL FOLATOCORRELATA ALLA FUNZIONE DEL FOLATO

Manifestazioni cliniche di carenza di folato e di B12 Manifestazioni cliniche di carenza di folato e di B12 sono similisono simili

DONNE IN GRAVIDANZA a rischio di sviluppare carenza per l’aumentata richiesta di unità monocarboniosa e sintesi di DNA. rischio di parto pretermine, minor peso alla nascita, fino a complicazioni di gravidanza ed aborto spontaneo

DIFETTI DEL TUBO NEURALE sistema nervoso centrale si forma fra il 20° e il 28° giorno dal concepimentodimostrato che la supplementazione con acido folico un mese prima e dopo l’inizio del concepimento (400 ug) previene il rischio nel 70% dei casi

Causa ? suggerito ma non dimostrato:- la omocisteina ad alti livelli potrebbe essere neurotossica funzionando da

antagonista per il recettore del glutammato, coinvolto nello sviluppo neuronale- alterata metilazione di geni coinvolti nella formazione neuronale

ASPETTI CLINICI

MALATTIE CARDIOVASCOLARI da alti livelli di omocisteina (folati, B6, B12)

ANEMIA MEGALOBLASTICA Carenza di folati risulta nella inibizione del ciclo cellulare. Anche disturbi gastrointestinali

PREVENZIONE DEL CANCRO Folato come agente citoprotettivo (carenza associata a cancro)

Regola stabilità DNA tramite due meccanismi principali uracile timina in carenza: incorporazione errata di uracile nel DNA

S-AdenosilMet metila specifiche citosine DNA (regolazione della trascrizione)in carenza: ipometilazione

CANCRO Cellule cancerose a rapida proliferazione necessitano di folati (antifolati come farmaci)

INVECCHIAMENTO Correlazione tra età e ipometilazione DNA

FUNZIONI MENTALI (depressione)Alterazioni nei sistemi di metilazione del sistema nervoso centrale. Associata a bassi livelli di serotonina.Supplementazione di SAM

ALCOLISMO CRONICO E CARENZA DI FOLATI: ipotizzato che acetaldeide o l’enzima aldeide ossidasi aumenti l’ossidazione del folato

POLIMORFISMO - POLIMORFISMO - mutazione presente nell’1% o più della popolazioneIl metabolismo del folato coinvolge >30 proteine (enzimi, trasportatori) con diversi polimorfismi

N 5,N10METILENE THF REDUTTASI (MTHFR) gene isolato nel 1994

Molto studiata è MTHFR C677T (nella proteina Ala Val) forma termolabile identificata nel 1995 in vitroin vitro - minore attività e minore stabilitàin vivoin vivo - può portare ad alterato rapporto delle varie forme metilate del THF, in particolare in carenza di folato

Conseguenze: alti livelli di omocisteina Caucausici ed asiatici presentano 12% omozigoti T/T e 50% eterozigoti C/T; africani d’america incidenza più bassa

Supplementazione folato (800 g) sembra annullare differenze

Principale obiettivoPrevenzione dei difetti del tubo neurale.- Campagna indirizzata a tutte le donne in età fertile

DOMANDE- Quanto folato?- Sotto che forma? (sintetico o alimentare). L’alimentazione può fornire

sufficienti qualtità di folati?- Polimorfismo MTHFR C677T ? - Un eccesso di folati può aumentare il rischio di cancro?-Un eccesso di folati può esarcebare i danni da carenza di vitamina B12?

USA fissato a 1 mg/die il livello massimo tollerabile di assunzione di assunzione di acido folico sintetico incluse donne in gravidanza ed allattamento. basandosi sulla evidenza che eccesso di acido folico può esacerbare o far precipitare i danni neurologici dovuti a carenza di B12, dato che l’anemia risponde alla sola supplementazione con acido folico

Problemi negli anziani.

Raccomandazioni sull’assunzione (microg/die)

Italia USA UK Austria-Germania-Svizzera -

Adulto (M,F) 200 400 200 400Gestante 400 600 300 600Nutrice 350 500DONNA In ETA’ FERTILE?

Mean Folate Intake (microg/die)

Country Male Female -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Germany 236 211Netherlands 215 173Spain 317 303Portugal 300 265UK 311 213Denmark 304 249Sweden 230 194Ireland 332 260

Paesi Europei Assunzione media in folati nell’adulto relativamente

bassa

291 g/d per l’uomo e 247 g/d per la donna

Vitamina B12

1855 descritta sindrome con anemia megaloblastica e demielinizzazione del sistema nervoso centrale.

1926 dimostrazione che dieta ricca in fegato stimola la produzione di globuli rossi

1948 purificata dal fegato la vitamina B12

(nello stesso anno dalla Merck, Sharp and Dohme e dalla Glaxo)

SPERIMENTATA SU PAZIENTI

Modello particolare in quanto Malattia non complicata da malnutrizione, carenza calorica o

carenza di altre vitamine Mancanza di modelli animali che diano sintomi e alterazioni

simili a quelli dell’uomo.

VITAMINA BVITAMINA B1212

Anemia perniciosa: fatale prima della scoperta della terapia vitaminica

STRUTTURAanello tetrapirrolico (corrinico) con uno ione cobalto (Co+3) centrale per cui si definiscono cobalammine (Cbl) i composti con attività B12

6° ligando: carbonio (legame covalente)

FORME COENZIMATICHE

metile adenosina

in molti SUPPLEMENTI cianocobalammina (- CN)cianocobalammina (- CN)prontamente convertita nelle forme coenzimatiche

CATALISI Co (+3) Co (+2)

5° ligando: N deldimetilbenzimidazolo(DMB) ribonucleotide

CH3

Co3+

NN

NN

N - DMB

CH3

Co3+

NN

NN

N - istidina-Enzima

Co3+

NN

NN

N - DMB

2HC

CHO

CH

HC CH

I

I I

Iadenina

HO OH

metilCbl 5’deossiadenosilCbl metil-Cbl legataall’enzima (cofattore)

BIOSINTESIBIOSINTESI

Soltanto dai microrganismi

Le piante non usano B12

La fonte per animali è il prodotto della sintesi microbica: i ruminanti dai batteri del rumine, gli erbivori da vegetali contaminati da feci gli onnivori - e l’uomo - da prodotti di origine animale

FUNZIONEFUNZIONE Batteri Batteri - in molte reazioni (fra cui sintesi metionina)

Animali - note solo 2 reazioni

metil malonil-CoA mutasi (coenzima: adenosil Cbl)

matrice mitocondriale metil malonil~CoA succinil~CoA

Metionina sintasi (coenzima: metil Cbl) citoplasma

5 metil TH Folato + omocisteina metionina

• Val, Ile, Met, Thr• Acidi grassi a C dispari • colesterolo ac biliari

COO-

IHC-CH3 + vit B12 I CO~SCoA

COO-

ICH2

ICH2

ICO~SCoA

COO-

I CH2 + HCO3

- + BIOTINA I CO~SCoA

propionil ~CoA metilmalonil~CoAsuccinil~CoA

• Ciclo di Krebs• Metabolismo corpi chetonici• Biosintesi dell’eme

IMPORTANTE NEI RUMINANTI: la fermentazione batterica del rumine produce grandi quantità di acido propionico.

Formazione dell’acido metilmalonico in carenza di Vitamina B12 per perdita di CoASH dal metil malonilCOA; di norma non si forma Sintomi peculiari della anemia perniciosa sono gli alti livelli ematici ed urinari dell’acido metilmalonico

METABOLISMMETABOLISMOO

Bocca - secreta la proteina salivare legante la Cbl (aptocorrina o proteina Raptocorrina o proteina R)

Stomaco: pH acido e digestione proteica liberano la vit B12 presente negli alimenti; la vitB12 si lega alla proteina R ed in questa forma va al duodeno

Le cellule parietali della mucosa gastrica secernono il fattore intrinseco (IF), proteina altamente specifica per la vit B12 .

Duodeno La digestione della proteina R ed ambiente alcalino liberano la vit B12 che si lega al fattore IF (si forma il complesso Cbl-IF)

Ileo assorbita mediante due meccanismi1. endocitosi tramite il recettore specifico per Cbl-IF 2. per diffusione passiva (incide per il 1%.)

rilasciata nei lisosomi e legata alla transcobalamina II (TCII)

Sangue portale - legata alla transcobalamina II (TCII)

Fegato - captata dal fegato per endocitosi e legata alla transcobalamina I (TCI) .

Negli alimenti - vit B12 legata sotto forma di coenzima

richiede proteine per il trasporto attraverso il tubo digerente e nell’organismorichiede proteine per il trasporto attraverso il tubo digerente e nell’organismo

MANIFESTAZIONI CLINICHE di CARENZAMANIFESTAZIONI CLINICHE di CARENZA Anemia megaloblasticaAnemia megaloblastica

per diminuita sintesi del DNA che colpisce le cellule in rapida divisione del midollo osseoInefficiente eritropoiesi, bassi livelli di eritrociti, globuli bianchi e piastrine (nei casi gravi, anche diagnosi errata di leucemia)

Anormalità neurologichePerdita di mielina del sistema nervoso centrale(non chiari i motivi - gli animali resistenti a questo sintomo)- Non sempre reversibile, soprattutto se la carenza è presente da lungo tempo - Più grave nel bambino

alcuni pazienti suscettibili ad anemia, altri ad alterazioni neurologichele severità delle due alterazioni sono inversamente correlate

- solo 1/3 dei pazienti con anemia ha alterazioni neurologiche- 1/4 dei pazienti con alterazioni neurologiche ha parametri ematologici normali

Non è chiaro il motivo: le indicazioni metaboliche sono le stesse nei due casi

Disturbi gastrointestinali

CAUSE di CARENZA di Vitamina B12

I. MALATTIA AUTOIMMUNE con PERDITA del FATTORE INTRINSECOCausa più comune di anemia perniciosa

Anticorpi contro la pompa H/K ATPasi e -50% dei casi- anche contro IFFrequenza F > M (indipendente dall’etnia)

età (rara nei giovani - 2% sopra i 60 annni)

se scorte sufficienti, occorrono anni perché la malattia si manifesti

II. DIFETTI CONGENITI nell’assorbimento e nel metabolismo (rari)- difetti del recettore intestinale per il complesso Cbl-IF- difetti della TCII - alterazioni a livello epatico della sintesi delle forme coenzimatiche

III. CAUSE ALIMENTARI (rare)IV. INVECCHIAMENTO carenza nel 10-15 % sopra i 60 anni per diminuito funzionamento gastrico e diminuita secrezione gastrica, la vit B12 non viene rilasciata dalle proteine alimentari.V. MALASSORBIMENTO

SOLO DA PRODOTTI ANIMALI

Fegato di bue - alimento più riccoCarne, pollo, pesce, uovaLatte (0.9 ug/ tazza), yogurt, formaggio -

buona fonte per vegetariani

FONTI DI VITAMINA B12FONTI DI VITAMINA B12

con una dieta normale si introducono 4 - 6 microg/die

Fabbisogno Fabbisogno adulti = 2,4 microg/d