Bioch4 - Sezione H
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LA DIGESTIONE L'apparato digerente è l'insieme degli organi che svolgono il processo digestivo. In questo processo gli alimenti vengono assunti, elaborati ed assorbiti, con l'eliminazione attraverso le feci delle sostanze non assimilabili. La funzione dell’apparato digerente è quella di trasformare gli alimenti in sostanze solubili che possono essere assorbite attraverso i tessuti. Questo risultato è ottenuto mediante due tipi di azione: MASTICAZIONE: il cibo viene triturato dai denti MECCANICA RIMESCOLAMENTO: le pareti muscolari dello stomaco impastano il cibo con i succhi gastrici PERISTALSI: movimento ondulatorio della muscolatura dell’apparato digerente che fa avanzare il cibo lungo le sue varie sezioni CHIMICA Polisaccaridi Zuccheri Proteine Amminoacidi Trigliceridi Acidi grassi + glicerolo in bocca…… La porta d’ingresso dell’apparato digerente è la bocca: il cibo viene triturato dai denti e mescolato alla saliva che contiene la ptialina enzima che trasforma gli amidi in destrine e maltosio. Saliva: 99.5% acqua Sali inorganici ptialina pH 6.4-7.0 Amido Amilopectina Destrina Il prodotto finale prende il nome di bolo e attraverso l’esofago giunge nello stomaco. Il rigurgito è impedito da un anello muscolare detto cardias. nello stomaco…… Lo stomaco grazie alla contrazione dei suoi tre strati muscolari (longitudinale, circolare e trasversale) mescola il bolo con i succhi gastrici costituiti da: ACIDO CLORIDRICO Attiva il pepsinogeno a pepsina ambiente ottimale per l’azione della pepsina denatura le proteine rende più solubili alcuni minerali come il calcio ed il ferro distrugge i microorganismi (barriera gastrica) PEPSINA inizia la digestione delle proteine è secreta come pepsinogeno dalle cellule adelomorfe presenti nelle ghiandole della mucosa gastrica MUCO protegge le pareti dello stomaco dalla forte acidità nell’intestino tenue……. Il bolo così trattato diviene una massa semiliquida detta CHIMO e viene spinto dalla peristalsi nell’intestino tenue attraverso una valvola muscolare: il piloro L’intestino tenue è lungo circa 6 metri ed e suddiviso in tre parti: DUODENO, DIGIUNO, ILEO. Ha una duplice funzione: o nel primo tratto si completa la digestione degli alimenti o nel secondo tratto si ha principalmente l’assorbimento dei prodotti della digestione. Nel duodeno il chimo viene mescolato con: LA BILE : prodotta dal fegato viene raccolta nella cistifellea collegata al duodeno per mezzo del dotto biliare; contiene i sali biliari IL SUCCO PANCREATICO: prodotto dal pancreas viene riversato nel duodeno attraverso il dotto pancreatico; contiene bicarbonato, tripsina, chimotripsina, elastasi ed esopeptidasi; amilasi pancreatica; lipasi pancreatica IL SUCCO ENTERICO: prodotto dalle pareti dell’intestino, contiene peptidasi enteriche, saccarasi, maltasi, isomaltasi, lattasi, trealasi, lipasi PROCESSI NELL’INTESTINO TENUE 1) CARBOIDRATI a. ulteriormente idrolizzati da amilasi pancreatica a monosaccaridi b. saccarasi, lattasi e maltasi contenuti nel succo enterico scindono i disaccaridi liberando i monosaccaridi costituenti 2) MOLECOLE PROTEICHE a. ulteriormente idrolizzate dalla tripsina (succo pancreatico) b. ridotte ad amminoacidi dalle peptidasi (amminopeptidasi, carbossipolipeptidasi e chimotripsina), enzimi prodotti dalla parete intestinale. 3) GRASSI a. la bile, con la sua azione emulsionante, frammenta i grassi in piccolissime gocce b. la lipasi pancreatica riduce i grassi emulsionati in acidi grassi e glicerolo. 4) ACIDI NUCLEICI a. le nucleasi scindono gli acidi nucleici LA DIGESTIONE DEI LIPIDI digestione ad opera della lipasi acidi grassi nei villi intestinali… 1. Alcuni acidi grassi, colesterolo e vitamine liposolubili sono trasportati con la linfa al dotto toracico che sbocca nella vena succlavia. 2. Monosaccaridi, amminoacidi, glicerolo, sali minerali, vitamine idrosolubili ed alcuni acidi grassi vengono portati dai capillari alla vena porta e quindi al fegato. nell’intestino crasso…… I residui non digeribili vengono spinti dalla peristalsi nell’intestino crasso. Le sue due prime porzioni (cieco e colon) hanno il compito di rimuovere l’acqua contenuta nel materiale indigerito che, poi, viene immagazzinato nel retto prima di essere espulso attraverso l’ano. I microorganismi del crasso (flora batterica) attuano: o demolizione putrefattiva o sintesi di vitamine B e K AZIONE DI ALCUNI ORMONI DIGESTIVI La digestione avviene involontariamente sotto il controllo del sistema nervoso e degli ormoni. ORMONE SORGENTE GASTRINA E’ prodotta gastrica in proteine digerite. AZIONE dalla mucosa Stimola la secrezione di presenza di succo gastrico ricco di parzialmente pepsina ed HCl PEPTIDE INIBITORE E’ formato dalla mucosa Inibisce la secrezione e la GASTRICO (GIP) intestinale in presenza di mobilità gastrica grassi SECRETINA E’ formata dalla mucosa intestinale in presenza di acido, proteine parzialmente digerite, grassi Inibisce la secrezione gastrica; stimola la secrezione di succo pancreatico a basso contenuto di enzimi; stimola l’eiezione della bile Colecistochininapancreozimina (CKK) Formata dalla mucosa intestinale in presenza di acido, proteine parzialmente digerite, grassi stimola l’eiezione della bile, la secrezione di succo pancreatico ad alto contenuto di enzimi. METABOLISMO: CONCETTI BASE Peso 5-20 g Lunghezza 6 e 22 cm 80 battiti d’ali al secondo Fino a 1260 battiti cardiaci al minuto Durante le migrazioni raddoppia il proprio peso corporeo con uno spesso strato di grasso. E’ responsabile dell’impollinazione dell’85% di tutte le piante e gli alberi presenti nel continente americano. 1. Come fanno le cellule ad estrarre l’energia ed il potere riducente dall’ambiente che le circonda? 2. Come fanno le cellule a sintetizzare i precursori delle loro macromolecole? METABOLISMO Il metabolismo è la base della vita cellulare Il complesso di trasformazioni chimiche coordinate ed integrate che si verifica incessantemente in tutte le cellule prende il nome di metabolismo, dal greco metabolè = trasformazione. Base metabolismo Espressione Anabolismo Catabolismo atp vita media 1min L’energia recuperata dall’ambiente mantiene un essere vivente lontano dall’equilibrio. Il metabolismo cellulare è organizzato in vie metaboliche via metabolica: sequenza di reazioni chimiche catalizzate da specifici enzimi e con una comune organizzazione spaziale in cui il prodotto della prima reazione è il reagente della seconda…. A → B → C → ……. → Z intermedi Metabolismo proteine Metabolismo acidi nucleici Energia Metabolismo carboidrati Metabolismo lipidi ANABOLISMO E CATABOLISMO comprendono vie metaboliche interconnesse molte delle quali sono altamente conservate 1. Gli intermedi di anabolismo e catabolismo possono essere comuni 2. Le vie metaboliche possono essere differenti in organismi diversi, soprattutto se lontani nella scala evolutiva 3. Le diversità metaboliche in gruppi diversi di organismi può non essere assoluta (es. la glicolisi è conservata) Reazioni metaboliche ed ENERGIA LIBERA DI GIBBS Prima legge della termodinamica: l’energia totale di un sistema e del suo ambiente è costante. Seconda legge della termodinamica: un processo può avvenire spontaneamente soltanto se la somma dell’entropia di ambiente e sistema aumenta. Energia libera di Gibbs Variazione di energia libera di un trasformazione a pressione e T costanti. sistema ∆G = ∆H -T∆S che sta subendo una 1. Una reazione può avvenire spontaneamente solo se il ∆G è negativo 2. Un sistema è all’equilibrio quando ∆G è zero 3. Una reazione non può procedere spontaneamente se il ∆G è positivo Le cellule scambiano energia sotto forma di ATP ADP + Pi + energia ATP molecola ad alta energia di idrolisi Mg2+ Sintesi di ATP fosforilazione a livello del substrato gradienti ionici Interconversione ATP, ADP, AMP (enzima adenilato chinasi) L’ATP è il “motore” di numerose reazioni cellulari X X + Y Y Se ∆G >0, la reazione viene accoppiata all’idrolisi dell’ATP: intermedio fosforilato ATP ADP X X X P Y Y Pi Per cui l’equazione complessiva è: X + Y + ATP + H2O X Y + ADP + Pi Una reazione termodinamicamente non favorevole può essere trascinata da una reazione termodinamicamente favorevole ad essa accoppiata Le principali vie di utilizzazione di ATP 1. attivazione dei substrati es. fosforilazione del glucosio, attivazione degli amminoacidi; 2. ripiegamento delle proteine; 3. mantenimento del gradiente di concentrazione di ioni e substrati ai due lati della membrana es. pompa sodio-potassio; 4. contrazione muscolare 5. sintesi di biomolecole. Consumo giornaliero di ATP circa 40 Kg ! Composti fosforilati L’ATP ha un potenziale di trasferimento del Pi intermedio e questo lo rende un ottimo trasportatore di gruppi fosfato. Le ossido - riduzioni Una REAZIONE di ossidoriduzione è una reazione nella quale due o più atomi presenti nelle specie che entrano in reazione, assumono numeri di ossidazione diversi nelle specie formate nelle reazione. (1) La specie chimica che perde elettroni si ossida: in essa uno o più atomi aumentano il loro numero di ossidazione. (2) La specie chimica che acquista elettroni si riduce: in essa uno o più atomi diminuiscono il loro numero di ossidazione. (3) Non può esistere una reazione di sola ossidazione o di sola riduzione, perché nelle reazioni chimiche non esistono elettroni liberi; esistono solo reazioni di ossio-riduzione. (4) In una reazione redox, la specie a che cede elettroni alla specie b è la specie riducente (e a sua volta si ossida); la specie b che acquista elettroni è la specie ossidante (e a sua volta si riduce). (5) Il numero degli elettroni persi dal riducente è uguale al numero di elettroni acquistati dall’ossidante. (6) Il carattere ossidante o riducente dei una sostanza è condizionato dal partner della reazione. POTENZIALI REDOX NAD e FAD sono i principali coenzimi ossidoriduttivi Strategia energetica Reazioni ossidative (combustioni senza fiamma) H o e- energia H o e- energia ….O2 energia potenziale redox crescente sito reattivo Accettori di H FAD NAD Sistemi redox biologici NAD+ /NADH+H+ NADP /NADPH+H+ FAD /FADH2 FMN /FMNH2 NADP soprattutto nelle biosintesi (donatore di elettroni) CH3 H Accettori primari di atomi di H C NAD OH COOH NADH2 lattico deidrogenasi LDH O COOH COOH COOH CH2 C acido piruvico acido lattico CH2 CH3 FAD FADH2 succinico deidrogenasi COOH acido succinico CH CH COOH acido fumarico L’energia liberata viene immagazzinata come: ATP ADP nucleotidi fosfati fosfocreatina Il coenzima A è un trasportatore universale di gruppi acile H Gruppo sulfidrilico CH3 C O S CoA acetil CoA Alcuni trasportatori attivati del metabolismo Molecola trasportatrice ATP NADH e NADPH FADH2 Coenzima A Biotina Uridina difosfato glucoso Nucleotide trifosfato Gruppo trasportato nella forma attivata fosforici elettroni elettroni acile CO2 glucosio nucleotide Stadi del catabolismo L’estrazione di energia dal cibo può essere divisa in tre stadi: A. le grandi molecole vengono suddivise in piccole unità B. le numerose piccole molecole sono degradate a poche semplici unità che giocano un ruolo fondamentale nel metabolismo C. l’ATP è prodotto dalla completa ossidazione di acetil CoA Grassi Acidi grassi e glicerolo Polisaccaridi Glucosio e altri zuccheri Proteine Fase I Aminoacidi Acetil CoA ATP O2 Fase II ADP Fosforilazione ossidativa CoA e- Ciclo dell’acido citrico 2 CO2 Fase III Regolazione del metabolismo Principio della massima economia vengono prodotte o degradate solo le sostanze di cui c’è effettiva necessità e soltanto nella misura e nel momento giusti. meccanismi di regolazione Inibizione per retroazione (o a feedback) Compartimentazione Regolazione dell’espressione di geni Degradazione intracellulare di enzimi Ormoni Stato energetico della cellula Errori congeniti del metabolismo Gli enzimi devono essere presenti nella forma e nella quantità idonee. Alcuni difetti genetici nell’uomo che riguardano il metabolismo degli amminoacidi Nome Enzima o meccanismo difettoso Albinismo Tirosina 3-monoossigenasi Alcaptonuria Acido omogentisico 1,2-diossigenasi Cistinosi Deposito e/o rilascio della cistina dai lisozomi Cistinuria Trasporto renale e intestinale di cistina Malattia di Hartnup Trasporto renale di amminoacidi neutri Omocistinuria Cistationina β-sintasi Fenilchetonuria Fenilalanina 4-monoossigenasi Malattia delle urine a sciroppo d’acero α-chetoacido ramificato deidrogenaasi Nome Sindrome di Lesch-Nyhan Enzima mancante ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi (HGPT) Albinismo disturbo congenito ereditario che si manifesta con l’assenza o la riduzione di un pigmento (chiamato melanina) nella pelle, nei capelli e negli occhi, o, in alcuni casi, soltanto negli occhi. Alcaptonuria mancata demolizione di fenilalanina e tirosina (l’accumulo di pigmenti); artropatie diffuse. Cistinosi cristalli che interferiscono con la funzione di quasi tutti gli organi del corpo Cistinuria calcolosi renale che causa coliche renali ed infezioni ricorrenti delle vie urinarie Malattia di Hartnup dermatite da fotosensibilità e da sintomi neurologici intermittenti; atassia, modificazioni della personalità, cefalee migranti e fotofobia Omocistinuria corporatura alta e sottile, aracnodattilia, cifoscoliosi ed osteoporosi; danni al cristallino con miopia; ritardo mentale che è presente in circa il 60% dei pazienti; comportamenti schizofrenici; danni cardiovascolari (trombosi arteriose e venose, degenerazione dell'aorta e delle grandi arterie. Fenilchetonuria La manifestazione principale della fenilchetonuria è il ritardo mentale. Tuttavia il ritardo mentale si può prevenire con un’alimentazione corretta, limitando l’assunzione di fenilalanina; in questo modo è possibile prevenire i danni provocati, in particolare sul sistema nervoso centrale, dall'accumulo dell’amminoacido. Malattia delle urine Danni neurologici, coma. a sciroppo d’acero Sindrome di Lesch-Nyhan solo nei maschi, ritardo mentale, scarsa coordinazione, e tendenze autodistruttive (automutilazione a morsi di mani, piedi e labbra)
