IL CICLO
NUTRIZIONE / DIGIUNO
Università di Pisa - Dott.ssa A.R.M. Sabbatini
ASPETTI GENERALI
FASE DI ASSORBIMENTO
• 2-4 ore successive all’assunzione di un pasto.
• E’ caratterizzata da un transitorio della concentrazione
ematica di glucosio, amminoacidi e trigliceridi.
Il pancreas risponde con:
• della secrezione di INSULINA
• della secrezione di GLUCAGONE
• L’elevato rapporto INSULINA/ GLUCAGONE e la
disponibilità di substrati porta ad un della sintesi di
trigliceridi, glicogeno e proteine.
• Durante questa fase praticamente tutti i tessuti
utilizzano il glucosio come fonte di energia.
Variazione delle attività enzimatiche nella condizione
di apporto di nutrienti
• Il flusso di intermedi lungo le vie metaboliche è
controllato da 4 meccanismi:
• 1) disponibilità di substrati
• 2) attivazione o inibizione allosterica di enzimi
• 3) modificazioni covalenti di enzimi (p.es. fosforilazione
o defosforilazione)
• 4) induzione o repressione della sintesi di enzimi
(p.es. l’ di insulina produce un della sintesi di enzimi
chiave del metabolismo anabolico).
• Nelle condizioni di apporto alimentare, tali meccanismi
garantiscono che i nutrienti disponibili siano trattenuti
sotto forma di glicogeno, trigliceridi e proteine.
FEGATO
• Occupa una posizione strategica per l’elaborazione e la
distribuzione dei nutrienti di provenienza alimentare.
• Ha infatti il ruolo di attenuare le fluttuazioni dei nutrienti a
disposizione dei tessuti periferici.
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• Il sangue che il fegato riceve dopo un pasto (v. porta) è ricco
di nutrienti e contiene un elevato livello di insulina.
• Durante il periodo dell’assorbimento intestinale, il fegato
assume carboidrati, lipidi e gran parte degli amminoacidi *
• Questi nutrienti saranno poi:
(a) metabolizzati e conservati
oppure
b) instradati verso altri tessuti.
•
*gli AA a catena ramificata, leucina, isoleucina e valina, sfuggono al metabolismo
epatico
FEGATO: metabolismo dei carboidrati
• Normalmente il fegato produce glucosio piuttosto che
consumarlo.
• Dopo un pasto contenente carboidrati, il fegato trattiene
60% degli zuccheri presenti nel sangue portale e li utilizza
per le sue attività.
• Il metabolismo epatico del glucosio attraverso diversi
meccanismi:
(1) fosforilazione del glucosio (glucochinasi)
(2) sintesi del glicogeno (attivazione della glicogenosintasi)
(3) attività della via dei pentosi
(4) glicolisi (la conversione del glucosio in acetil CoA è
stimolata dal rapporto elevato Insulina/Glucagone; L’Acetil CoA
è utilizzato nella sintesi degli Ac. Grassi o per generare energia
nel Ciclo di Krebs)
(5) gluconeogenesi (scarsa attività della piruvato carbossilasi
e inibizione di altri enzimi della via)
Fegato: metabolismo dei grassi
sintesi degli Ac. Grassi
• Il fegato è il tessuto principale nel quale avviene la sintesi
ex novo degli acidi grassi.
• La sintesi degli Ac. Grassi è favorita dalla disponibilità di
substrati (acetil CoA e NADPH) derivanti dal metabolismo
del glucosio.
sintesi dei Trigliceridi
• E’ favorita dalla disponibilità di acetil CoA (proveniente sia
dalla sua sintesi ex novo sia dall’idrolisi dei trigliceridi
presenti nei remnants dei chilomicroni).
• Il fegato introduce i trigliceridi nelle VLDL, secrete nel
sangue ed utilizzate di tessuti extraepatici (soprattutto
t. adiposo e t. muscolare)
Fegato: metabolismo degli Amminoacidi (AA)
della degradazione degli AA(*)
• la disponibilità di AA è necessità delle cellule
• gli AA eccedenti sono:
(1) liberati nel sangue e usati da altri tessuti (sintesi
proteica)
(2) deaminati scheletri carboniosi piruvato, acetil
CoA o altri intermedi del ciclo di Krebs ossidazione o
sintesi Ac. Grassi
(*) N.B. Gli AA a catena ramificata (leucina, isoleucina e valina) sfuggono
al metabolismo epatico e sono assunti dal tessuto muscolare.
della sintesi proteica
• sostituzione di proteine degradate nel periodo
precedente
TESSUTO ADIPOSO
• Dopo il fegato, il tessuto adiposo è secondo per capacità
di distribuire molecole di combustibile.
• In un uomo di 70 kg, rappresenta il 20% circa.
• Negli individui obesi, può costituire fino al 70% della
massa corporea.
Metabolismo dei carboidrati
• del trasporto del glucosio (sensibile alla [insulina] nel
sangue)
• della glicolisi (fornisce il glicerolo fosfato per la
sintesi dei trigliceridi)
• della via dei pentosi (producendo NADH necessario
per la sintesi dei grassi)
TESSUTO ADIPOSO
Metabolismo dei grassi
della degradazione dei trigliceridi
(inibizione della lipasi ormone-
sensibile)
della sintesi dei trigliceridi
• L’innalzamento della glicemia e dell’insulinemia favoriscono
l’accumulo di trigliceridi.
• Gli Ac. Grassi esogeni (chilomicroni e VLDL) si liberano per
azione della lipoproteina lipasi (legata alle pareti dei capillari
sanguigni, spt del t. adiposo e muscolare).
• Il glicerolo 3-P per la sintesi dei trigliceridi proviene dal
metabolismo del glucosio poiché gli adipociti non contengono la
glicerolo chinasi.
della sintesi degli Ac. Grassi
• N.B. La sintesi ex novo a partire dall’Acetil CoA è molto
limitata, tranne nei casi di alimentazione dopo un periodo di
digiuno. La maggior parte degli Ac. Grassi deriva dai grassi
della dieta (chilomicroni) ed una piccola quantità dalle VLDL.
MUSCOLO SCHELETRICO
• Il consumo di O2 a riposo è circa il 30% del consumo
corporeo totale ma può arrivare al 90% durante un esercizio
fisico intenso.
• Il muscolo scheletrico è pertanto un tessuto ossidativo
(benchè abbia la potenziale capacità di utilizzare per un
periodo transitorio la glicolisi anaerobica).
N.B.
Il muscolo cardiaco differisce da quello scheletrico per 3 aspetti:
(1) è in continua attività mentre i muscoli si contraggono in maniera
intermittente
(2) ha un metabolismo completamente aerobico
(3) contiene riserve energetiche (glicogeno e lipidi) in quantità trascurabile.
Le sostanze da cui ricava energia sono il glucosio libero, gli Ac. Grassi ed i
corpi chetonici.
Ne consegue che una condizione di ischemia provoca rapidamente la morte
dei cardiomiociti.
MUSCOLO SCHELETRICO
Metabolismo dei carboidrati
• del trasporto del glucosio (sensibile alla [insulina] nel sangue),
che verrà fosforilato e poi metabolizzato.
• sintesi del glicogeno, soprattutto se le scorte sono state
esaurite in precedenza in seguito ad esercizio fisico.
N.B. Il glucosio è il principale combustibile nella fase di apporto di
nutrienti!
Metabolismo degli Ac. Grassi
Gli Ac. Grassi si liberano dai chilomicroni e dalle VLDL per azione
della lipoproteina lipasi.
N.B. Nel periodo di apporto di nutrienti gli Ac. Grassi sono combustibili di
secondaria importanza!
Metabolismo degli Amminoacidi
• sintesi proteica (sostituzione di proteine catabolizzate nella
fase precedente)
• uptake di AA a catena ramificata (sfuggono al metabolismo
epatico), usati come fonte energetica e per la sintesi proteica.
L’ENCEFALO
• L’encefalo consuma il 20% (a riposo) dell’ossigeno utilizzato
dall’organismo, benchè contribuisca solo per il 2% alla massa
corporea di un adulto.
• L’encefalo consuma energia a ritmo costante
• I substrati, per poter essere utilizzati, devono superare la
“barriera emato-encefalica”
• Il glucosio normalmente funge da combustibile primario
• I corpi chetonici, in quanto combustibili, svolgono un ruolo
significativo nei periodi di digiuno.
•
N.B. Se la glicemia crolla ad un livello 30 mg/100ml (V.N. 70-90 mg/100 ml) la
funzionalità cerebrale è compromessa.
ENCEFALO
Metabolismo dei Carboidrati
• L’encefalo dipende completamente dalla disponibilità del
glucosio ematico in quanto non contiene scorte significative di
glicogeno.
• Nelle condizioni di apporto di nutrienti, l’encefalo utilizza
esclusivamente il GLUCOSIO come combustibile (ne ossida
completamente circa 140 g/die a CO2 ed H2O).
Metabolismo dei Grassi
• L’encefalo non contiene scorte significative di trigliceridi
• Gli Ac. Grassi presenti nel sangue non attraversano con
efficienza la barriera emato-encefalica.
DIGIUNO
CAUSE
1) impossibilità di reperire del cibo
2) desiderio di perdere peso rapidamente
3)impossibilità ad alimentarsi in seguito ad un trauma, ad un
intervento chirurgico, ad una neoplasia ecc.
EFFETTI
• I livelli plasmatici del Glucosio, degli Amminoacidi e dei
Trigliceridi tendono a
• La secrezione di INSULINA mentre quella del GLUCAGONE
• Il periodo di digiuno è un periodo CATABOLICO, caratterizzato
dalla degradazione di Trigliceridi, Glicogeno e Proteine.
• S’ innesca uno scambio di substrati tra FEGATO, Tessuto
Adiposo, Tessuto Muscolare ed Encefalo, sotto la spinta di due
priorità:
• 1) mantenere costante la glicemia
• 2) mobilizzare Ac. Grassi dal Tessuto Adiposo ed attivare la
sintesi dei Corpi Chetonici.
Le scorte energetiche (in un adulto di 70 Kg di peso corporeo)
• Costituite soprattutto da trigliceridi (20% circa del peso)
• Proteine (8,5% circa del peso).
N.B. Solo 1/3 circa delle proteine corporee può essere utilizzato per la
produzione di energia senza compromettere le funzioni vitali poiché
ciascuna proteina ha una propria funzione (p.es. enzima, componente
strutturale etc.)
• Glicogeno (0,3% circa del peso)
I cambiamenti enzimatici nel digiuno
Nel digiuno, il flusso di intermedi lungo le vie del metabolismo
intermedio è controllato dagli stessi meccanismi che intervengono
nelle condizioni di apporto di nutrienti:
• 1) disponibilità di substrati
• 2) attivazione o inibizione allosterica di enzimi
• 3) modificazioni covalenti di enzimi (p.es. fosforilazione).
La maggior parte è nello stato fosforilato ed è inattiva.
• 4) induzione o repressione della sintesi di enzimi
N.B. Molte modificazioni sono opposte rispetto all’apporto di nutrienti.
IL FEGATO (durante il digiuno)
• Il fegato ha un ruolo primario nel metabolismo energetico,
che consiste nella sintesi e nella distribuzione di molecole di
combustibile ad altri organi.
Metabolismo dei Carboidrati
(1) della glicogenolisi
• L’aumentato rapporto tra glucagone ed insulina provoca una rapida
mobilizzazione delle scorte epatiche di glicogeno.
• E’ una risposta transitoria che avviene nella prima fase del
digiuno.
• Il glicogeno epatico (100 g circa) è quasi esaurito dopo 10-18 ore
di digiuno.
(2) della gluconeogenesi
• La gluconeogenesi inizia da 4 a 6 ore dopo l’ultimo pasto e
raggiunge la massima attività quando le scorte di glicogeno sono
esaurite.
• Ha un ruolo essenziale nel mantenimento della glicemia sia ne
digiuno notturno sia in quello prolungato.
IL FEGATO (durante il digiuno)
Metabolismo dei grassi
• dell’ossidazione degli Ac. Grassi provenienti dal tessuto
adiposo (è la principale fonte di energia per il fegato
durante la fase di post-assorbimento)
• della sintesi dei corpi chetonici
E’ una prerogativa del fegato!
Gli acidi Acetoacetico e -idrossibutirrico sono trasportati
dal sangue ai tessuti, dove potranno essere riconvertiti in
acetil CoA che sarà ossidato nel ciclo di Krebs. L’acetone non
è metabolizzabile.
N.B.
1) Il fegato, essendo privo dell’enzima tioforasi, non può utilizzare come
combustibile i corpi chetonici!
2) La disponibilità di corpi chetonici in circolo è importante perché
riducendo il bisogno di sintetizzare glucosio attraverso la gluconeogenesi
a partire daglischeletri carboniosi di AA, rallenta la perdita di proteine
TESSUTO ADIPOSO (digiuno)
Metabolismo dei Carboidrati
• Il trasporto del glucosio negli adipociti ed il suo successivo
metabolismo sono depressi (per il basso livello d’insulina)
ridotta sintesi di Ac. Grassi e di Trigliceridi.
Metabolismo dei Grassi
• idrolisi dei Trigliceridi di deposito (per dell’Adrenalina e
soprattutto della Noradrenalina, che stimolano l’attività della
lipasi sensibile agli ormoni).
• liberazione degli Ac. Grassi in circolo.
Legati all’albumina, essi raggiungono un molteplicità di tessuti
e sono utilizzati per produrre energia.
Il glicerolo prodotto dalla degradazione dei trigliceridi è
utilizzato dal fegato come precursore gluconeogenico.
• assunzione degli Ac. Grassi. L’attività della lipoproteina lipasi
è bassa pertanto i trigliceridi, presenti in circolo nelle
lipoproteine, non si rendono disponibili.
MUSCOLO SCHELETRICO (digiuno)
• Il muscolo a riposo utilizza gli Ac. Grassi come
fonte principale di energia.
• Il muscolo in esercizio inizialmente utilizza le
scorte di glicogeno (durante uno sforzo intenso, il
glucosio 6-P è convertito in lattato con la glicolisi
anaerobica); successivamente la fonte principale
diventano gli acidi grassi liberi (derivanti dalla
mobilizzazione dei trigliceridi del t. adiposo).
Metabolismo dei Carboidrati
Il trasporto del glucosio all’interno delle fibre è
depresso (basso livello d’insulina)
MUSCOLO SCHELETRICO (digiuno)
Metabolismo dei lipidi
Durante le prime due-tre settimane di digiuno, il muscolo
utilizza sia Ac. Grassi che Corpi Chetonici. Successivamente
utilizza quasi esclusivamente Ac. Grassi.
N.B. La utilizzazione dei Corpi Chetonici da parte del muscolo provoca un della
loro [plasmatica], cui fa seguito una loro utilizzazione da parte dell’encefalo.
Metabolismo delle proteine
• Durante i primi giorni, si ha una rapida demolizione delle
proteine muscolari, per fornire al fegato AA da utilizzare
per la gluconeogenesi (spt. Alanina e glutammina).
• Dopo varie settimane di digiuno, la velocità della proteolisi
diminuisce, poiché l’encefalo ha iniziato ad utilizzare i corpi
chetonici come fonte di energia.
L’ENCEFALO (digiuno)
• Durante i primi giorni, l’encefalo utilizza a scopo energetico
esclusivamente glucosio (ottenuto grazie alla
gluconeogenesi).
• Nel digiuno protratto (oltre 2-3 settimane), i corpi chetonici
raggiungono livelli significativamente elevati e l’encefalo li
utilizza come combustibili, in aggiunta al glucosio.
In tal modo si riduce la richiesta di un catabolismo proteico
per alimentare la gluconeogenesi.
Da Champe et al. - Le basi della Biochimica- Zanichelli
FINE
