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Università di Roma TOR VERGATA
CL 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
consumo ATP
fegato
Na/K ATPasi
sistema nervoso
sintesi proteine
3% peso corporeo
muscolo
miosina ATPasi
stomaco e intestino
calcio ATPasi
cuore
ciclo dei substrati
rene
polmoni
altro
alltro
METABOLISMO
VIA METABOLICA
- METABOLITA
- ENERGIA
CATABOLISMO - REAZIONI ESOERGONICHE
DEGRADAZIONE
DEIDROGENAZIONE (NAD+, NADP+, FAD)
PRODUZIONE DI ATP
ANABOLISMO - REAZIONI ENDOERGONICHE
SINTESI
IDROGENAZIONE (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)
 DIETA
 BIOSINTESI
 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 6 ed 3, alcuni amminoacidi, minerali,
quasi tutte le vitamine
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
ALTERAZIONI
 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
glucosio vs acido grasso
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 proteine
in assenza di glucosio si ha biosintesi di glucosio - gluconeogenesi da glicerolo ed amminoacidi
FONTI DI GLUCOSIO
DIETA
AMIDO, saccarosio, lattosio
RISERVE
Glicogeno epatico
BIOSINTESI
Gluconeogenesi epatica
POLISACCARIDI
AMIDO ALIMENTARE
20% amiloso
legame 1-4
80% amilopectina
legame 1-4 ed 1-6
-amilasi salivare
-amilasi pancreatica
endoglicosidasi
idrolizza legame 1-4
maltosio G–G
maltotrioso G–G–G
G–G
 destrina
G–G–G
Cellulosa: non sintetizziamo enzimi in gradi di idrolizzare
il legame Glu 1-4 Glu
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)
ASSORBIMENTO dei MONOSACCARIDI
Glu
Gal
Na+
Fru
S
G
L
T
1
G
L
U
T
5
Trasporto mediato
secondo gradiente
trasportatori del glucosio GLUT
G
L
U
T
2
Na+/K+-ATPasi
membrana baso-laterale
membrana apicale
Trasporto attivo
contro gradiente
cotrasportatore Na+/glucosio
(SGLT1)
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 membrana
Trasporto bidirezionale, indipendente da ATP
finora identificate 12 isoforme (GLU1  GLUT12 da geni diversi)
GLUT1 eritrocita, ubiquitario
GLUT2 intestiono, fegato, isole pancreatiche
GLUT3 cervello
GLUT4 muscolo, tessuto adiposo
GLUT5 intestino (specifico per fruttosio)
insulina indipendente
insulina indipendente
insulina indipendente
regolato dall’insulina
Isoforme diverse per specificità di substrato e parametri cinetici
GLUT1 Km 3 mM
GLUT2 Km 17 mM
- bassa affinità mai saturo, flusso lineare con
concentrazione di Glu
GLUT3 Km 1,7 mM - alta affinità, saturo anche a basse conc Glu
GLUT4 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
Gex
V = Vmax ––––––––
Km + Gex
Vmax = kcat T
specifico e dipende da
Livello del trasportatore
Affinità del trasportatore per il glucosio
Capacità di turnover del trasportatore
B
A
v
v
Cex
Cex
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  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)
 insulina  glucosio
 digiuno  diabete (conseguente alta glicemia)
G6P punto di arrivo di glicogenolisi e gluconeogenesi
G6P FOSFATASI epatica
G6P + H2O  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
CITOPLASMATICA
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
Enol fosfato
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)
Go’ 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
Le tappe reversibili sono pertanto
utilizzate anche per il processo di
gluconeogenesi