Università di Roma TOR VERGATACL in Medicina

Biochimica (Prof L. Avigliano)

GENERALITA’ SUL METABOLISMO

DIGESTIONE ED ASSORBIMENTO DEI CARBOIDRATI

GLICOLISI

ENERGIA per

gradiente elettrochimico (Na/K ATPasi) processi biosintetici (es. sintesi proteica) trasporto di molecole transmembrana trasduzione del segnale lavoro meccanico (respirazione, contrazione cardiaca,

contrazione muscolare)

FONTI DI ENERGIA- carboidrati GLUCOSIO- trigliceridi ACIDI GRASSI- scheletro carbonioso degli amminoacidi

RESA ENERGETICA ~ 35 %

“SOTTOPRODOTTI” calore, CO2, H2O, NH3 ( urea)

UTILIZZAZIONE D’ENERGIA A RIPOSO organo

fegato

sistema nervoso 3% peso corporeo

muscolo

stomaco e intestino

cuore

rene

polmoni

altro

Na/K ATPasi

sintesi proteine

miosina ATPasi

calcio ATPasi

ciclo dei substrati

alltro

consumo ATP

METABOLISMO

VIA METABOLICA - METABOLITA- ENERGIA

CATABOLISMO - REAZIONI ESOERGONICHEDEGRADAZIONEDEIDROGENAZIONE (NAD+, NADP+, FAD)PRODUZIONE DI ATP

ANABOLISMO - REAZIONI ENDOERGONICHESINTESIIDROGENAZIONE (NADPH + H+) CONSUMO DI ATP

Metaboliti in comune Meccanismi di controllo regolano il flusso metabolico Diversa localizzazione cellulare e d’organo

DEIDROGENASI

NAD+ NADH + H+

NON LEGATO COVALENTEMENTE

OSSIDA: ALCOL ALDEIDE/CHETONE ACIDO

NADP+ NADPH + H+

FAD FADH2 LEGATO COVALENTEMENTE ( enzima di membrana, esempio Complesso II)

OSSIDA: IDROCARBURO saturo IDROCARBURO insaturo (+ H2O ALCOL)

Componenti della DIETANUTRIENTI:glucidi, lipidi, proteine, vitamine, minerali

NUTRIENTI ESSENZIALI L’organismo è incapace di sintetizzarli e devono essere assunti con la dietaacidi grassi 6 ed 3, alcuni amminoacidi, minerali,quasi tutte le vitamine

DIETA

BIOSINTESI

RISERVE

Il nutriente per essere utilizzato deve prima subire i processi di

- Digestione

Polimero monomero - per scissione idrolitica

- Assorbimento

lume intestinale enterocita circolo (plasma, linfa)

MALASSORBIMENTO Difetti digestione /assorbimento

DIGESTIONE

BOCCA saliva: digestione amido (-amilasi)

STOMACO digestione proteine (e trigliceridi)- HCl - zimogeni ed enzimi (pepsinogeno) - fattore intrinseco (assorbimento vit B12)

INTESTINO TENUE digestione proteine, carboidrati, lipidi bile - funzione digestiva, HCO3

-, sali biliari-funzione escretoria ( sostanze lipofile, quali pigmenti biliari, farmaci)

secrezione pancreatica: HCO3-, zimogeni ed enzimi

COLON fermentazione batterica

secrezione conseguenze

—————————————————————————

HCl assorbimento ferro (anemia)

fattore intrinseco assorbimento vit B12

sali biliari assorbimento lipidi e vit liposolubili

enzimi pancreatici digestione di tutti gli alimenti

ALTERAZIONI

unica fonte energetica utilizzabile in assenza di O2

fonte obbligata per eritrocita

fonte di energia per il sistema nervoso strettamente aerobica

fonte energetica di riserva scarsa rispetto ai trigliceridi ma prontamente utilizzabile-glicogeno epatico (50-100 g sufficienti per 8-12 h, a riposo)-glicogeno muscolare (400 g totali)

facilita il metabolismo lipidico con scarso glucosio (es digiuno) si formano i corpi chetonici

risparmia le proteinein assenza di glucosio si ha biosintesi di glucosio - gluconeogenesi -da glicerolo ed amminoacidi

glucosio vs acido grasso

FONTI DI GLUCOSIO

DIETAAMIDO, saccarosio, lattosio

RISERVE Glicogeno epatico

BIOSINTESIGluconeogenesi epatica

80% amilopectina legame 1-4 ed 1-6

-amilasi salivare-amilasi pancreatica endoglicosidasi

20% amiloso legame 1-4

AMIDO ALIMENTARE

maltosio G–G

maltotrioso G–G–G

idrolizza legame 1-4

POLISACCARIDI

Cellulosa: non sintetizziamo enzimi in gradi di idrolizzare il legame Glu 1-4 Glu

destrinaG–G

G–G–G

DISACCARIDI: idrolizzati da enzimi sintetizzati dall’enterocita e

siti sulla membrana plasmatica

-glicosidasi

maltasi scinde legame Glu 1-4 Glu

saccarasi scinde legame Glu 1-2 Fru

isomaltasi scinde legame Glu 1-6 Glu

-galattosidasi

lattasi scinde legame Gal 1-4 Glu

IPOLACTASIA: Polimorfismo genetico porta a

Fenotipo “non persistente”: adulto cala al 10%, stato ancestrale normale nei mammiferi

Fenotipo “persistente”: stessi livelli nell’adulto -popolazione nord Europa e

area mediterranea - (mutazione 6.000-9.000 anni fa con la pastorizia; per favorire assorbimento di calcio nei popoli nordici)

Trasporto attivo contro gradiente

cotrasportatore Na+/glucosio (SGLT1)

Trasporto mediato secondo gradiente

trasportatori del glucosio GLUT

ASSORBIMENTO dei MONOSACCARIDIm

emb

rana

ba

so

-late

rale

mem

bra

na

apic

ale

GLUT2

GLUT5

SGLT1

Na+/K+-ATPasi

Glu

Gal

Na+

Fru

glicemia dopo digiuno notturno ~ 5 mM (80 mg/dL)

3,5 mM (digiuno prolungato) 7,2 mM (ricco pasto glucidico)

glicosuria 9-10 mM

Metabolismo glucidico regolato da ormoni

insulina: ipoglicemizzante

glucagone, cortisolo, adrenalina: iperglicemizzanti

danno da eccesso di glucosio

il gruppo aldeidico è un gruppo reattivo che porta a

- glicazione non enzimatica di proteine il gruppo aldeidico reagisce con il gruppo amminico di proteine il livello di Hb glicosilata è un indice del controllo glicemico

- autoossidazione e formazione di ROS (specie reattive dell’ossigeno)

GLUT proteine di trasporto di glucosio attraverso la membranaTrasporto bidirezionale, indipendente da ATP

finora identificate 12 isoforme (GLU1 GLUT12 da geni diversi)

GLUT1 eritrocita, ubiquitario insulina indipendenteGLUT2 intestiono, fegato, isole pancreatiche insulina indipendente GLUT3 cervello insulina indipendenteGLUT4 muscolo, tessuto adiposo regolato dall’insulinaGLUT5 intestino (specifico per fruttosio)

Isoforme diverse per specificità di substrato e parametri cinetici

GLUT1 Km 3 mMGLUT2 Km 17 mM - bassa affinità mai saturo, flusso lineare con

concentrazione di GluGLUT3 Km 1,7 mM - alta affinità, saturo anche a basse conc GluGLUT4 Km 5 mM

GLUT 4 - riserva intracellulare. In seguito allo stimolo dell’insulina, GLUT4 va incontro a rapida traslocazione sulla membrana, con aumento dell’attività di trasporto

Trasporto descritto da una funzione Michaelis - Menten

Gex + T GT Gint + T

con una cinetica di saturazione

V = Vmax –––––––– Vmax = kcat TGex

Km + Gex

specifico e dipende daLivello del trasportatoreAffinità del trasportatore per il glucosioCapacità di turnover del trasportatore

A B

B: Parte iniziale ingrandita delle curve Anella curva con alta Km (in rosso ) la parte iniziale appare rettilinea

Risultato: trasporto mediato ma velocità indipendente dal trasportatore e dipendente dal gradiente di concentrazione (come nel trasporto passivo)

v

Cex

v

Cex

ESOCHINASI alta affinità (Km = 0,1 mM) cervello, muscolo, ubiquitaria- funziona in presenza di bassa disponibilità di glucosio- non specifica- inibita dal prodotto G6P

GLUCOCHINASI epatica bassa affinità (Km = 5 mM)- funziona in presenza di alta disponibilità di glucosio- specifica per il glucosio- non inibita dal prodotto G6P- inducibile (ormoni, dieta)

insulina glucosio digiuno diabete (conseguente alta glicemia)

qualunque sia il destino metabolico G + Mg-ATP G6P(glicogenosintesi, glicolisi, via dei pentosiP, ac glucuronico)

G6P FOSFATASI epatica G6P + H2O G + Pi

CONTROLLO GLICEMIA

G6P punto di arrivo di glicogenolisi e gluconeogenesi

GLICOLISI

GLICOLISI

unica via in grado di produrre ATP in assenza di O2

tramite

FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO

Resa energetica della glicolisi anaerobica:

5% rispetto alla fosforilazione ossidativa ma più rapida

Matthews -van Holde

ESISTONO DUE MECCANISMI PER LA SINTESI DELL’ATP

MITOCONDRIALEfosforilazione ossidativa: richiede gradiente di membrana

CITOPLASMATICAfosforilazione a livello del substrato: avviene in soluzione, pertanto il legame ad alta energia deve essere trasferito direttamente da un composto ad un altro

Intermedi della glicolisi sono 2 composti fosforilati con Go’ di idrolisi più esoergonico del legame fosfoanidridico presente nell’ ATP ( -31 KJ/mol)

fosfo enolpiruvato (Go’ di idrolisi = - 62 KJ/mol)

1-3 bis fosfoglicerato (Go’ di idrolisi = - 49 KJ/mol)

LEGAMI AD “ALTA ENERGIA”

legami la cui idrolisi è fortemente esoergonica > 25 kJ/mol

Fosfo anidrideFosfo guanidinaAcil fosfatoEnol fosfato

- 62 enol-fosfato

- 49 acil-fosfato

-31 fosfo-anidride

-14 estere

-10 estere

Go’ di idrolisi (KJ/mol)

N.B. le tappe della glicolisi sono reversibili tranne la 1, 3 e 10

Le tappe reversibili sono pertanto utilizzate anche per il processo di

gluconeogenesi