Metabolismo - Nutrizione

Metabolismo
Dr. Augusto Innocenti, PhD
Biologo Nutrizionista
Prof. a contratto – Università di Parma
Perfezionamento in Biochimica e Biologia Molecolare
Phd in Neurobiologia e Neurofisiologia
Metabolismo
Il complesso di tutte le reazioni organiche di trasformazioni
tra energia e materia viene definito come metabolismo.
Anabolismo caratterizzato dalla sintesi di molecole
complesse con relativo consumo energetico
Catabolismo caratterizzato dalla degradazione di molecole
complesse in molecole più semplici con liberazione di energia.
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Catabolismo
Carboidrati
Lipidi
Proteine
Glicogenolisi
Lipolisi
Proteolisi
Monosaccaridi
Acidi Grassi
Amminoacidi
Glicolisi
-Ossidazione
Deaminazione
Piruvato
Acetil CoA
Ossalacetato
Ciclo di
Krebs
Fosforilazione
Ossidativa
Le varie vie del catabolismo dei nutrienti che convergono nel ciclo di Krebs che poi conduce
alla fosforilazione ossidativa .
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Glicolisi
Glucosio
+2Pi +2ADP +2NAD+
2 piruvato
+2ATP +2NADH +2H+ +2H2O
Glicolisi
AEROBIOSI
NADH
Piruvato
AcetilCoA
Ciclo di
Krebs
ANAEROBIOSI (Muscolo)
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Lipolisi
I trigliceridi vengono utilizzati come fonte di energia;
il primo passaggio è la lipolisi che, grazie alla lipasi, dà acidi
grassi non esterificati (NEFA) e glicerolo.
Il glicerolo viene trasformato in una molecola che è un
intermedio sia della glicolisi che della gluconeogenesi.
Stimolata da adrenalina e glucagone.
L'attività lipolitica aumenta per:
insufficiente apporto di glucidi con la dieta
durante il digiuno
Ciclo di Krebs
NADH
Fosforilazione
Ossidativa
Mitocondrio
3 ATP
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Catabolismo
Glicolisi
Lipolisi
Trigliceridi
Glucosio
Glicerolo
Piruvato
Acidi grassi
AcetilCoA
Ciclo di
Krebs
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L'energia che si ricava dalla completa demolizione di una
molecola di glucosio attraverso i tre diversi stadi della
respirazione cellulare (glicolisi, ciclo di Krebs e fosforilazione
ossidativa), è idealmente di 36 molecole di ATP.
In realtà sono 38 le molecole nette di ATP ad essere
prodotte, ma 2 di esse vengono consumate per trasportare
(tramite trasporto attivo) dal citoplasma alla matrice
mitocondriale le 2 molecole di NADH prodotte nella
glicolisi.
Glicolisi 2 ATP + 2 NADH
2 Piruvato → 2 AcetilCoA
2 Krebs 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH2
Degradazione degli aminoacidi
Quando avviene la degradazione degli
amminoacidi
 aminoacidi inutilizzati durante la sintesi proteica
 dieta iperproteica
 durante il digiuno
 quando carboidrati e lipidi non sono disponibili
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Degradazione degli aminoacidi
I venti aminoacidi hanno venti vie diverse di degradazione che però
convergono sostanzialmente in verso la formazione di cinque prodotti
principali, tutti correlati col ciclo di Krebs
Degradazione degli aminoacidi
Gli amminoacidi degradati ad acetilCoA sono detti chetogenetici
Gli altri sono glucogenetici e possono formare glucosio attraverso la
gluconeogenesi.
Aminoacidi
glucogenici
Aminoacidi glucogenici e
chetogenici
Non essenziali
Alanina
Arginina
Asparagina
Aspartato
Cisteina
Glutammato
Glutammina
Glicina
Istidina
Prolina
Serina
Tirosina
Essenziali
Metionina
Treonina
Valina
Fenilalanina
Isoleucina
Triptofano
Aminoacidi
chetogenici
Leucina
Lisina
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Degradazione degli aminoacidi
La prima tappa del catabolismo degli amminoacidi prevede
l'allontanamento del gruppo amminico (transaminazione e
deaminazione)
Lo scheletro carbonioso viene così utilizzato nel ciclo di Krebs o nella
gluconeogenesi
Il residuo amminico entra nel ciclo dell’urea per essere escreto o
viene utilizzato per la sintesi di composti azotati
Gluconeogenesi
Processo metabolico mediante
il quale, in caso di necessità
dovuta ad una carenza di
glucosio nel flusso ematico,
che permette di produrre
glucosio a partire da precursori
non saccaridici, quali piruvato,
lattato, glicerolo e
amminoacidi.
2 PIRUVATO
+ 2ATP
+ 2NADH
+ 2H+
+ 6H2O
GLUCOSIO
+ 2ADP
+ 2Pi
+ 2NAD+
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Ciclo di Cori
Ciclo dell’Alanina
Il muscolo che si contrae violentemente,
agisce in condizioni di anaerobiosi, e
produce non solo ammoniaca (dalla
degradazione delle proteine), ma anche
elevate quantità di piruvato e lattato dalla
glicolisi. Questi prodotti devono
passare dal muscolo al fegato:
l'ammoniaca per essere convertita in urea
ed essere escreta, il piruvato ed il lattato
per essere riconvertiti in glucosio e
ritornare al muscolo.
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Il ciclo glucosio-alanina è stimolato dalla concentrazione plasmatica
di piruvato e dall'aumento dei livelli plasmatici di glucocorticoidi
(cortisolo) in risposta ad un evento stressante di origine fisica
(digiuno, malattia, operazione chirurgica, sforzo intenso) o psichica
(ansia da prestazione ecc.).
Anabolismo
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Glicogenosintesi e Glicogenolisi
Epinefrina nei muscoli glucagone del fegato stimolano l'attivazione
della glicogenolisi che sarà inibita da un eccesso di ATP ed attivata da
alte concentrazioni di AMP.
Affinché il glucosio possa essere utilizzato dalla glicogeno sintetasi
occorre che sia attivato da un enzima detto UDP-glucosio
pirofosforilasi.
Sintesi degli acidi grassi
La biosintesi degli acidi grassi avviene principalmente nel citoplasma
delle cellule del fegato a partire dai gruppi acetile (acetil CoA) generati
all'interno del fegato. Dato che tali gruppi possono derivare dal
glucosio è possibile convertire i carboidrati in grassi.
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Sintesi Proteica
La sintesi proteica, anche detta traduzione, è il processo di
creazione delle proteine che coinvolge diverse strutture
genetiche e cellulari.
In pratica è la parte finale dell’insieme di processi biochimici
che portano all’espressione delle informazioni contenute nel
patrimonio genetico di un organismo ed è in grado di
fabbricare migliaia di esemplari di ognuna delle proteine di
cui necessita un essere vivente.
Sintesi Proteica
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Insulina
 Azione ipoglicemizzante richiama glucosio in cellule
 Stimola la glicogenosintesi a livello epatico
 Inibisce glicogenolisi
 Facilita il passaggio degli aminoacidi dal sangue alle cellule
 Stimola la sintesi proteica e inibisce la neoglucogenesi
 Facilita il passaggio degli acidi grassi dal sangue alle cellule
 Stimola la sintesi di acidi grassi a partire da glucosio e aminoacidi
 Inibisce la lipolisi
 Facilita il passaggio di potassio all'interno delle cellule.
 Stimola la proliferazione cellulare.
 Stimola glicolisi
 Stimola la produzione endogena di colesterolo.
Glucagone
Il glucagone è un antagonista dell'insulina
 Promuove la glicogenolisi a livello epatico (non quella muscolare)
 Inibisce la glicogenosintesi
 Stimola la gluconeogenesi.
 Favorisce la sintesi surrenalica di catecolamine ed aumenta la forza
di contrazione del cuore (azione inotropa positiva).
 Stimola la mobilitazione degli a. grassi e ne favorisce l’ossidazione
 Inibisce la sintesi di a. grassi
Il maggior stimolo per l'azione del glucagone è dato dal digiuno e
dall'attività fisica prolungata di intensità medio alta.
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Cortisolo
 Induce un aumento della gittata cardiaca
 Aumenta la glicemia,
- Incrementa la gluconeogenesi epatica
- Stimola la secrezione di glucagone
- Riduce l'attività dei recettori insulinici
 Riduce le difese immunitarie diminuendo, di conseguenza, anche le
reazioni infiammatorie (inibizione della fosfolipasi A2)
 Diminuisce la sintesi di collagene e della matrice ossea
 Favorisce il catabolismo proteico
 Favorisce la mobilitazione e l'utilizzo degli acidi grassi, ma in alcuni
distretti stimola la lipogenesi
Un aumento del cortisolo in circolo si manifesta anche in caso di
digiuno prolungato o abitudini alimentari scorrette.
Saltare la prima colazione e/o mangiare molto in un unico pasto
giornaliero, favorisce infatti l'ipercortisolismo
Il Flusso di Energia dei Nutrienti
L’assunzione del cibo include quattro fasi
durante le quali si attuano quattro atti fisiologici
correlati all’ingestione del cibo, ricercare e
mangiare, digerire, assorbire ed infine
consumare le riserve.
Tali fasi sono associate ad altrettanti processi
del metabolismo energetico che possono essere
definite come fase cefalica, fase gastrica, fase del
substrato e fase del digiuno.
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Il Flusso di Energia dei Nutrienti
Durante le quattro fasi il flusso di energia
derivante dal catabolismo dei vari nutrienti viene
controllato ed indirizzato dagli ormoni
insulina
glucagone.
Il Flusso di Energia dei Nutrienti
Fase del
Substrato
Fase
Cefalica
Fase
Gastrica
Insulina
Fase del
Digiuno
Glucagone
Pasto
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Il Flusso di Energia dei Nutrienti
Pasto ad alto
carico glicemico
Pasto a basso
carico glicemico
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