Vitamine: generalità Vitamine liposolubili A, D, E,

KMeccanismo della visione

CalcioCoagulazione del sangue

VITAMINE

Micronutrienti organici, richiesti in quantità pari a milligrammi o microgrammi

Per la maggior parte dovono essere introdotte con la dieta (non sintetizzate o sintetizzate in parte dall’organismo)

Non vengono usate per produrre energia né per usi strutturali

• fanno parte di coenzimi,• sono precursori di ormoni, • agiscono da antiossidanti, • partecipano come substrati a reazioni specifiche

Le VITAMINE sono classificate in LIPOSOLUBILI ed IDROSOLUBILI sulla base della loro insolubilità o solubilità in acqua

La denominazione con le lettere dell’alfabeto ha origini storiche

1910-20 - isolate sostanze che in piccola quantità erano necessarie per prevenire malattie e denominate sostanza liposolubile - fattore A sostanza idrosolubile - fattore B

fattore A suddiviso in A - fattore della crescita - visione notturna D - antirachitica

fattore B suddiviso in B - fattore anti beri beri C - fattore antiscorbuto

1915fattore B ulteriormente suddiviso in B1 - fattore anti beri beri B2 - altre vitamine del complesso B

13 vitamine sono essenziali per l’uomoLIPOSOLUBILIVitamina A - retinoloVitamina D - colecalciferolo (malattia da carenza: rachitismo)Vitamina E - tocoferoloVitamina K - fillochinone

IDROSOLUBILIVitamina C - acido ascorbico (malattia da carenza: scorbuto)

Vitamina B1 - tiamina (malattia da carenza: beri-beri)Vitamina B2 - riboflavinaVitamina B3 - niacina (acido nicotinico ed ammide) (carenza: pellagra)Vitamina B5 - acido pantotenicoVitamina B6 - piridossina, piridossale, piridossammina Vitamina B7 - biotinaFolati Vitamina B12 - cobalammina (malattia da carenza: anemia perniciosa)

Vitamine del complesso B: sintetizzate dai vegetali tranne la B12 sintetizzata solo da batteri

Vitamina A

CAROTENOIDI (costituiti da 8 unità isopreniche)I carotenoidi sono presenti nelle piante; alcuni hanno attività vitaminica e sono denominati provitamina ASi trovano negli alimenti di origine vegetale (frutta, verdura, olio d’oliva)

VITAMINA A o retinolo (costituito da 4 unità isopreniche)Si trova negli alimenti di origine animale (fegato, olio di pesce, pesce, latte non scremato, burro, tuorlo)

principaleprovitamina: beta carotene

CC

CH3

CH3 CH3

CH3 CH3

Struttura chimica: dimero della vitamina A

ma da un punto di vista metabolico la bioconversione si assume di 1:12

tutto-trans retinolo

(forma alcolica)

Vitamina

anello -iononico essenziale per l’attività; è presente nei carotenoidi con attività provitaminica

COOHacido retinoico

Ligando di fattori di trascrizione

retinale

(forma aldeidica)

Ruolo nella visione

Il gruppo alcolico è esterificato da acidi grassi (in genere acido palmitico) nella forma di riserva della vitamina

CHO

CH2OHLe linee rosse evidenziano le 4 unità isopreniche

retinolo deidrogenasi + NAD (reazione reversibile di ossidazione ad aldeide)

retinale deidrogenasi + NAD (reazione irreversibile di ossidazione ad acido)

RODOPSINA (pigmento dei bastoncelli deputati alla visione notturna ) opsina (apoproteina) + fotorecettore legato tramite base di Schiff con lisina (Lys 296)

praticamente non vi è isomerizzazione spontanea e quindi il rumore di fondo è molto basso; ciò permette di percepire anche pochi fotoni

molto veloce: 10-12 s

assorbe luce di 500 nm

Fotoisomerizzazione 11cis retinale -> tutto trans retinale

FUNZIONI I. PERCEZIONE VISIVA

Sintesi delle rodopsina a partire dalla vitamina A

Ciclo retinoideCiclo retinoide: via enzimatica che rigenera 11cis retinale: via enzimatica che rigenera 11cis retinale

Per esportare il retinale dal bastoncello alle cellule epitelialiMUTAZIONE: degenerazione maculare di Stargardt

Rodopsina

trans retinale

trans retinolo

trans retinolo estere

luce

11 cis retinolo

11 cis retinale opsina

Reduttasi NADPH

Lecitina retinol acil transferasiMUTAZIONE : retinite pigmentosa

trasportatore

Isomerasi

Deidrogenasi NAD+

La rigenerazione avviene al buio, nelle cellule epiteliali adiacenti ai fotorecettori

trasportatore

II. FUNZIONE TRASCRIZIONALE

Lega fattori di trascrizione: Recettori dell’ Acido Retinoico (RXR)

RXR forma eterodimeri con i recettori per- ormoni steroidei- Vit D - ormoni tiroidei

.

Anche questi recettori sono fattori trascrizionali attivati dal legame con l’ormone e dalla dimerizzazione con RXR, con conseguente inibizione o attivazione di specifici geni

Questo spiega i numerosi fenomeni biologici in cui è coinvolta la vitamina A

Base molecolare per il ruolo fisiologico neldifferenziamento, proliferazione, sviluppo embrionale.

vitamina D

VITAMINA D

FONTI

- sintesi endogena: esposizione alla luce solare- dieta (necessita di lipidi e sali biliari per l’assorbimento)

FUNZIONI dell’ormone: agisce a livello trascrizionale• omeostasi del calcio, in particolare assorbimento

a livello intestinale: geni codificanti per il trasportatore del calcio e per la “proteina legante il calcio“

• mineralizzazione ossea• secrezione dell’insulina• crescita, differenziamento • sistema immunitario

PRECURSORE dell’ormone steroideo 1,25-diidrossi colecalciferolo

HO

HO

2HC

I. PELLE

7-deidrocolesterolo

Pre-vitamina D3

LUCE SOLAREfotolisi da raggi UV280-315 nm

CH2

HOvitamina D3

colecalciferolo

cambioconformazionale

54

32

1

6

7

temp corporea 37° C

biosintesi dell’ormone 1,25-diidrossi colecalciferolo 1,25 (OH)2 D3

Vit D3

II. FEGATO 25 idrossilasi (mitocondriale o microsomiale)non regolata

25 OH D3

24,25 (OH)2 D3 1,25 (OH)2 D3

Enzima: 1 idrossilasi (mitocondriale) punto di controllo della biosintesi

se è presente ipercalcemia forma non attiva

se è presente ipocalcemia

III. RENE

paratormone

Alcune funzioni del CALCIO

Struttura (osso e denti) Coagulazione del sangue (vedi vitamina K) Contrazione muscolare Attivazione di enzimi -amilasi pancreatica, protein chinasi C,

fosfofruttochinasi Rilascio di ormoni e neurotrasmettitori

Le funzioni regolatorie prevalgono sulle funzioni scheletriche

perturbazioni nell’omeostasi sono tamponate da tessuto osseo

Scarsa tolleranza alle deviazioni di [Ca++]: Ipocalcemia: ipereccitabilità, convulsioni tetaniche

Ipercalcemia: paralisi muscolare, coma

Ormoni di controllo di [Ca++]: Ormone paratiroideo (PTH) Vitamina D

Adulto: Calcio corporeo (1000 - 1200 g )

Livello plasmatico = 10 (9-11) mg/dL (2,4 mM)

50% ione non complessato - fisiologicamente attivo

40% legato a proteine (albumina)10% sale fosfato, citrato, bicarbonato

azione concertata a livello intestinale, renale, osseo.

Azione sinergica ipercalcemizzante di - Vitamina D

- Ormone paratiroideo (PTH)

REGOLAZIONE DEL METABOLISMO DEL CALCIO

Vita D ++

Fluidoextracellulare PTH ++

PTH++

____VDRE_____ gene bersaglio

mRNA

eterodimero VDR- RXR

VDR - Recettore Vit D VDRE - Vitamin D Response Elements RXR - Recettore Acido Retinoico (derivato vitamina A)

1,25 (OH)2 D

Legata a Vit D binding protein

Proteine leganti calcioCITOPLASMA

VDRa

Acido retinoico

1,25 (OH)2 D

RXRVDRa

NUCLEO

IN CIRCOLO

+VDRi

Il legame della vit D induce cambio conformazionale ed attivazione del “recettore per la vit D” che quindi trasloca nel nucleo dove si lega a specifiche sequenze del promotore

ASSORBIMENTO DEL CALCIO

A livello del duodeno, digiuno, ileo, colon (4%) Assorbito il 20-30% del calcio assunto - nei bambini fino al 70%

trasporto dal lume intestinale all’eneterocitaATTIVO transcellulare, saturabile (sotto il controllo di 1,25(OH)2D) . transito nell’enterocita (è la tappa limitante).

tramite Calcium Binding Protein (CBP) (sotto il controllo di 1,25(OH)2D)

• estrusione dalla cellula intestinale tramite Ca ATPasi e scambio Ca/Na

RACHITISMO: bambinoDeficiente mineralizzazione con deformità delle ossa

sconosciuto nei paesi tropicali, scandinavi, esquimesinell’ 800 trattato con olio di fegato di pesce e esposizione al sole,nel 1930 identificata la vitamina

OSTEOMALACIA: adulto

osteopenia con aumentato rischio di frattura ed un diffuso dolore osseo

- anche per mancata sintesi dell’ormone o mancata risposta ormonale

CARENZA di Vit D

Vitamina E

VITAMINA E

scoperta nel 1922 nei vegetali verdi (è sintetizzata solo dalle piante fotosintetiche) e denominata vit E

quindi messa in relazione con la fertilità e chiamata tocoferolo: tokos (nascita) phero (porto) olo (alcol)

STRUTTURA CHIMICAanello funzionale fenolico

con una catena laterale isoprenica

-tocoferolo

FONTI: soprattutto in alimenti di origine vegetale, olio di oliva, noci, mandorle, vegetali verdi

LOCALIZZAZIONE: zone ricche in lipidi quali membrane cellulari, lipoproteine, depositi di grasso

FUNZIONE protezione da auto-ossidazione degli acidi grassi polinsaturi.

previene ossidazione lipoproteine (LDL)

MECCANISMO: antiossidante che interrompe la catena di radicali che reagiscono più velocemente con la vi tE che con acidi grassi

ROO• + Vit E-OH Vit E-O• + ROOH

Vi E-O• reagisce con vitamina C o altro donatore di di idrogeno e ridiventa Vit E-OH

Vitamina K

VITAMINA K: naftochinone con una catena laterale poli-isoprenica

6-11

fillochinone, sintetizzata dalle piante

menachinone, sintetizzato dai batteri della flora intestinale

forma sintetica farmacologica, non attiva come tale, ma viene isoprenilata dall’organismo

menadione

Dicumarolo

Dicumarolo: antivitamina presente in alcune piante; inibitore della reduttasi che rigenera la forma atttiva della vitamina (vedi diapositiva successiva)

Farmaci con azione antivitaminica

• anticoagulanti: warfarina• antibiotici: cefalosporina inibitore della vit k-epossido reduttasi

proteina-HN-CH- CO-proteina

ICH2

I CH-COO–

ICOO– Gla

Modificazione post-sintetica di proteine

FUNZIONE BIOCHIMICA cofattore di carbossilasi per la sintesi dell'acido -carbossiglutammico (Gla)a partire dall’acido glutammico di proteine

La forma funzionale è l’idrochinone che nell’attività catalitica è ossidato a chinone, e quindi rigenerato da reduttasi NADPH dipendente. Inibitori della reduttasi sono anticoagulanti.

La vitamina K interviene come fattore antiemorragico nella coagulazione del sangue.

La coagulazione implica una attivazione a cascata di enzimi proteolitici già presenti nel plasma come precursori inattivi: la specifica proteolisi rende attivo il fattore (reazione finale: fibrinogeno fibrina)

In tale processo le proteine che hanno Gla legano il Ca2+ che si lega anche ai fosfolipidi negativi della superficie delle piastrine attivate; tale legame è indispensabile per subire l’attivazione

I fattori della coagulazione vit K-dipendenti sono:Protrombina Fattore VIIFattore IXFattore X

In assenza di Ca2+ non si legano alle piastrine attive e non vengono trasformati nella forma attiva dall’enzima proteolitico di cui sono substrato

L’amminoacido Gla, avendo due cariche negative, lega bene il calcio ionizzato (Ca2+) con 2 cariche positive

Fattore XII XIIa

Fattore XI (Ca2+, FL) XIa

Fattore IX (Ca2+, FL) IXa

Fattore VIII VIIIa

Fattore V VaFattore X (Ca2+, FL) Xa

XIIIa Fattore XIII

monomero di fibrina fibrinogeno

Protrombina (Ca2+, FL) trombina

polimero di fibrina (insolubile)

VIIa (Ca2+, FL) Fattore VII

VIA INTRINSECA

VIA ESTRINSECA

Ca2+ fattore IVFL: fosfolipidi delle piastrine attivate

In rosso: enzimi proteoliticiIn verde: fattori attivanti

La TROMBINA è una proteasi specifica che idrolizza il legame Arg-Gly

La trombina ha un ruolo centrale agendo su diversi fattori ed amplificando il processo

Fibrinogeno fibrinaXIII XIIIa (fattore regolatorio)VIII VIIIa(fattore regolatorio)V Va(fattore regolatorio)VII VIIa (proteasi)

protrombina

582

A

B

323 Arg -Ile

274 Arg-Thr

S

S

Gla

Il fattore Xa scinde i due legami

e forma la trombina, costituita dalle due subunità A e B legate da ponte disolfuro

1

La scissione avviene in presenza di legame della protrombina a Ca2+ e fosfolipidi di membrana di piastrine attivate, tramite i residui di GLA, presenti nella parte N-terminale che viene persa nella trombina

fibrinogeno

fibrina

- - -

Il fibrinogeno (AB)2 ha carica negativa che impedisce interazione con altre molecole di fibrinogeno.La trombina elimina i fibrinopeptidi altamente negativi, creando un centro positivo che permette l’interazione tra i monomeri di fibrina ()2

- + - + - + -

- + - + -

ANTITROMBINAProteina plasmatica: inibisce la trombina legandosi con un complesso 1:1

EPARINA: si lega alla antitrombina e ne aumenta l’attività di centinaia di volte

Il legame ionico viene quindi stabilizzato dalla formazione di legami covalenti fra le catene laterali per azione del fattore XIIIa