Energia e funzione alimentare
Tutte le funzioni vitali possono avvenire solo mediante un supporto
energetico! Es. metabolismo basale, accrescimento, riproduzione,
movimento, equilibrio osmotico e termico, ecc.
Negli organismi viventi la fonte immediata più universale di energia è
contenuta nelle molecole di ATP (energia chimica).
E' necessario, quindi, procurarsi le materie prime da cui sintetizzare
questo composto.
Glucidi
Lipidi
Acqua
I PRINCIPI NUTRITIVI
Protidi
Vitamine
Sali minerali
Se analizziamo il corpo umano vediamo che è costituito dal 65% di Acqua, dal 30% di
Proteine e Grassi e dal 5% di Minerali, Zuccheri e Vitamine.
Nutrienti
• Elementi necessari al mantenimento
delle funzioni dell’organismo
• Si dividono in:
– macronutrienti
– micronutrienti
Macronutrienti
• Composti da cui l’organismo ricava
principalmente energia
– Carboidrati (glucidi)
– Grassi (lipidi)
– Proteine (protidi)
Utilizzazione dei
Macronutrienti
I macronutrienti sono molecole complesse. Per poterli
utilizzare l’organismo deve ridurli in composti semplici
ed internalizzarli. Quindi, trasformarli in anidride
carbonica ed acqua (ossidarli) con liberazione di
energia o, eventualmente, utilizzarli per la sintesi dei
suoi componenti strutturali…
CARBOIDRATI
Svolgono varie funzioni:
- energetica: forniscono mediamente 4 kcal/g e
sono una fonte di energia di rapido utilizzo.
Circa il 50-60% delle calorie della dieta.
- strutturale: entrano nella costituzione dei glicolipidi
e delle glicoproteine delle membrane cellulari
- ecologia intestinale: gli oligosaccaridi stimolano
la flora bifidogena intestinale
LIPIDI
Svolgono nell’organismo tre principali funzioni:
- energetica: forniscono 9 kcal per grammo, permettendo di risparmiare
proteine a scopi energetici
- strutturale: entrano nella composizione delle membrane cellulari condizionandone
la funzione
- metabolica: veicolano le vitamine liposolubili, sono precursori di sostanze
regolatrici del sistema immunitario e coagulativo
PROTEINE
Svolgono funzioni fondamentali di tipo
Plastico: formazione di nuovo tessuto
Catalitico: enzimi
Immunitario: anticorpi
Energetico: ossidazione di aminoacidi
Strutture più o meno complesse costituite da
AMINOACIDI (AA)
essenziali
non sintetizzabili endogenamente
non essenziali
sintetizzabili dagli enzimi dell’organismo
In campo nutrizionale, si definiscono "micronutrienti" le sostanze ingerite dall'organismo la
cui funzione non è direttamente correlata alla produzione di energia e alla crescita.
Sono presenti nei normali alimenti, ma una dieta non equilibrata può causarne la ridotta
assunzione, e quindi i problemi e le malattie dovuti alla carenza di uno o più micronutrienti.
Le vitamine sono sostanze organiche, assunte con gli alimenti, indispensabili ai nostri
organismi. Esse sono incluse tra i micronutrienti che devono essere assunti con la dieta
quotidianamente poiché non vengono sintetizzati dall'organismo umano.
Considerando la loro solubilità si distinguono e classificano in:
vitamine liposolubili, cioè solubili nei grassi: sono le vitamine A, D, E, K, F;
vitamine idrosolubili, cioè solubili in acqua: sono le vitamine C, B1, B2, B5, B6, PP, B12, Bc, H.
Le vitamine idrosolubili svolgono principalmente la funzione di coenzimi, mentre non tutte
quelle liposolubili hanno una simile attività.
Non tutte le vitamine vengono assunte nella loro forma biologicamente utilizzabile ma
piuttosto come precursori che vanno sotto il nome di provitamine. Una volta assunti, tali
composti vengono trasformati da specifici enzimi metabolici nella loro forma attiva, al fine
di renderli utilizzabili
Vitamine idrosolubili
Vitamina B1 (tiamina)
Vitamina B2 (riboflavina)
Vitamina B3 o Vitamina PP (niacina o acido nicotinico)
Vitamina B5 o Vitamina W (acido pantotenico)
Vitamina B6 o Vitamina Y (piridossina o piridossamina o piridossale)
Vitamina B8 o Vitamina H (biotina)
Vitamina B9 o Vitamina Bc o Vitamina M (acido folico)
Vitamina B12 (cobalamina)
Vitamina C (acido ascorbico)
Vitamine liposolubili
Vitamina A (retinolo ed analoghi)
Vitamina D (ergocalciferolo D2 e colecalciferolo D3)
Vitamina E (tocoferolo)
Vitamina K (naftochinone e derivati)
Vitamina F (linoleico e derivati)
Vitamina Q (ubichinone e derivati)
Coenzimi
• Molti enzimi per poter essere attivi richiedono la presenza di ioni
metallici o di altre molecole, talvolta legate con legami covalenti.
• Queste molecole vengono indicate come cofattori o coenzimi.
1) Cofattore: ione o molecola NON PROTEICA la cui presenza è
indispensabile perché l’enzima possa svolgere la sua attività catalitica.
• Tra i cofattori hanno rilevante importanza gli ioni di alcuni elementi
metallici, in particolare Fe,Ca, Mg, Mn, Zn, Cu (p.es. tutti gli enzimi che
utilizzano ATP richiedono la presenza di ioni Mg2+).
2) Coenzimi: sono molecole organiche (alcuni di essi derivano da vitamine).
• prendono parte direttamente all’azione catalitica dell’enzima
• spesso si ritrovano modificati chimicamente al termine della reazione (es.
NAD+ / NADH).
• I coenzimi da soli sono cataliticamente inattivi ma, unendosi
all’apoenzima, formano l’enzima cataliticamente attivo.
• Uno stesso coenzima può essere unito a diverse proteine per cui si
deduce che la specificità dell’azione enzimatica è proprietà
dell’apoenzima e non del coenzima.
• La maggior parte dei coenzimi è strettamente legata alle vitamine.
• Per diventare coenzima, la vitamina subisce delle trasformazioni
che vanno dalla semplice fosforilazione (uno dei casi più comuni) a
trasformazioni più complesse.
• La trasformazione della vitamina in coenzima avviene all’interno
delle cellule ed è di natura enzimatica.
• I coenzimi possono essere classificati in gruppi diversi, in base al
tipo di reazione catalizzata.
Coenzimi trasportatori di idrogeno
1)
Coenzimi piridinici
•
•
Derivano dall’ acido nicotinico o niacina (vit. B3)
Le forme coenzimatiche con attività biologica sono la nicotinammide
adenina dinucleotide (NAD+) e la nicotinammide adenina dinucleotide
fosfato (NADP+).
Può essere sintetizzato dal Trp assunto con la dieta
Sono i coenzimi di deidrogenasi
Fungono da accettori di idrogeno nell’ossidazione di svariati composti
(reazioni di ossido-riduzione).
La loro riduzione avviene per trasferimento di uno ione idruro (H -) dal
substrato all’anello piridinico del coenzima, con liberazione nel mezzo
di un H+.
La forma ossidata viene indicata come NAD(P)+ e quella ridotta
NAD(P)H
Il loro legame all’apoenzima è labile
•
•
•
•
•
•
Struttura e biosintesi del NAD+ e del NADP+.
Champe et al., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli
DOVE SI TROVA:
Lievito
Carne
Fegato
Cereali
Legumi
Latte
Verdure a foglia verde
pesce
CARENZA
Pellagra
La pellagra è responsabile di un quadro clinico detto "delle tre D": demenza, dermatite e
diarrea.
I sintomi della pellagra sono disepitelizzazione (desquamazione - perdita - della pelle)
delle mani e del collo, diarrea, perdita di appetito e di peso, lingua arrossata e gonfia,
depressione e ansia.
2) Coenzimi flavinici (FMN e FAD) (flavin mononucleotide) ( flavin adenin dinucleotide)
•
Sono le forme coenzimatiche della riboflavina o vit. B2.
•
Le due forme biologicamente attive sono la flavina mononucleotide (FMN), forma
fosforilata della riboflavina, e la flavina adenina dinucleotide (FAD) che si forma con
il trasferimento dell’AMP (derivante da una molecola di ATP) alla FMN
•
Il FMN non è un vero e proprio nucleotide in quanto non contiene uno zucchero (il
ribosio) ma un alcool a 5 atomi di C
•
I coenzimi flavinici, a differenza di quelli piridinici, accettano 2H+ e 2e- pertanto le
loro forma ridotte sono FMNH2 e FADH2
•
FMN e FAD sono strettamente legati ai propri apoenzimi con un legame covalente.
•
Il FMN ed il FAD sono legati saldamente, talvolta mediante un legame covalente, ad
enzimi (flavoenzimi) che catalizzano l’ossidazione o la riduzione di un substrato
Il FMN si forma per fosforilazione della riboflavina
La combinazione del FMN con una
molecola di ATP genera il FAD
Glutatione reduttasi
GS-SG + NADPH + H+ → 2GSH + NADP+
Negli eritrociti il glutatione ridotto mantiene il ferro dell’eme
dell’emoglobina nello stato di ossidazione Fe2+
l glutatione o GSH è un tripeptide con proprietà antiossidanti formato da cisteina, glicina e
acido glutammico
Rilevante è la sua azione sia contro i radicali liberi o molecole come perossido di idrogeno,
nitriti, nitrati, benzoati e altre.
Svolge un'importante azione nel globulo rosso, proteggendo tali cellule da pericoli ossidativi
che causerebbero l'emolisi
DIFESA DAL DANNO OSSIDATIVO
Glutatione ridotto funzionale GSH
NADPH
G-6-P
deidrogenasi
NADP +
gGlu-Cys-Gly
H2O
GS-SG
glutatione
reduttasi
(FAD)
glutatione
perossidasi
2 GSH
La glutatione perossidasi è un enzima a selenio: contiene Se-cisteina (Sec)
H2O2
perossidi
Perossido
Glutatione ossidato
Glutatione ridotto
Glutatione ridotto
Proteina
ossidata
Glutatione ossidato
Proteina
ridotta
Il GSH viene ossidato a GS-SG da perossidi.
Il GSH cellulare mantiene allo stato ridotto i gruppi tiolici di proteine endocellulari.
La rigenerazione di GSH a partire dal GSSG è catalizzata dalla GSH Reduttasi
NADPH dipendente.
L’aspetto più interessante della biochimica del GSH, per i fondamentali
risvolti che assume nella fisiologia cellulare, è rappresentato dal ruolo che
svolge nell’omeostasi dei gruppi sulfidrilici delle proteine. Lo stato redox
delle cisteine (RSH ↔ RSSR) di molte proteine è fondamentale per la loro
attività.
DOVE SI TROVA:
CARNE
POLLO
PESCE
UOVA
LATTE
BROCCOLI ASPARAGI SPINACI
CARENZA
Aumento della perossidazione lipidica
Degenerazione del sistema nervoso
Riduzione della sintesi di emoglobina
Coenzimi trasportatori di gruppi
1) Difosfotiammina
Estere pirofosforico della vit. B1 (tiamina)
E’ il coenzima di enzimi che trasportano gruppi aldeidici
Necessaria ai diversi enzimi che catalizzano la decarbossilazione non
ossidativa degli alfa chetoacidi (piruvato decarbossilasi)
Coinvolta nella transchetolazione nella via dei pentoso fosfati
(permette la interconversione reversibile di zuccheri 3,4,5,6 e 7 atomi
di carbonio attraverso il trasferimento di porzioni contenenti 2 o 3
atomi di carbonio)
.
Gli enzimi TPP dipendenti sono:
la piruvico deidrogenasi che converte l'acido piruvico in acetil-CoA;
l'α-chetoglutarico - deidrogenasi che trasforma l'α-chetoglutarato in succinil CoA;
la deidrogenasi degli α-chetoacidi a catena ramificata, che trasforma questi ultimi
nei corrispondenti acil CoA.
DOVE SI TROVA:
carne fresca
le uova i legumi
i cereali integrali
le verdure a foglia verde
la frutta
il latte.
CARENZE
BERI BERI
Le alterazioni neurologiche più importanti si hanno nei nervi periferici, particolarmente degli arti
inferiori. I segmenti distali sono caratteristicamente colpiti per primi e più gravemente. Si può
verificare una degenerazione della guaina midollare in tutti i tratti del midollo spinale
qando il deficit è grave si verificano nel cervello le lesioni caratteristiche della poliencefalite
emorragica.
Il cuore è dilatato e ingrossato; le fibre muscolari sono edematose, frammentate e vacuolizzate,
con spazi interstiziali dilatati dai liquidi. Si osserva anche una vasodilatazione che può causare
edemi prima che si verifichi una chiara insufficienza cardiaca ad alta gittata.
n fase precoce il deficit determina astenia, irritabilità, turbe della memoria, disturbi del sonno,
dolore precordiale, anoressia, disturbi addominali e costipazione.
Coenzimi trasportatori di gruppi
2) Coenzima A
•
Deriva dall’acido pantotenico.
•
È un attivatore metabolico degli acidi carbossilici
•
Aiuta nel trasferimento acidi grassi dal citoplasma a mitocondri.
•
Catalizza tutte le reazioni di trasporto di acili. Tale trasporto si realizza per
la formazione di tioesteri tra il -COOH dell’acido ed il -SH del Coenzima A.
•
Donatore di acetato nelle proteine (processo che fa parte anche della
trasduzione del segnale)
•
L’energia per la formazione del legame C-S deriva dalla scissione dell’ATP in
AMP e PP.
•
Il legame C-S degli acil-CoA è ad alto contenuto energetico.
Esempio di un Acil-Coenzima A
DOVE SI TROVA:
Fegato
Tuorlo dell’uovo
Broccolo
Merluzzo
Latte umano
CARENZA:
vista la disponibilità ampiamente diffusa dell’acido pantotenico è
difficile riscontrarne una carenza negli esseri umani
3) Piridossalfosfato (PLP)
• Deriva dalla vit. B6.
• E’ la forma coenzimaticamente attiva, gli altri
membri del gruppo B6 svolgono la loro azione
vitaminica per la possibilità di interconvertirsi in
PLP.
• E’ coenzima di enzimi che catalizzano una vasta
gamma di reazioni degli amminoacidi, quali la
decarbossilazione e la transamminazione.
transaminazione o decarbossilazione degli amminoacidi,
deaminazione ossidativa delle ammine
reazioni di racemizzazione,
metabolismo del triptofano, con trasformazione dell’acido xanturenico in acido
nicotinico,
metabolismo lipidico, con trasformazione dell’acido linoleico in acido arachidonico
e formazione degli sfingolipidi (evento importante per la produzione di guaine
mieliniche),
glicogenolisi, in quanto è il coenzima della glicogeno fosforilasi,
sintesi di vari neurotrasmettitori (serotonina,dopamina, noradrenalina e acido
gamma-amminobutirrico
diminuzione dell’azione degli ormoni steroidei, per la sua capacità di legarsi ai loro
recettori,
Sintesi dell’eme
Conversione dell’omocisteina in cisteina
Catabolismo del glicogeno (La B6 è inoltre coenzima delle fosforilasi per il
metabolismo del glicogeno)
DECARBOSSILAZIONE DELL’ACIDO GLUTAMMICO IN ACIDO GAMMA-AMMINOBUTIRRICO
(GABA) CATALIZZATA DALLA GLUTAMMATO DECARBOSSILASI
IL GABA agisce come neurotrasmettitore ad azione inibitoria e quindi come moderatore
dell’eccitabilità delle cellule nervose
E’ il coenzima del delta-amminolevulinato sintasi enzima mitocondriale che catalizza la
prima tappa della sintesi dell’eme
Coenzima della glicogeno fosforilasi enzima chiave nel metabolismo del glicogeno
DOVE SI TROVA:
Carote
Nocciole
lievito di birra
germe di grano
riso
tonno
salmone
CARENZA:
Il deficit di vitamina B6 è raro e può causare irritabilità, crampi muscolari e convulsioni.
4) Biotina
E’ un coenzima in diverse carbossilasi; agisce fissando inizialmente la molecola di
CO2 e trasferendola successivamente alla molecola da carbossilare.
La carbossilazione della biotina a carbossi-biotina utilizza il bicarbonato come
donatore di carbossile e richiede la presenza di magnesio e di ATP.
Nell'uomo, la biotina è il coenzima di quattro importanti carbossilasi
la piruvato carbossilasi nella gluconeogenesi.
la propionil CoA carbossilasi per il metabolismo del propionato;
la metilcrotonil CoA carbossilasi per il metabolismo degli aminoacidi ramificati e
l'acetil CoA carbossilasi nella sintesi degli acidi grassi
Biotinilazione degli istoni attraverso il legame con specifici residui di lisina
silenziamento genico, proliferazione cellulare e risposta al danno al DNA.
DOVE SI TROVA:
Carne
Fegato
Tuorlo d’uovo
cereali
CARENZA:
Dermatite
Ritardo dello sviluppo
convulsioni
5) Coenzimi folici
• L’acido folico è coenzima di enzimi coinvolti nel
trasferimento di unità monocarboniose che includono alcune
fasi del metabolismo degli amminoacidi e delle basi azotate
• Coinvolto nella formazione del principale agente metilante Sadenosilmetionina (SAM)
• La forma coenzimatica è l’acido tetraidrofolico (FH4).
• Il coenzima trasporta gruppi monocarboniosi a vari livelli di
ossidazione
• Proliferazione cellulare
• Formilazione del tRNA iniziatore della sintesi proteica
SINTESI DEL TIMILIDATO catalizzata dalla timidilato sintasi, limitante per la replicazione del
DNA, catalizzata dalla timidilato sintasi, limitante per la replicazione del DNA e dipendente dalla
disponibilità del metilene-FH4 coenzima donatore del gruppo metilico
SINTESI EX-NOVO DELLE BASI PURINICHE (biosintesi adenina e guanina)
OMOCISTEINA/METIONINA
L’omocisteina è un aminoacido non proteico prodotto dal metabolismo della metionina, un’aminoacido
solforato essenziale che viene introdotto nel nostro organismo con la dieta.
Il metabolismo dell’omocisteina può seguire due vie:
-via della rimetilazione: utilizza gli enzimi metionina-sintasi, metilenetetraidrofolatoreduttasi
(MTHFR), betaina-sintasi e ha come catabolita finale la metionina. In tale via l’omocisteina può
essere ri-metilata a metionina mediante due processi. Nel primo, in cui è fondamentale l’acido
folico, la reazione chiave avviene grazie all’enzima MTHFR che riduce il 5,10-metilenetetraidrofolato a 5-metiltetraidrofolato; quest’ultimo fornirà poi, in presenza di un coenzima, la
vitamina B12, il gruppo metilico necessario per la riconversione dell’omocisteina in metionina. Nel
secondo processo invece la reazione di rimetilazione è svolta dall’enzima betaina-sintasi che
produce metionina catalizzando il trasferimento di un gruppo metilico dalla betaina all’omocisteina.
La metionina è il precursore del SAM.
-via della transulfurazione: sfrutta l’enzima cistationina-sintasi e ha come prodotto finale
l’aminoacido cisteina. La cistationina-sintasi, coadiuvata dal coenzima vitamina B6, catalizza la
reazione di condensazione tra omocisteina e serina con formazione di cistationina che
successivamente viene degradata a cisteina.
Mentre la via metabolica della rimetilazione è attiva per basse concentrazioni di omocisteina e di
metionina, la via della transulfurazione entra in gioco quando le concentrazioni dei due aminoacidi
aumentano
DOVE SI TROVA:
SPINACI ASPARAGI BROCCOLI
ARANCIA FRAGOLA
LEGUMI ARACHIDI
CARENZA:
Anemia macrocitica megaloblastica (forme immature di eritrociti)
Disturbi gastrointestinali caratterizzati da un malassorbimento
Sintesi difettosa del DNA nei tessuti con alto ricambio cellulare
Malformazione del sistema nervosocentrale (mancanza della chiusura del tubo
neurale nello sviluppo del feto)
Rischio di cancro (SAM-metilazione-regolazione dell’espressione genica)
Malattie cardiovascolari (omocisteina)
6) Coenzimi derivati dalla vit. B12
Le forme coenzimaticamente attive sono:
la metil-cobalamina (metionina sintasi)
la 5’-desossi-adenosil-cobalammina (metilmalonil-CoA mutasi)
Il meccanismo delle reazioni catalizzate dai coenzimi della vit. B12 consiste nello
scambio intramolecolare tra un atomo di H ed un gruppo legati a due atomi di C
adiacenti.
a)
Cianocobalammina
(vitamina B12)
b) Metilcobalammina (MeCbl)
c) 5’-deossiadenosilcobalammina
o adenosilcobalammina (AdoCbl)
(coenzima B12)
metilmalonil-CoA mutasi:
Enzima della matrice mitocondriale, coinvolto nel metabolismo del propionil-CoA
che è il prodotto della degradazione di alcuni amminoacidi e del catabolismo di
acidi grassi a numero dispari di atomi di C
Dal ciclo finale della -ossidazione di questi acidi grassi
si forma propionil-CoA, che viene convertito in succinilCoA per entrare ciclo dell’acido citrico.
Per la conversione di propionil-CoA a succinil-CoA sono
necessari 3 enzimi.
La I reaz., catalizzata da propionil-CoA carbossilasi,
richiede un gruppo prosteico biotina e viene promossa
dall’idrolisi di ATP
Il prodotto della reazione, (S)-metilmalonil-CoA, viene
convertito nella forma R dalla metilmalonil-CoA
racemasi.
(R)-metilmalonil-CoA è un substrato per la
metilmalonil-CoA mutasi che catalizza la sua
conversione a succinil-CoA
L’enzima usa quale gruppo prosteico la
5’-deossiadenosilcobalammina (Coenzima B12)
Il succinil-CoA è utilizzato nel ciclo di Krebs e nella
Biosintesi dell’eme
La metionina sintasi è un enzima appartenente alla classe delle transferasi,
che catalizza la seguente reazione:
5-metiltetraidrofolato + L-omocisteina ⇄ tetraidrofolato + L-metionina
DOVE SI TROVA:
Lla vitamina B12 è prodotta da microrganismi, quindi non è presente negli
alimenti vegetali tranne quando questi sono contaminati da materia fecale.
La fonte di vitamina negli alimenti di origine vegetale dipende
dall’ingestione da parte dell’animale dei microrganismi contenenti vitamina
B12.
Si trova nel fegato, nel latte intero, nelle uova, nella carne di maiale e di
pollo, nelle ostriche e nei gamberetti.
CARENZE:
Anemia megaloblastica (presenza nel midollo ed a volte anche nel circolo
sanguigno, di megaloblasti abnormi)
Anormalità neurologiche (dovuta a perdita di mielina)
Disturbi gastrointestinali
La vitamina A è una vitamina liposolubile, in natura si trova in 3 diverse forme:
alcolica (retinolo),
aldeidica (retinaldeide)
acida (acido retinoico)
Anche i carotenoidi posseggono l'attività biologica della vitamina A in quanto
possono fungere da provitamine
Sezione dell’occhio
La luce è focalizzata
attraverso le lenti;
- La quantità di luce che
raggiunge la retina è
controllata dall’apertura
dell’iride;
- La luce raggiunge la retina
neurale che contiene
cellule neurali,
fotorecettrici e accessorie;
- La retina neurale termina
nel fascio di nervi ottici.
Struttura della retina neurale
I fotorecettori non sono i primi ad essere
colpiti dalla luce
- Le cellule più vicine alla luce sono i neuroni
che integrano il segnale
Nell’uomo ci sono diversi tipi di cellule
recettive:
Cellule a forma di bastoncino (“rods”) per la
visone notturna
Cellule a forma di cono (“cones”) per la
visione del colore (blu, verde e rosso).
- Epitelio pigmentato.
Cellula “rod” e rodopsina
Schema del corpo della cellula, segmento
interno e segmento esterno.
La rodopsina, recettore primario, è
presente nei dischi del segmento esterno
L’opsina è un polipeptide con 348
aminoacidi
L’opsina si combina con l’11-cis retinale
per formare la rodopsina
Struttura della rodopsina
La rodopsina è una proteina di membrana con 7 α-eliche di
transmembrana e tre domini (citoplasmatico, transmembrana e
intradiscale o extracellulare)
- Il retinale è ancorato covalentemente in posizione K296
Isomerizzazione di 11-cis retinale
Quando il retinale libero assorbe luce,
l’isomerizzazione può
avere luogo attorno a molti legami
- Nella rodopsina, l’isomerizzazione è ristretta al
doppio legame C11-C12 a causa dell’ambiente
proteico
l’assorbimento della luce fa sì che il retinale abbia a modificare la propria conformazione da
11-cis a tutto-trans. Questa è l’unica reazione che dipende dalla luce in tutto il ciclo visivo.
In seguito a questa modifica di conformazione, il retinale non si adatta più nel sito di legame
dell’opsina e ciò fa sì che l’opsina vada incontro a sua volta a una serie di modificazioni della
propria conformazione, per assumere una conformazione semi-stabile detta metarodopsina ΙΙ.
Questa è la forma attiva della rodopsina che dà inizio al secondo ciclo di eventi che
caratterizzano la fototrasduzione.
La metarodopsina ΙΙ persiste, come tale, per un tempo molto piccolo; in un tempo dell’ordine di
minuti la base di Schiff che lega l’opsina con il retinale, si idrolizza spontaneamente dando
opsina e retinale tutto-trans che tende a disperdersi per diffusione.
Per poter essere riutilizzato di nuovo nella sintesi di altra rodopsina il retinale tutto-trans
deve venir isomerizzato di nuovo nella forma 11-cis reazione che si ritiene abbia luogo
nell’epitelio pigmentato circostante.
Il retinale tutto-trans viene ridotto a retinolo tutto-trans, che è il precursore diretto
necessario nella sintesi del retinale 11-cis.
Analogamente a quanto abbiamo detto dei bastoncelli, anche il pigmento visivo dei coni è
composto da due parti: una proteina detta opsina dei coni e una molecola in grado di assorbire
la luce che sembra essere sempre il retinale 11-cis, come nei bastoncelli. Si ritiene che anche i
meccanismi di eccitazione, scissione e di rigenerazione dei pigmenti dei coni siano analoghi a
quelli che interessano la rodopsina.
Intermedi fotoindotti della rodopsina
Rodopsina + hν
↓assorbimento
Rodopsina*
↓isomerizzazione
deprotonazione
protonazione
Sunday, 16
Metarodopsina I
(retinale all-trans e la base di Schiff protonata)
↓deprotonazione
Metarodopsina IIa
(base di Schiff deprotonata con H+ trasferito al
dominio di
transmembrana, probabilmente a E113)
↓protonazione
Metarodopsina IIb
(+ H+ dal dominio citoplasmatico)
↓
variazione conformazionale
1 molecola di rodopsina
assorbe luce
↓
500 molecole di transducina
vengono attivate
↓
500 molecole di fosfodiesterasi
vengono attivate
↓
105 molecole di cGMP
vengono idrolizzate
↓
250 canali di Na+
vengono chiusi
↓
106-107 Na+ (1 secondo)
non entrano nella cellula
↓
Membrana del “rod”
iperpolarizzata (1mV)
DOVE SI TROVA:
Olio di fegato di pesce
Fegato
Pesce
Latte non scremato
Burro
Tuorlo d’uovo
CARENZA:
Cecità alla luce crepuscolare
Xeroftalmia (secchezza dell’occhio)
Ritardo nello sviluppo
Aumentata suscettibilità alle infenzioni
La vitamina D è un gruppo costituito da 5 diverse vitamine: vitamina D1, D2, D3, D4 e D5. Le
due più importanti forme nella quale la vitamina D si può trovare sono la vitamina D2
(ergocalciferolo) e la vitamina D3 (colecalciferolo), entrambe le forme dall'attività biologica
molto simile.
Il colecalciferolo (D3), derivante dal colesterolo, è sintetizzato negli organismi animali, mentre
l'ergocalciferolo (D2) è di provenienza vegetale.
La vitamina D ottenuta dall'esposizione solare o attraverso la dieta è presente in una forma
biologicamente non attiva e deve subire due reazioni di idrossilazione per essere trasformata
nella forma biologicamente attiva, il calcitriolo.
La vitamina D è essenziale per il mantenimento dell'omeostasi del calcio e del fosfato. La
forma metabolicamente attiva è l'1,25-(OH)2-colecalciferolo che agisce favorendo:
l'assorbimento del calcio a livello intestinale;
il riassorbimento del calcio e del fosforo nel tubulo contorto prossimale;
la deposizione del calcio a livello del tessuto osseo.
Il calciferolo agisce con un meccanismo d'azione ormonosimile in quanto:
è sintetizzato autonomamente dall'organismo umano;
agisce su un organo bersaglio;
ha una struttura che ricorda gli ormoni steroidei.
L’azione della vitamina D tende ad elevare i livelli ematici di calcio tramite
l’aumento del suo riassorbimento renale e l’aumento dell’assorbimento
intestinale, in conseguenza di ciò si avrà una corretta mineralizzazione dell’osso
ed un normale accrescimento corporeo.
Agisce all’interno del sistema Paratormone (PTH) – Calcitonina in modo
sinergico con il PTH con conseguente omeostasi del sistema calcio – fosforo.
1,25-(OH)2-colecalciferolo stimola la sintesi della CaBP (proteina che
trasporta il calcio) nell'organo bersaglio (enterociti), intervenendo a livello
della trascrizione del DNA intestinale che codifica per la proteina e della RNA
polimerasi plasmatica.
Il paratormone (PTH) è un ormone di natura peptidica secreto dalle paratiroidi, insieme
alla calcitonina, è adibito all'omeostasi degli ioni calcio e fosforo.
Questi due minerali, oltre ad essere i principali costituenti delle ossa e dei denti,
permettono la contrazione muscolare, la trasmissione degli impulsi nervosi, la
coagulazione del sangue ed il normale svolgimento di numerose reazioni metaboliche. E'
quindi fondamentale che la loro concentrazione rimanga relativamente costante durante
tutto l'arco della giornata.
Per mantenere tali valori in equilibrio il corpo si affida principalmente a due ormoni: il
paratormone, che espleta un'azione ipercalcemizzante, e la calcitonina, che ricopre il ruolo
opposto. Nell'omeostasi del calcio interviene anche l'1,25-(OH)2-colecalciferolo o
calcitriolo, che rappresenta la forma attiva della vitamina D.
A livello delle ossa il paratormone stimola la mobilizzazione del calcio per vie dirette ed
indirette.
Nel primo caso interviene in prima persona, modulando positivamente l'attività degli
osteoclasti (grosse cellule che hanno la funzione di erodere e rinnovare la matrice ossea).
Dato che il tessuto osseo è ricco di ioni calcio, il suo catabolismo favorisce l'aumento della
calcemia.
A livello renale il paratormone aumenta l'escrezione di ioni fosfato con le urine, diminuendo
la concentrazione del minerale nel sangue. Per riequilibrare la situazione l'organismo
richiama fosfato dalle ossa, nelle quali è depositato sottoforma di idrossiapatite Ca5(PO4)3(OH
A livello intestinale, grazie all'ausilio del calcitriolo (forma attiva della vitamina D) il
paratormone stimola l’assorbimento di calcio. A livello renale lo stesso ormone stimola
l'attivazione della suddetta vitamina.
Oltre a favorire l'escrezione del fosfato con le urine, il paratormone agisce positivamente sul
riassorbimento del calcio.
Il paratormone è un ormone ipercalcemizzante che agisce a tre livelli:
1) aumentando il riassorbimento renale di Ca2+
2) aumentando l'eliminazione renale di fosforo
3) stimolando la formazione della Vitamina D3 dalla D2 nel rene
4) aumentando la degradazione ossea
5) aumentando l'assorbimento intestinale di calcio
La diminuzione della calcemia rappresenta un forte stimolo sulla secrezione di paratormone e,
parallelamente, inibisce il rilascio del suo antagonista (calcitonina). Allo stesso modo, non
appena la concentrazione di calcio nel sangue supera i valori normali la secrezione di
paratormone viene inibita.
DOVE SI TROVA:
uovo intero
Sardina
Aringa
fegato di pollo
frattaglie
olio di fegato di merluzzo
latte e derivati
Germe di grano
CARENZA:
una carenza di vitamina D provoca un inadeguato assorbimento del calcio, ritenzione di
fosforo nei reni, e demineralizzazione ossea con rachitismo, deformazione delle ossa,
nei bambini, osteomalacia che è il rachitismo aduldo, osteoporosi, inarcamento delle
gambe e della colonna vertebrale, ingrossamento della articolazione del polso, del
ginocchio, dell'anca, muscoli scarsamente sviluppati, irritabilità nervosa,
Vit. C
• La forma predominante della vitamina nei cibi
e nei tessuti è l’ascorbato che, per
ossidazione si trasforma in deidroascorbato,
il solo altro composto con attività vitaminica.
• Il deficit di Vit. C causa lo scorbuto.
• Funzioni:
-riduzione di metalli (Cu e Fe) che agiscono
da cofattori in reazioni di idrossilazione in
cui partecipa l’O2.
-rimozione dei radicali liberi
-metabolismo del Fe.
Il collagene è la principale proteina del tessuto connettivo negli animali. È la proteina più
abbondante nei mammiferi, rappresentando nell'uomo circa il 6% del peso corporeo.
Il collagene è una struttura rigida,
rigidità conferita dalla presenza di
prolina o idrossiprolina. La più stabile
disposizione e riarrangiamento del
collagene è quella della tripla elica
proprio per la presenza della prolina
L'unità strutturale del collagene è
rappresentata dal tropocollagene
formata da tre catene polipeptidiche
con andamento sinistrorso che si
associano a formare una tripla elica
destrorsa
Tutte le unità di tropocollagene hanno la stessa lunghezza, la stessa ripetitività di
amminoacidi, che implica quindi la presenza della glicina ogni tre residui e dove X e Y sono
spesso la prolina Pro e l'idrossiprolina.
I filamenti di tropocollagene sono tenuti insieme da legami idrogeno. questi legami sono
possibili grazie alla presenza di glicine e dalle modifiche post-traduzionali di lisina e prolina.
Entrambi questi amminoacidi subiscono una ossidazione per aggiunta di un gruppo
ossidrile.
La prolina è modificata a idrossiprolina dall'enzima Prolina Idrossilasi, che inserisce il
gruppo -OH in corrispondenza del secondo carbonio dell'anello; mentre la lisina è
modificata a idrossilisina dall'enzima Lisina Idrossilasi, che inserisce il gruppo -OH al
posto del gruppo amminico della catena laterale della lisina. Entrambi gli enzimi agiscono
in presenza del co-fattore acido ascorbico
L'enzima che catalizza l'idrossilazione della prolina è una monossigenasi che contiene uno
ione ferro (Fe2+)
Prolina + O2 + alfaC.G. ----> Idrossiprolina + CO2 + succinato
Durante questa reazione, inoltre, il ferro della monossigenasi è ossidato da Fe2+ a Fe3+, e la
forma ossidata dell'enzima è inattiva.
Per ridurlo nuovamente entra in gioco l'acido ascorbico la cui ossidazione a deidroascorbico è
accoppiata alla riduzione della monossigenasi:
Acido Ascorbico + monossigenasi(Fe3+) ----> Acido deidroascorbico + monossigenasi(Fe2+)
VITAMINA F
La vitamina F è la più «giovane» delle vitamine, essendo stata scoperta nel 1951.
E' costituita da una miscela di acidi grassi essenziali (AGE), prevalentemente acido linoleico
(omega-6), acido alfa-linolenico (omega-3) e acido arachidonico, che è il principale
responsabile dell'attività biologica di questa vitamina.
La vitamina F non viene prodotta dall'organismo e pertanto deve essere introdotta
totalmente con l'alimentazione. Viene anche classificata come fattore vitaminosimile ed è un
precursore delle prostaglandine.
ostacola la deposizione di trigliceridi e colesterolo nelle arterie, prevenendo l'aterosclerosi;
favorisce l'integrità della pelle e dei capelli
indispensabile nella formazione della membrana cellulare e la sua carenza altera il trasporto
ionico attraverso la membrana,
Nell'uomo la quantità di sali minerali presenti rappresenta circa il 6% del peso
corporeo, pertanto il fabbisogno giornaliero è limitato, tuttavia essendo essi eliminati
costantemente dall'organismo, attraverso le feci, l'urina ed il sudore, vanno
costantemente reintegrati.
In base al fabbisogno giornaliero, nell'alimentazione umana, i sali minerali vengono
classificati in tre gruppi principali:
macroelementi: il fabbisogno è > 100 mg/giorno;
microelementi: il fabbisogno è tra 1 e 100 mg/giorno;
oligoelementi: il fabbisogno è < 200 mg/giorno
ferro (Fe)
rame (Cu)
zinco (Zn)
fluoro (F)
iodio (I)
selenio (Se)
cobalto (Co) manganese (Mn)
molibdeno (Mo)
Una metalloproteina è una proteina che contiene atomi metallici.
Questi possono svolgere una funzione strutturale, mantenendo la
stabilità del ripiegamento (o "fOLDING") della proteina (come
avviene nei fattori di trascrizione a "dita di zinco"), o funzionale,
partecipando all'attività catalitica di un enzima, come avviene, ad
esempio, nelle metallo proteasi.
Le MetalloProteinasi di matrice (MMPs) sono una famiglia di enzimi coinvolti in
numerosi
processi fisiologici e patologici concernenti la matrice extracellulare (ECM),
quali lo sviluppo,
l’infiammazione, la crescita e l’invasività tumorale
Hanno un dominio catalitico contenente l’atomo di Zn++ catalitico coordinato a 3
His
L’anidrasi carbonica è una metalloproteina contenente zinco.
Il cofattore zinco, presente nel sito attivo, è coordinato con tre istidine e una
molecola d’acqua a formare un complesso tetraedrico.
A pH fisiologico,il quarto ligando dello zinco è un idrossile.
Il sito attivo si trova in una tasca idrofobica della struttura terziaria,
legato ad un atomo di zinco. Gli atomi di azoto di tre istidine legano direttamente lo zinco.
L'istidina 64 oscilla avvicinandosi e allontanandosi dallo ione zinco ad ogni ciclo enzimatico aiutando
lo zinco a ricaricarsi con un nuovo ione idrossido.
Appena lo zinco si è ricaricato con una nuova molecola di acqua e lo ione bicarbonato è stato
rilasciato, l'enzima sarà pronto ad agire su un'altra molecola di anidride carbonica.
La reazione, catalizzata dalla CA avviene in diverse fasi:
attacco nucleofilo del complesso zinco–idrossile sul substrato CO2
scambio del bicarbonato prodotto con una molecola d’acqua.
Lo zinco è la chiave di questa reazione enzimatica. L'acqua legata allo ione zinco viene scissa in un
protone ed in uno ione idrossido. Poichè lo zinco è uno ione positivo, stabilizza lo ione idrossido
carico negativamente che così può attaccare l'anidride carbonica formando così uno ione
bicarbonato.
Le reazioni di idratazione/disidratazione della CO2 che avvengono in un
organismo possono seguire due vie diverse: una via prevede l’azione della CA
l’altra è la via senza la catalizzazione enzimatica.
CO2 + H2O →H2CO3 H+ + HCO3-
La dismutazione è un particolare tipo di reazione nella quale avvengono
contemporaneamente due reazioni opposte, un'ossidazione e una
riduzione, su due molecole uguali. L'enzima SOD prende due radicali
superossido, strappa via l'elettrone in più dal primo e lo trasferisce al
secondo. In questo modo una delle due molecole si ritrova con un
elettrone in meno e quindi diventa ossigeno molecolare O2, l'altra si
ritrova con un elettrone in più e, dopo aver legato due ioni H+, diventa
acqua ossigenata H2O2.
Esistono molte forme comuni di SOD: sono proteine che possono avere
cofattori metallici diversi, come rame e zinco, o manganese, ferro, o
nichel.
Superossido Dismutasi (SOD)
La superossido dismutasi contiene zinco e richiede la presenza di selenio come
coofattore.
Questo enzima è in grado di trasformare lo ione superossido (O2*) in acqua
ossigenata (H2O2)
SOD
2 O2* + 2H+------------------- H2O2 + O2
Il potere di difesa del SOD è ridotto perchè l’H2O2 che si forma, se non
prontamente bloccata, diffonde attraverso le membrane biologiche
amplificando il ciò provvede la:
Catalasi CAT
La catalasi riduce l’acqua ossigenata ad acqua libera ed ossigeno.
2 H2O2 --------2H2O + O2
L'azione dei metalli consiste nell'agire da tramite per il trasferimento
elettronico da un anione superossido all'altro; in un primo momento
l'enzima viene ridotto da O2– e, in una seconda fase funge da riducente
trasferendo l'elettrone prima ricevuto ad un altro radicale O2–
riproponendosi inalterato per successivi eventi reattivi:
Cu2+-SOD + O2–
Cu1+-SOD + O2
Cu1+-SOD + O2– + 2H+
Cu2+-SOD + H2O2
L'acqua ossigenata, che potrebbe anche essa produrre radicali liberi molto
pericolosi, viene eliminata mediante altri enzimi (catalasi) che accelerano
moltissimo il seguente processo di dismutazione:
H2O2 + H2O2
2H2O + O2
La disproporzione dell'acqua ossigenata (ossigeno -1) consiste nella riduzione
ad acqua (ossigeno -2) e nella ossidazione a diossigeno (ossigeno zero). Le
catalasi sono enzimi che, come le SOD, agiscono intervenendo come tramite
per il trasferimento elettronico tra due molecole di H2O2 e cioè agiscono da
riducenti e, una volta ossidati, da ossidanti nei confronti di una seconda
molecola.
H2O2 + Fe(III)-E
H2O + O=Fe(IV)-E
H2O2 + O=Fe(IV)-E
H2O + Fe(III)-E + O2
La maggior parte del ferro presente nel corpo è utilizzato per la
formazione di emoglobina, metallo-proteina essenziale per il trasporto
dell'ossigeno ai tessuti. Viene introdotto nell'organismo con gli
alimenti sia animali che vegetali e la vitamina C, ne favorisce
l'assorbimento.
è costituente di molti metallo-enzimi e fra questi ricordiamo:
la catalasi che ci protegge dal perossido di idrogeno (H202);
le aldeidossidasi, necessarie alla ossidazione aerobica dei carboidrati;
i citocromi, necessari al trasferimento degli elettroni nella già
ricordata catena respiratoria.
La famiglia del citocromo P450 è una superfamiglia enzimatica di emoproteine
appartenente alla sottoclasse enzimatica delle ossidasi a funzione mista (o
monoossigenasi). I citocromi P450 sono i maggiori attori coinvolti nella
detossificazione dell'organismo, essendo in grado di agire su una gran numero di
differenti substrati, sia esogeni (farmaci e tossine di origine esterna) che endogeni
(prodotti di scarto dell'organismo). Spesso prendono parte a complessi con funzione
di catena di trasporto di elettroni, noti come sistemi contenenti P450.
•legame del substrato al citocromo P450;
•riduzione dell’atomo di ferro del gruppo eme con elettroni forniti da NADH o NADP(H);
•legame dell'ossigeno molecolare al citocromo;
•trasferimento di un secondo elettrone;
•formazione di una molecola d'acqua;
Il substrato si lega al sito
attivo dell'enzima, nelle
vicinanza del gruppo eme
Il substrato legato induce
un cambiamento nella
conformazione del sito
attivo, spesso eliminando
una molecola d'acqua dalla
posizione di coordinazione
distale assiale del ferro
La citocromo-c ossidasi (o complesso IV) è l'ultimo complesso enzimatico
coinvolto nella catena di trasporto degli elettroni, di cui catalizza la seguente
reazione.
4 ferrosocitocromo c + O2 + 4 H+ → 4 ferricocitocromo c + 2 H2O.
I motivi zinc finger sono caratterizzati dalla presenza di un atomo di zinco o nel
caso dei motivi zinc cluster da due. Le proteine che presentano questi motivi
sono caratterizzati da un alfa elica che si inserisce nel solco maggiore del DNA
prendendo interazione con le basi. Sulla faccia dell'elica si trovano residui di
istidina che vanno ad interagire con l'atomo di zinco.
L'interazione con l'atomo di zinco permette di mantenere saldamente
posizionata l'elica all'interno del solco maggiore poiché lo zinco stesso
interagisce con residui di cisteina posizionati sulla faccia di due foglietti beta
antiparalleli. Molto spesso i motivi zinc finger possono essere collegati l'uno
all'altro grazie ad interazioni testa coda, provocando due importanti reazioni:
La prima è che in questo modo la quantità di DNA riconosciuto è maggiore
La seconda è che l'interazione con il DNA si fa più forte
Le “dita con zinco” (zinc fingers)
prendono il nome dalla
loro struttura, in cui un piccolo gruppo di
amminoacidi
conservati legano un atomo di zinco,
formando un dominio
indipendente nella proteina. Il consenso
per un “dito” è:
Cys-X3-Cys-X12-His-X3-His, in
complesso 23 amminoacidi
e sono chiamate “dita Cys2/His2”.
