Transcript - Isiss Ronca

GENERALITA’ SUL METABOLISMO
DIGESTIONE e ASSORBIMENTO dei CARBOIDRATI
GLICOLISI
ENERGIA per
Ø  gradiente elettrochimico (Na+/K+ ATPasi)
Ø  processi biosintetici (es. sintesi proteica)
Ø  trasporto transmembrana di molecole
Ø trasduzione del segnale
Ø  lavoro meccanico (respirazione, contrazione cardiaca,
contrazione muscolare)
FONTI DI ENERGIA
- carboidrati g GLUCOSIO
- trigliceridi g ACIDI GRASSI
- scheletro carbonioso degli amminoacidi
RESA ENERGETICA ~ 35 %
“SOTTOPRODOTTI”
calore, CO2, H2O, NH3 (g urea)
UTILIZZAZIONE D’ENERGIA A RIPOSO
organo
consumo ATP
fegato
Na+/K+ ATPasi
sistema nervoso
sintesi proteine
3% peso corporeo
muscolo
stomaco e intestino
cuore
rene
miosina ATPasi
calcio ATPasi
ciclo dei substrati
altro
polmoni
altro
l’area indica la % di utilizzo
METABOLISMO
VIA METABOLICA
- METABOLITA
- ENERGIA
CATABOLISMO - REAZIONI ESOERGONICHE
DEGRADAZIONE
DEIDROGENAZIONE (tramite NAD+, NADP+, FAD)
PRODUZIONE DI ATP
ANABOLISMO - REAZIONI ENDOERGONICHE
SINTESI
IDROGENAZIONE (tramite NADPH)
CONSUMO DI ATP
§  Catabolismo ed anabolismo hanno metaboliti comuni
§  Meccanismi di controllo regolano il flusso metabolico
§  Diversa localizzazione cellulare e d’organo
DEIDROGENASI
FMN D FMNH2
FAD D FADH2
è legato all’enzima (anche covalentemente)
OSSIDA:
idrocarburo saturo g idrocarburo insaturo (+ H2O g alcol)
Cofattore anche di ossidasi FADH2 + O2 g FAD + H2O2
NAD+ D NADH + H+
non è legato all’enzima
OSSIDA:
alcol g aldeide/chetone
aldeide g acido
NADP+ D NADPH + H+
I nutrienti necessari per la produzione di energia
possono derivare dalla
Ø  DIETA
Ø  BIOSINTESI
Ø  RISERVE
Componenti della DIETA
NUTRIENTI:
glucidi, lipidi, proteine, vitamine, minerali
NUTRIENTI ESSENZIALI
L’organismo è incapace di sintetizzarli e devono essere
assunti con la dieta
acidi grassi ω6 ed ω3, alcuni amminoacidi, minerali,
quasi tutte le vitamine
Il nutriente per essere utilizzato deve prima subire i processi di
- DIGESTIONE
Polimero g monomero - per scissione idrolitica
-  ASSORBIMENTO
lume intestinale g enterocita g circolo (plasma, linfa)
MALASSORBIMENTO
Difetti digestione /assorbimento
DIGESTIONE
BOCCA saliva: digestione amido (α-amilasi)
STOMACO digestione proteine (e trigliceridi)
-  HCl
-  zimogeni ed enzimi (pepsinogeno)
-  fattore intrinseco (assorbimento vitamina B12)
INTESTINO TENUE digestione proteine, carboidrati, lipidi
Ø  bile
- funzione digestiva, HCO3-, sali biliari
- funzione escretoria (sostanze lipofile, quali pigmenti biliari,
farmaci)
Ø  secrezione pancreatica: HCO3-, zimogeni ed enzimi
COLON fermentazione batterica
ALTERAZIONI
Ü  secrezione
conseguenze
—————————————————————————
HCl
Ü assorbimento ferro (anemia)
fattore intrinseco
Ü assorbimento vit B12
sali biliari
Ü assorbimento lipidi e vit liposolubili
enzimi pancreatici
Ü digestione di tutti gli alimenti
glucosio vs acido grasso
unica fonte energetica utilizzabile in assenza di O2
fonte obbligata per eritrocita che manca di mitocondri
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 proteine
in assenza di glucosio si ha biosintesi di glucosio - gluconeogenesi da glicerolo ed amminoacidi
FONTI DI GLUCOSIO
DIETA
AMIDO (cereali, legumi, patate, …)
saccarosio (frutta)
lattosio (circa 50 g/litro latte vaccino)
RISERVE
Glicogeno epatico
BIOSINTESI
Gluconeogenesi epatica a partire da precursori non
glucidici
Queste fonti permettono una costante disponibilità di
glucosio nel sangue, che è mantenuta entro una
concentrazione (4,5-5 mM) strettamente regolata
POLISACCARIDI
AMIDO
20% amiloso
legame α1¦4
80% amilopectina
legame α1¦4 e α1¦6
α-amilasi salivare
α-amilasi pancreatica
Endoglicosidasi: idrolizzano
il legame α1¦4
maltosio G–G
maltotrioso G–G–G
G–G α destrina
G–G–G
Cellulosa: l’uomo non sintetizza enzimi in gradi di idrolizzare
il legame Glc (β1¦4) Glc
DISACCARIDI (OLIGOSACCARIDI prodotti dalla
digestione dell’amido)
idrolizzati da enzimi sintetizzati dall’enterocita e siti sulla
membrana plasmatica dell’enterocita, con il sito attivo
esposto all’esterno verso il lume intestinale
α -glicosidasi
maltasi
scinde legame Glc (α1¦4) Glc
saccarasi
scinde legame Glc (α1¦2) Fru
isomaltasi
scinde legame Glc (α1¦6) Glc
β-galattosidasi
lattasi
scinde legame Gal (β1¦4) Glc
per intolleranza alimentare si intende una carenza enzimatica
Polimorfismo genetico porta a
Fenotipo “non persistente”: nell’ adulto diminisce all’1-5%. Stato
ancestrale, è la norma nei mammiferi e nell’uomo (per cui improprio
parlare di carenza)
Fenotipo “persistente”: alti livelli nell’adulto
popolazioni nord Europa e area mediterranea - (mutazione 6.000-9.000
anni fa con la pastorizia; per favorire assorbimento di calcio nei popoli
nordici)
ampia variabilità
Danesi 97%
Indiani 45%
Neri americani 20%
Filippini 5%
lattosio: fermentato dalla flora intestinale
diarrea
richiamo di liquidi per effetto osmotico
distensione parete intestinale ed aumento della peristalsi
malassorbimento di altri nutrienti
ASSORBIMENTO dei MONOSACCARIDI
TRASPORTO ATTIVO
contro gradiente
cotrasportatore Na+/glucosio SGLT
intestino, rene
per il riassorbimento renale
Gal
Na+
Fru
S
G
L
T
trasportatori del glucosio GLUT
tutti i tessuti
enterocita
G
L
U
T
5
Na+/K+-ATPasi
G
L
U
T
2
membrana baso-laterale
membrana apicale
Glc
TRASPORTO MEDIATO
secondo gradiente
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 e conseguente
alterata funzionalità
il gruppo aldeidico reagisce con il gruppo amminico di proteine
il livello di Hb glicosilata è un indice del controllo glicemico
- auto ossidazione e formazione di ROS (specie reattive
dell’ossigeno)
N.B. Glicazione ≠ glicosilazione
Glicosilazione: processo biologico sotto il controllo di specifici enzimi
(nel R.E.)
Glicazione: reazione chimica non controllata e dannosa
GLUT proteine di trasporto di glucosio attraverso la membrana
Trasporto bidirezionale, indipendente da ATP
finora identificate >12 isoforme (da geni diversi)
GLUT1
GLUT2
GLUT3
GLUT4
GLUT5
eritrocita, ubiquitario
intestino, fegato, cellule β pancreas
cervello, placenta
muscolo, tessuto adiposo
specifico per il fruttosio
insulina indipendente
insulina indipendente
insulina indipendente
regolato dall’insulina
SCOPO : REGOLARE LA CAPTAZIONE DI GLUCOSIO DA PARTE
DEI DIVERSI TESSUTI IN FUNZIONE DE LIVELLI EMATICI
1° livello di regolazione tramite le isoforme
Isoforme diverse per specificità di substrato e parametri cinetici
GLUT1 Km 3 mM
GLUT2 Km 17 mM
trasporto basale di Glc nella maggior parte dei tessuti
bassa affinità mai saturo, flusso lineare con
concentrazione di Glc
nel pancreas: sensore livelli di glucosio ematico e secrezione insulina
Km 1,7 mM alta affinità, saturo anche a basse concentraz Glc
GLUT3
GLUT4 Km 5 mM
GLUT 4 - riserva intracellulare. 2° meccanismo di regolazione
Nel muscolo e nel tessuto adiposo:
rimuove l’ecceso di glucosio dopo pasto abbondante
Muscolo
GLUT 4 immagazzinato dentro
vescicole intracellulari
In seguito allo stimolo dell’insulina e/
o dell’esercizio fisico, GLUT4 va
incontro a rapida traslocazione sulla
membrana, con aumento dei
trasportatori sulla superficie ed
aumento dell’attività di trasporto.
L’insulina stimola anche la sintesi ex
novo
alterata risposta all’insulina: ridotta assunzione del glucosio
da parte dei tessuti periferici ed iperglicemia
Trasporto descritto da una funzione Michaelis - Menten
Gex + T D GT " Gint + T
con una cinetica di saturazione
Gex
V = Vmax ––––––––
Km + Gex
Vmax = kcat T
specifico e dipende da
- Quantità di trasportatore
- Affinità del trasportatore per il glucosio
- Capacità di turnover del trasportatore
B
velocità
velocità
A
concentrazione
concentrazione
B: Parte iniziale ingrandita delle curve A
nella 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)
qualunque sia il destino metabolico G + Mg-ATP g G6P
(glicogenosintesi, glicolisi, via dei pentosiP, ac glucuronico)
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)
h insulina h glucosio
i digiuno i diabete (conseguente alta glicemia)
G6P punto di arrivo di glicogenolisi e gluconeogenesi
G6P FOSFATASI epatica
G6P + H2O g G + Pi
CONTROLLO GLICEMIA
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
MITOCONDRIALE
fosforilazione ossidativa: richiede gradiente di membrana
CITOLASMATICA
fosforilazione a livello del substrato: avviene in
soluzione, pertanto il legame ad alta energia deve essere
trasferito direttamente da un composto ad un altro
LEGAMI AD “ALTA ENERGIA”
legami la cui idrolisi è fortemente esoergonica > 25 kJ/mol
Fosfo anidride
Fosfo guanidina
Acil fosfato
O–
NH2+
O = P ∼ NH – C – N – CH2 – COO–
O–
CH3
CREATINA
arginina
glicina
metionina
Enol fosfato
Intermedi della glicolisi sono 2 composti fosforilati con
ΔGo’ di idrolisi più esoergonico del legame
fosfoanidridico presente nell’ ATP ( -31 KJ/mol)
fosfo enolpiruvato (ΔGo’ di idrolisi = - 62 KJ/mol)
1-3 bis fosfoglicerato (ΔGo’ di idrolisi = - 49 KJ/mol)
ΔGo’ di idrolisi (KJ/mol)
-  62
enol-fosfato
-  49
acil-fosfato
-31 fosfo-anidride
- 14
estere
- 10
estere
N.B. le tappe della glicolisi sono
reversibili tranne la 1, 3 e 10
come indicato dalla freccia
unidirezionale dello schema
Le tappe reversibili sono pertanto
utilizzate anche per il processo di
gluconeogenesi