file PPS - Istituto Italiano Edizioni Atlas
annuncio pubblicitario
Copertina Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 1 CAPITOLO La biochimica 28 Indice Il metabolismo cellulare Carboidrati 1. Il metabolismo dei carboidrati 2. La glicogenolisi 3. La glicogenesi (glicogeno sintesi) 4. La glicolisi 5. Via del pentoso fosfato (o shunt dell’esoso monofosfato) 6. Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) 7. Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa 8. Gluconeogenesi Lipidi 9. I lipidi: fonte di energia 10. Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi) 11. Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi 12. Catabolismo dei trigliceridi 13. Biosintesi del colesterolo 14. Sintesi dei corpi chetonici Amminoacidi 15. Metabolismo degli amminoacidi Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 2 Il metabolismo cellulare CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. I processi chimici che si svolgono in una cellula prendono il nome di metabolismo. Il metabolismo si compone di due serie di reazioni: a. Catabolismo: degradazione di molecole complesse in molecole semplici (produzione di energia). b. Anabolismo: formazione di molecole complesse da molecole semplici (consumo di energia). Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 3 661 1 Il metabolismo dei carboidrati CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. I carboidrati forniscono circa il 50% dell’energia introdotta con la dieta. I carboidrati, costituiti prevalentemente da cereali e frutta, vengono demoliti a monosaccaridi (glucosio) mediante enzimi idrolitici. Il livello di glucosio nel sangue è controllato principalmente dagli ormoni insulina e glucagone, ma anche dall’adrenalina delle ghiandole surrenali. Un livello alto di glucosio nel sangue determina uno stato di iperglicemia, mentre una concentrazione di glucosio sotto il valore limite comporta uno stato di ipoglicemia. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 4 661 2 La glicogenolisi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. La glicogenolisi è il processo con cui il glicogeno, un carboidrato immagazzinato nel fegato e nelle cellule muscolari, è scisso in glucosio per fornire energia. Il nostro organismo, a digiuno, utilizza questo processo per mantenere costante il livello di glucosio nel sangue. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 5 663 3 La glicogenesi (glicogeno sintesi) CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. Per glicogenesi s’intende la formazione di glicogeno, un carboidrato che viene immagazzinato nel fegato e nelle cellule muscolari, a partire dal glucosio. La glicogenesi, che si verifica quando il livello di glucosio nel sangue è troppo elevato, è stimolata dall’ormone insulina. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 6 664 4 La glicolisi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. La glicolisi è il processo principale del catabolismo del glucosio. Le reazioni si verificano nel citosol. Nella glicolisi si ha conversione di una molecola di glucosio (un carboidrato a 6 atomi di carbonio) in due molecole di acido piruvico che, nelle condizioni fisiologiche, si presenta nella forma di ione piruvato CH3 – CO – COO− Nel processo vengono liberate due molecole di ATP, come energia libera, e si formano due molecole di NADH. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 7 665 4 La glicolisi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. 665 Il processo glicolitico si verifica in due fasi: una preparatoria e l’altra ossidativa. La reazione complessiva della glicolisi è così rappresentata: C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP+2Pi 2CH3 − CO − COO− + 2ATP + 2NADH + 4H+ glucosio Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 piruvato 8 4 La glicolisi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. In condizioni anaerobiche, il piruvato si può trasformare in lattato oppure in etanolo. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 9 667 5 Via del pentoso fosfato (o shunt dell’esoso monofosfato) CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. Lo shunt dell’esoso monofosfato, una via metabolica che si verifica nel citoplasma, porta alla formazione di ribosio-5-P e di 2 molecole di NADH. Il ribosio-5-fosfato è importante nella sintesi dei nucleotidi, mentre il NADH interviene in molti processi riduttivi. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 10 669 6 Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. Il piruvato, prodotto mediante il processo della glicolisi, viene ossidato nel ciclo di Krebs a CO2 producendo energia che viene immagazzinata come ATP. Il ciclo di Krebs si verifica nella matrice dei mitocondri. Il piruvato, una delle poche molecole che attraversa la membrana mitocondriale, prima di entrare nel ciclo di Krebs deve essere convertito in acetil-CoA. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 11 670 6 Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. 12 672 7 Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. 673 La catena di trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa hanno il compito di trasformare in ATP l’energia immagazzinata nelle molecole di NADH e di FADH2. Le molecole di NADH si sono formate nella glicolisi, nel ciclo di Krebs e nell’ossidazione del piruvato ad acetil-CoA. Il FADH2 è prodotto nel ciclo di Krebs. Il ciclo completo relativo ad NADH è: NADH + H+ + 3 ADP + 3 Pi + ½ O2 NAD+ + 3 ATP + H2O Il processo avviene nella membrana interna dei mitocondri. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 13 8 Gluconeogenesi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. Per gluconeogenesi s’intende la formazione di glucosio da molecole non saccaridiche. Le sostanze non saccaridiche che si possono trasformare in glucosio sono: - il lattato; - il piruvato; - il glicerolo; - molti amminoacidi. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 14 676 9 I lipidi: fonte di energia CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. 677 I grassi (o lipidi) costituiscono una riserva energetica metabolica superiore a quella del glicogeno. Il grasso si deposita sotto forma di adipociti nelle cellule adipose, occupando in alcuni casi tutto il volume cellulare. Gli enzimi interessati alla digestione dei lipidi sono le lipasi. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 15 10 Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi) CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. Il processo con cui si ha formazione di acidi grassi, partendo da precursori non lipidici, quali il glucosio e gli amminoacidi, prende il nome di lipogenesi. Nella via metabolica che dai carboidrati porta agli acidi grassi la prima tappa è la conversione del glucosio in piruvato glucosio 2 piruvato L’intermedio fondamentale per la sintesi degli acidi grassi è l’acetil-CoA che si forma nei mitocondri in seguito a decarbossilazione del piruvato. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 16 678 10 Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi) CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. L’acido palmitico, un acido grasso a 16 atomi di carbonio, ad esempio, si forma con la seguente reazione: Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 17 679 11 Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. Nei trigliceridi una molecola di glicerolo è esterificata con tre molecole di acidi grassi. Nei fosfolipidi due gruppi alcolici del glicerolo sono esterificati con acidi grassi, mentre il terzo si combina con una molecola differente che, nella lecitina, è la colina. Il glicerolo-3-fosfato è il composto primario da cui ha origine la biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 18 680 11 Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. La formazione del glicerolo-3-fosfato nel fegato può seguire due vie: Nel tessuto adiposo il glicerolo-3-fosfato si può formare solo dal glicerolo. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 19 680 12 Catabolismo dei trigliceridi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. I grassi, per poter essere utilizzati a scopo energetico nell’organismo, devono prima essere idrolizzati in acidi grassi e glicerolo. Il catabolismo degli acidi grassi segue una via ossidativa detta “-ossidazione degli acidi grassi”. I prodotti finali di questo processo, che si verifica all’interno dei mitocondri, sono acetilCoA, NADH e FADH2. In una successiva ossidazione, NADH e FADH2 portano alla formazione di notevoli quantità di molecole di ATP. Il glicerolo, invece, segue una via metabolica, la glicolisi, il cui risultato finale è il piruvato. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 20 682 13 Biosintesi del colesterolo CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. 685 Il colesterolo presente negli organismi animali è sintetizzato, per la maggior parte, nel fegato; nell’uomo anche nell’intestino e nelle ghiandole surrenali che producono ormoni steroidei. La biosintesi del colesterolo parte dall’acetil-CoA che può derivare dai carboidrati, dagli amminoacidi e dagli acidi grassi. Cibi che favoriscono la sintesi del colesterolo. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 21 14 Sintesi dei corpi chetonici CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. Si verifica una elevata ossidazione degli acidi grassi per le necessità energetiche dell’organismo quando la concentrazione dei carboidrati nella dieta è bassa o in condizioni di digiuno. Ciò porta ad un accumulo di acetil-CoA che, se l’organismo non è in grado di ossidare, dà origine ai corpi chetonici (chetogenesi). Per corpi chetonici s’intendono i seguenti composti: acido acetoacetico, acido 3-idrossibutanoico e acetone. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 22 687 15 Metabolismo degli amminoacidi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. Le proteine alimentari, in seguito all’azione di una serie di enzimi, vengono demolite ad amminoacidi che si riversano nel sangue. Le principali funzioni svolte dagli amminoacidi plasmatici durante il processo metabolico sono: a. sintesi di proteine; b. sintesi di composti azotati (ammine biogene, porfirine, glicoproteine); c. produzione di energia attraverso l’ossidazione dello scheletro carbonioso. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 23 688 15 Metabolismo degli amminoacidi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. La prima tappa del catabolismo degli amminoacidi consiste nell’allontanamento del gruppo amminico dal resto della molecola. Lo scheletro carbonioso residuo, un -chetoacido, viene utilizzato nel ciclo di Krebs o nella gluconeogenesi. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 24 689 15 Metabolismo degli amminoacidi CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA PAG. L’allontanamento del gruppo amminico degli amminoacidi è realizzato mediante due modalità: a. la transaminazione b. la deaminazione ossidativa. Nella deaminazione ossidativa si formano alte concentrazioni di ammoniaca che, nell’organismo, si presenta sotto forma di ione ammonio. Lo ione ammonio è tossico per le cellule del corpo umano e, in particolare, per quelle del cervello, per cui è importante che venga convertito in urea. Gli amminoacidi necessari per la nostra sintesi proteica vengono introdotti normalmente con l’alimentazione. Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2012 25 689
