METIONINA
FOLATI
VITAMINA B12
Unità monocarboniosa
-CH3
-CH2-
metile
metilene
-CHO
formile
Coinvolti nella sintesi di basi puriniche e pirimidiniche,
amminoacidi, altri importanti composti cellulari (creatina,
carnitina, colina, …)
Amminoacidi solforati
COOI
+H N-CH
3
I
CH2
I
CH2-S-CH3
metionina Met
legame tioetere
-CH2-S-CH3
COOI
+ H N-CH
3
I
CH2
I
CH2-SH
COOI
+ H N-CH
3
I
CH2-SH
cisteina Cys
omocisteina Hcy
gruppo sulfidrilico -SH
Met e Cys nella struttura delle proteine
Hcy non entra nella struttura delle proteine ma è indispensabile
un intermedio del metabolismo
TRANSMETILAZIONE
THF
metionina
S-adenosil
metionina
metionina
sintasi vit B12
N5-metilTHF
omocisteina
+ serina
cistationina vit B6
sintasi
X
metiltransferasi
S-adenosil
omocisteina
metil-X
creatina
quantitativamente più importante
colina
adenosina
cistationina
vit B6
cisteina
TRANSULFURAZIONE
- fosfolipidi (membrane, VLDL)
- neurotrasmettitori
(acetilcolina)
carnitina
adrenalina
- istoni -CH3
- citosina -CH3
(controllo epigenetico)
metionina + ATP SAM + 3 molecole fosfato
Carenza dell’enzima metionina adenosil transferasi causa persistenti alti
livelli di metionina con danni neurologici
SH
DNA-metiltransferasi
Metilazione della citosina presente in un promotore inibisce la
trascrizione: importante per la prevenzione del cancro
metilazione
degli istoni rende la cromatina compatta, non
)
disponibile alla azione dei fattori di trascrizione
Metilazione modifica il genoma senza alterare la sequenza, e
permette un adattamento rapido e permanente a modifiche
ambientali
I. L’omocisteina viene ritransformata in metionina ad
opera della METIONINA SINTASI (vit B12)
L’enzima non può funzionare in caso di inadeguato apporto
di gruppi -CH3 a causa di
mancanza di donatori - folati
carenza del cofattore - metilcobalammina
accumulo di omocisteina e bassi livelli di SAM
II. L’OMOCISTEINA E’ TRANSFORMATA CISTATIONINA
1° tappa irreversibile - CISTATIONINA -SINTASI (PLP)
Hcy + serina (cistationina -sintasi -vit B6) cistationina + H2O
2° tappa: CISTATIONINA -LIASI (PLP dipendente)
–
OOC-CH(NH3+)-CH2-CH2-S-CH2-CH(NH3+)-COO– + H2O
cisteina + -chetobutirrato + ammoniaca
-chetobutirrato (decarbossilazione ossidativa) propionilCoA succinil CoA
CISTEINA
sintesi di proteine
glutatione (Glu-Cys-Gly) (antiossidante)
CoASH (metabolismo acidi grassi)
taurina (SO3--CH2-CH2-NH3+ ) (formazione dei sali biliari)
zolfo inorganico (sintesi di solfolipidi)
interesse per il metabolismo degli amminoacidi solforati
IPEROMOCISTEINEMA
determinata da cause genetiche o nutrizionali
fattore di rischio per
patologie cardiovascolari
(indipendente da ipercolesterolemia o ipertensione)
esito infausto per gravidanza
alterazione di sviluppo fetale e neonatale
(alterata vascolarizzazione della placenta e quindi diminuita
funzionalità: aborto, sottopeso neonatale, difetti tubo neurale,)
sindrome di Alzheimer e altri disturbi neurologici
IPEROMOCISTEINEMIA dovuta a
• Difetto di rimetilazione della omocisteina a metionina
• Difetto di sintesi del 5 metil THF
• Difetto nella transulfurazione
Causa o indicatori di malattia?
Evidenziata nel 1962
Nel sangue :
- libera 1-2%
- coniugata a proteine (albumina)
- disolfuri misti Hcy-Hcy; Hcy-Cys
soglia iperomocistinemia = 12 mol/L
valori desiderabili ≤ 9-10 mol/L
Meccanismi biochimici del danno vascolare
• Ipometilazione
• Addotti a gruppi tiolici plasmatici, inibizione enzimi antiossidanti
cellulari, stress ossidativo
Alcune conseguenze fisologiche
(endotelio e piastrine)
• Aumento della risposta infiammatoria (endotelio)
• Alterata funzionalità piastrinica (aumentata sintesi trombossani),
• Anormalità della coagulazione e della fibrinolisi
• Diminuzione dei livelli di ossido nitrico dovuto a formazione di
S-nitroso-Hcy
NO ha azione vaso dilatatoria dovuta a rilassamento della muscolatura
vasale
DIFETTI GENETICI (rari)
cistationina sintasi
metionina sintasi
metilen-THF reduttasi (MTHFR) (carenza o polimorfismo)
•
NUTRIZIONALI: carenza di B6, B12 o folati
ALTERATA FUNZIONALITA’ RENALE con dimuita “clearance”
FARMACI CON ATTIVITA’ ANTIVITAMINICA
teofillina -usata per l’asma- per la B6
valproato - usato per la epilessia- per il folato
FOLATI
Termine generico che comprende
-folati alimentari
si trova prevalentemente
- nei vegetali verdi quali spinaci, asparagi, broccoli
- arance
- legumi, arachidi.
- acido folico presente in supplementi e cibi fortificati
Vitamina scoperta nel 1940
carenza: anemia megaloblastica
attualmente importante nella prevenzione
sistema nervo ( in particolare sviluppo fetale
cancro (colon)
pteridina – ac. p-amminobenzoico – ac.glutammico
H
N
O
HN 3
2
2HN
4
H
COOH
C
N
C
5
CH2
H
CH2
N
6
1
N
8
N
COOH
CH2
O
II
C
acido folico
sintetico
supplementi, alimenti fortificati
N
R
10
N
N
5
CH2
O
HN
CH2
7
R = unità monocarboniosa
2HN
O
N
H
H
H
O
II
C
H
COOH
N
C
H
OH
n
tetraidrofolato (THF) cofattore enzimatico
nelle fonti alimentari
THF variabile per
Livello di riduzione
Catena di poliGlu (1-14) legame peptidico
intrappola la vitamina nella cellula
aumenta l’affinità per gli enzimi
dà specificità enzimatica
CH2
Sostituzione agli N5 e N10
Forme enzimatiche specifiche
metile
– CH3
(posizione 5)
metilene – CH2 – (posizione 5 e 10)
metenile – CH= (posizione 5 e 10)
formile
– CHO (posizione 5 o 10)
FUNZIONI BIOCHIMICHE
- Sintesi della metionina dalla omocisteina
- Sintesi delle pirimidine (dUMP TMP) tappa limitante per la replicazione del DNA
- Sintesi delle purine
metionina
vit B6
glicina serina
dUMP
TMP
N5,N10(-CH2-)THF
metionina
vit B12
sintasi
MTHFR
FAD, NADPH
N5(-CH3)THF
+ omocisteina
metilentTHFdeidrogenasi - (NADP)
istidina
N5N10(-CH=) THF
glutammato
PURINE
(C-2, C-8)
metenilTHFcicloidrolasi (H2O
)
THF tetraidrofolato
MTHFR metilenTHFreduttasi
TMP timidilato
N10(-CHO)THF
formiltTHFsintasi (ATP)
glicina, colina fMet-tRNA
mitocondrio
- sintesi proteica mitocondriale
TRANSMETILAZIONE
SINTESI BASI
AZOTATE
RIMETILAZIONE
metionina
vit B6
glicina serina
S-adenosil
metionina
metionina
vit B12
sintasi
X
metiltransferasi
MTHFR
FAD, NAPH
TIMINA N5,N10(-CH2-)THF
istidina
5
10
N N (-CH=) THF
glutammato
N5(-CH3)THF+ omocisteina
vit B6
metil-X
colina
carnitina
creatina
adrenalina
Istoni-CH3
citosina-CH3
cistationina
PURINE N10(-CHO)THF
(C-2, C-8)
glicina, colina
vit B6
cisteina
TRANSULFURAZIONE
LA FUNZIONE DELLA VIT B12 e’ STRETTAMENTE
CORRELATA ALLA FUNZIONE DEL FOLATO
Manifestazioni cliniche di carenza di folato e di B12 sono simili
TRAPPOLA DEL FOLATO
CARENZA SECONDARIA DI FOLATI IN PRESENZA DI CARENZA DI
VITAMINA B12
N5-metilTHF deve essere convertito nella forma THF dall’enzima
metionina sintasi per poter essere riutilizzato.
In alternativa, essendo cattivo substrato per la folilpoliglutammato sintasi,
non rimane nella cellula e viene perso con le urine
SUPPLEMENTAZIONE DI FOLATI MASCHERA LA EVENTUALE
CARENZA DI VITAMINA B12
ASPETTI CLINICI
ANEMIA MEGALOBLASTICA Carenza di folati risulta nella inibizione del ciclo
cellulare. Anche disturbi gastrointestinali
DONNE IN GRAVIDANZA a rischio di sviluppare carenza per l’aumentata
richiesta di unità monocarboniosa e sintesi di DNA.
rischio di parto pretermine, minor peso alla nascita, fino a complicazioni di
gravidanza ed aborto spontaneo
DIFETTI DEL TUBO NEURALE
sistema nervoso centrale si forma fra il 20° e il 28° giorno dal concepimento
dimostrato che la supplementazione con acido folico un mese prima e dopo
l’inizio del concepimento (400 ug) previene il rischio nel 70% dei casi
Causa ? suggerito ma non dimostrato:
- la omocisteina ad alti livelli potrebbe essere neurotossica funzionando da
antagonista per il recettore del glutammato, coinvolto nello sviluppo neuronale
- alterata metilazione di geni coinvolti nella formazione neuronale
MALATTIE CARDIOVASCOLARI da alti livelli di omocisteina (folati, B6, B12)
PREVENZIONE DEL CANCRO
Folato come agente citoprotettivo (carenza associata a cancro)
Regola stabilità DNA tramite due meccanismi principali
uracile timina
in carenza: incorporazione errata di uracile nel DNA
S-AdenosilMet metila specifiche citosine DNA (regolazione della trascrizione)
in carenza: ipometilazione
CANCRO Cellule cancerose a rapida proliferazione necessitano di folati
(antifolati come farmaci)
ALCOLISMO CRONICO E CARENZA DI FOLATI: ipotizzato che acetaldeide o
l’enzima aldeide ossidasi aumenti l’ossidazione del folato
INVECCHIAMENTO Correlazione tra età e ipometilazione DNA
FUNZIONI MENTALI (depressione)
Alterazioni nei sistemi di metilazione del sistema nervoso centrale. Associata a
bassi livelli di serotonina.
Supplementazione di SAM
POLIMORFISMO - mutazione presente nell’1% o più della popolazione
Il metabolismo del folato coinvolge >30 proteine (enzimi, trasportatori)
con diversi polimorfismi
N 5,N10METILENE THF REDUTTASI (MTHFR)
gene isolato nel 1994
Molto studiata è MTHFR C677T (nella proteina Ala Val)
forma termolabile identificata nel 1995
in vitro - minore attività e minore stabilità
in vivo - può portare ad alterato rapporto delle varie forme metilate del
THF, in particolare in carenza di folato
Conseguenze: alti livelli di omocisteina
Caucausici ed asiatici presentano 12% omozigoti T/T e 50%
eterozigoti C/T; africani d’america incidenza più bassa
Supplementazione folato (800 g) sembra annullare differenze
Principale obiettivo
Prevenzione dei difetti del tubo neurale.
- Campagna indirizzata a tutte le donne in età fertile
DOMANDE
- Quanto folato?
- Sotto che forma? (sintetico o alimentare). L’alimentazione può fornire
sufficienti qualtità di folati?
- Polimorfismo MTHFR C677T ?
- Un eccesso di folati può aumentare il rischio di cancro?
-Un eccesso di folati può esarcebare i danni da carenza di vitamina B12?
USA fissato a 1 mg/die il livello massimo tollerabile di assunzione di
assunzione di acido folico sintetico incluse donne in gravidanza ed
allattamento. basandosi sulla evidenza che eccesso di acido folico può
esacerbare o far precipitare i danni neurologici dovuti a carenza di B12, dato
che l’anemia risponde alla sola supplementazione con acido folico
Problemi negli anziani.
Raccomandazioni sull’assunzione (microg/die)
Italia
USA
UK
Austria-Germania-Svizzera
-
Adulto (M,F)
200
400
Gestante
400
600
Nutrice
350
500
DONNA In ETA’ FERTILE?
200
300
400
600
Mean Folate Intake (microg/die)
Paesi Europei
Assunzione media in folati
nell’adulto relativamente
bassa
291 g/d per l’uomo e
247 g/d per la donna
Country
Male
Female
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Germany
Netherlands
Spain
Portugal
UK
Denmark
Sweden
Ireland
236
215
317
300
311
304
230
332
211
173
303
265
213
249
194
260
Vitamina B12
VITAMINA B12
1855 descritta sindrome con anemia megaloblastica e demielinizzazione
del sistema nervoso centrale.
1926 dimostrazione che dieta ricca in fegato stimola la produzione di
globuli rossi
1948 purificata dal fegato la vitamina B12
(nello stesso anno dalla Merck, Sharp and Dohme e dalla Glaxo)
Anemia perniciosa: fatale prima della scoperta della terapia vitaminica
SPERIMENTATA SU PAZIENTI
Modello particolare in quanto
Malattia non complicata da malnutrizione, carenza calorica o
carenza di altre vitamine
Mancanza di modelli animali che diano sintomi e alterazioni
simili a quelli dell’uomo.
STRUTTURA
anello tetrapirrolico (corrinico) con uno ione cobalto (Co+3) centrale
per cui si definiscono cobalammine (Cbl) i composti con attività B12
CATALISI Co (+3) Co (+2)
6° ligando: carbonio (legame
covalente)
FORME COENZIMATICHE
metile
adenosina
in molti SUPPLEMENTI
cianocobalammina (- CN)
prontamente convertita nelle forme coenzimatiche
5° ligando: N del
dimetilbenzimidazolo
(DMB) ribonucleotide
HO
I
HC
CH CH
I O I
adenina
2HC
CH3
N
N
N
Co3+
N
N
N - DMB
metilCbl
OH
I
CH
CH3
N
N
Co3+
Co3+
N
N
N - DMB
5’deossiadenosilCbl
N
N
N
N - istidinaEnzima
metil-Cbl legata
all’enzima (cofattore)
BIOSINTESI
Soltanto dai microrganismi
Le piante non usano B12
La fonte per animali è il prodotto della sintesi microbica:
i ruminanti dai batteri del rumine,
gli erbivori da vegetali contaminati da feci
gli onnivori - e l’uomo - da prodotti di origine animale
FUNZIONE
Batteri - in molte reazioni (fra cui sintesi metionina)
Animali - note solo 2 reazioni
Metionina sintasi (coenzima: metil Cbl)
citoplasma
5 metil TH Folato + omocisteina metionina
metil malonil-CoA mutasi (coenzima: adenosil Cbl)
matrice mitocondriale
metil malonil~CoA succinil~CoA
• Val, Ile, Met, Thr
• Acidi grassi a C dispari
• colesterolo ac biliari
IMPORTANTE NEI RUMINANTI:
la fermentazione batterica del
rumine produce grandi quantità di
acido propionico.
COOI
CH2 + HCO3- + BIOTINA
I
CO~SCoA
COOI
HC-CH3 + vit B12
I
CO~SCoA
propionil ~CoA
metilmalonil~CoA
COOI
CH2
I
CH2
I
CO~SCoA
succinil~CoA
• Ciclo di Krebs
• Metabolismo corpi chetonici
• Biosintesi dell’eme
Formazione dell’acido metilmalonico in carenza di Vitamina B12 per
perdita di CoASH dal metil malonilCOA; di norma non si forma
Sintomi peculiari della anemia perniciosa sono gli alti livelli
ematici ed urinari dell’acido metilmalonico
METABOLISMO
Negli alimenti - vit B12 legata sotto forma di coenzima
richiede proteine per il trasporto attraverso il tubo digerente e nell’organismo
Bocca - secreta la proteina salivare legante la Cbl (aptocorrina o proteina R)
Stomaco: pH acido e digestione proteica liberano la vit B12 presente negli
alimenti; la vitB12 si lega alla proteina R ed in questa forma va al duodeno
Le cellule parietali della mucosa gastrica secernono il fattore intrinseco (IF),
proteina altamente specifica per la vit B12 .
Duodeno La digestione della proteina R ed ambiente alcalino liberano la vit B12
che si lega al fattore IF (si forma il complesso Cbl-IF)
Ileo
assorbita mediante due meccanismi
1. endocitosi tramite il recettore specifico per Cbl-IF
2. per diffusione passiva (incide per il 1%.)
rilasciata nei lisosomi e legata alla transcobalamina II (TCII)
Sangue portale - legata alla transcobalamina II (TCII)
Fegato - captata dal fegato per endocitosi e legata alla transcobalamina I (TCI) .
MANIFESTAZIONI CLINICHE di CARENZA
Anemia megaloblastica
per diminuita sintesi del DNA che colpisce le cellule in rapida divisione del
midollo osseo
Inefficiente eritropoiesi, bassi livelli di eritrociti, globuli bianchi e piastrine (nei
casi gravi, anche diagnosi errata di leucemia)
Anormalità neurologiche
Perdita di mielina del sistema nervoso centrale
(non chiari i motivi - gli animali resistenti a questo sintomo)
- Non sempre reversibile, soprattutto se la carenza è presente da lungo tempo
- Più grave nel bambino
alcuni pazienti suscettibili ad anemia, altri ad alterazioni neurologiche
le severità delle due alterazioni sono inversamente correlate
- solo 1/3 dei pazienti con anemia ha alterazioni neurologiche
- 1/4 dei pazienti con alterazioni neurologiche ha parametri ematologici normali
Non è chiaro il motivo: le indicazioni metaboliche sono le stesse nei due casi
Disturbi gastrointestinali
CAUSE di CARENZA di Vitamina B12
I. MALATTIA AUTOIMMUNE con PERDITA del FATTORE INTRINSECO
Causa più comune di anemia perniciosa
Anticorpi contro la pompa H/K ATPasi e -50% dei casi- anche contro IF
Frequenza F > M (indipendente dall’etnia)
età (rara nei giovani - 2% sopra i 60 annni)
se scorte sufficienti, occorrono anni perché la malattia si manifesti
II. DIFETTI CONGENITI nell’assorbimento e nel metabolismo (rari)
- difetti del recettore intestinale per il complesso Cbl-IF
- difetti della TCII
- alterazioni a livello epatico della sintesi delle forme coenzimatiche
III. CAUSE ALIMENTARI (rare)
IV. INVECCHIAMENTO carenza nel 10-15 % sopra i 60 anni per diminuito
funzionamento gastrico e diminuita secrezione gastrica, la vit B12 non viene
rilasciata dalle proteine alimentari.
V. MALASSORBIMENTO
FONTI DI VITAMINA B12
SOLO DA PRODOTTI ANIMALI
Fegato di bue - alimento più ricco
Carne, pollo, pesce, uova
Latte (0.9 ug/ tazza), yogurt, formaggio buona fonte per vegetariani
Fabbisogno adulti = 2,4 microg/d
con una dieta normale si introducono 4 - 6 microg/die
