Le
vitamine sono sostanze organiche
essenziali, molte di queste infatti non possono
essere sintetizzate dall’organismo
Sono precursori di molti coenzimi
Il
fabbisogno di queste sostanze dipende
dalla vitamina ed è influenzato da età, sesso,
condizioni fisiologiche:
allattamento
gravidanza
attività fisica ed alimentazione
con un’alimentazione equilibrata, il fabbisogno
giornaliero di vitamine è coperto;
l’alimentazione sbagliata (ad esempio poco
variata) o anche disturbi nell’assorbimento
possono portare ad un apporto insufficiente di
vitamine, la conseguenza è l’ipovitaminosi che,
in casi estremi sfocia nell’avitaminosi
il sovradosaggio di vitamine porta, solo nel caso delle
vitamine A e D, ad ipervitaminosi con sintomi di
intossicazioni
Le vitamine vengono classificate, in base alla loro
solubilità, in vitamine liposolubili e vitamine
idrosolubili
• vitamine liposolubili: dal punto di vista chimico
appartengono agli isoprenoidi, tra queste ricordiamo
le vitamine A, D, E , K ed F
• vitamine idrosolubili: classe variegata di vitamine
formata da diversi tipi di molecole dal punto di vista
chimico:
B1,
B2
(riboflavina,
nicotinato,
pantonenato), B6 , B12 , C ed H
Vitamine solubili in acqua
Vitamine solubili in acqua
Vitamine solubili in acqua
Le vitamine precursori di coenzimi
Vitamina B1
La vitamina B1, o tiamina, è formata da 2 sistemi
ciclici
un anello pirimidinico
un anello tiazolico.
CH3
+
N
H3C
N
N
NH2
S
OH
Vitamina B1
La forma attiva della vitamina B1 è la tiamina
pirofosfato (TPP)
Partecipa come coenzima di trasferimento di
gruppi aldeidici attivi
per esempio
nella decarbossilazione ossidativa di α-chetoacidi
nelle reazioni di transchetolasi
dell’esosomonofosfato.
nella
via
• La transchetolasi trasferisce una unità bicarboniosa al sito dell’anello
tiazolico del coenzima, la tiamina pirofosfato
• l’atomo di carbonio C-2 del TPP legato si ionizza facilmente per dare
un carbanione
• Il risultante composto di addizione rilascia ilprodotto aldosico e si
forma una unità di gliceraldeide attivata
Vitamina B1
Una mancanza di questa vitamina causa il beriberi
i cui sintomi sono
disturbi neurologici
insufficienza cardiaca
atrofia muscolare
Vitamina B2
La vitamina B2, è un complesso di varie
O
vitamine:
1. Riboflavina
2. Folato
C H3
N
C H3
N
O
N
C H2
3. Nicotinato
4. Pantotenato
N
H
OH
H
OH
H
OH
C H2O H
Vitamina B2
1. Riboflavina
è un componente dei gruppi prostetici
flavina mononucleotide (FMN) e flavina
adenina dinucleotide (FAD).
FMN e FAD sono legati covalentemente a
varie ossidoreduttasi e servono al
trasferimento di elettroni e atomi di
idrogeno.
Avitaminosi specifiche non sono note
O
Vitamina B2
2. Folato
(pteridina)
è composto da 3 parti:
COO-
HN
OH
N
N
N
H2N
H
N
N
anello pteridinico
gruppo dell’acido para-ammino benzoico
un residuo di glutammato
Dopo riduzione a tetraidrofolato viene
utilizzato come coenzima nel trasferimento di
unità C1.
H
CH2
CH2
COO-
Vitamina B2
La mancanza di folato, che è abbastanza
frequente, causa
modificazioni nel quadro ematologico con:
aumentata presenza di precursori anomali di
megalociti (anemia megaloblastica), in
quanto la sintesi degli acidi nucleici è
alterata.
In stadi avanzati della malattia si hanno
ulteriori danni generali, in quanto anche la
sintesi dei fosfolipidi e il metabolismo degli
aminoacidi subiscono modificazioni
Vitamina B2
3. Nicotinato e nicotinammide: denominati
anche
niacina
sono necessari per la biosintesi dei 2 coenzimi:
nicotinammide adenina dinucleotide (NAD+)
nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADP+),
Hanno la funzione di trasferire elettroni e atomi di
idrogeno (ioni idruro o equivalenti riducenti).
O
COO-
NH2
N
N
Vitamina B2
Gli animali sono in grado di trasformare il
triptofano in nicotinato, anche se con una
resa bassa.
Per questo motivo si riscontra avitaminosi
solo quando nell’alimentazione mancano
contemporaneamente:
nicotinato/nicotinammide e triptofano
L’avitaminosi si manifesta con disturbi della
pelle pellagra) con
disturbi della digestione
depressione
Vitamina B2
H3C
Acido pantotenico
CH3 O
COON
H
OH OH
è l’ammide acida di β-alanina e 2,4 diidrossi-3,3dimetilbutirrato (pantoinato).
Questa vitamina serve per la biosintesi del coenzima A
(CoA)
Partecipa al metabolismo di molti acidi carbossilici
La proteina trasportatrice di acili (ACP) contiene
pantotenato nel suo gruppo prostetico
A causa dell’ampia diffusione del pantotenato negli
alimenti, le ipovitaminosi sono rare
CH3
+
N
B1
N
N
H3C
OH
S
NH2
O
N
CH3
N
CH3
N
O
N
B2
CH2
H
OH
H
OH
H
OH
CH2OH
O
COO-
HN
OH
N
N
Pteridina
N
H2N
H
N
H
CH2
CH2
N
COO-
O
Nicotina,
Nicotinammide
COONH2
N
N
H3C
CH3 O
COO-
Pantotenato
N
H
OH
OH
Vitamina B6
La vitamina B6, è costituita da un gruppo di
3 piridine sostituite:
il piridossale
H
O
il piridossolo
la piridossamina
HO
H3C
CH2OH
N
Vitamina B6
La forma attiva della vitamina B6, il
piridossalfosfato,
coenzima importante nel metabolismo degli
aminoacidi.
Anche la glicogeno fosforilasi, l’enzima della
degradazione del glicogeno, contiene
piridossalfosfato.
L’avitaminosi è rara
Vitamina B12
Detta anche cobalamina, è un sistema ciclico
complesso (corrina) contenente cobalto come
atomo centrale.
La vitamina viene sintetizzata esclusivamente dai
microrganismi
Si trova prevalentemente nel fegato ed anche nella
carne, nelle uova e nel latte; non è invece presente
nei prodotti di origine vegetale
Vitamina B12
La vitamina viene assorbita solo se la
mucosa gastrica secerne il cosiddetto fattore
intriseco, una glicoproteina capace di legare
la vitamina e la protegge così dalla
degradazione.
Anche nel sangue la vitamina è legata ad una
proteina specifica, la transcobalamina. Il
fegato può immagazzinare la vit. B12.
La cobalamina partecipa al
metabolismo dando reazioni di
trasposizione
Agisce come coenzima nella
trasformazione di
metilmalonil-CoA in succinilCoA
Nella formazione di metionina
ad omocisteina.
I derivati della cobalamina
partecipano anche nella
riduzione di ribonucleotidi a
deossiribonucleotidi.
Avitaminosi o disturbi sono di
solito causati dalla mancanza
del fattore intrinseco e portano
all’anemia perniciosa
Vitamina C
La vitamina C è l’acido ascorbico.
Solo gli esseri umani, le scimmie e i porcellini
d’India hanno bisogno di questa vitamina
perché manca loro la l-gluconolattone ossidasi
L’enzima che catalizza l’ultima reazione della
trasformazione del glucosio in ascorbato
La vitamina C si trova in particolare nella
frutta e nella verdura fresca; a molte bevande
rinfrescanti e alimenti viene aggiunto acido
ascorbico sintetico.
La bollitura distrugge lentamente la vitamina.
Nell’organismo serve come riducente in varie reazioni, tra
cui :
HO
O
la sintesi del collageno
la degradazione della tirosina
la sintesi delle catecolamine
la biosintesi degli acidi biliari
HO
HO
O
H
CH2OH
Il fabbisogno giornaliero di vitamina C è di 60 mg ed è
quindi relativamente alto per una vitamina.
L’ipovitaminosi C non è rara, si manifesta dopo alcuni
mesi sotto forma di scorbuto, malattia caratterizzata da
danni del tessuto connettivo, emorragie e perdita di denti
O
Vitamina H
HN
NH
S
COO-
La vitamina H, o biotina, si trova nel fegato,
nel tuorlo d’uovo ed in altri alimenti e viene
anche sintetizzata dalla flora intestinale.
Nell’organismo la biotina è legata
covalentemente, attraverso una catena
laterale della lisina, ad enzimi che
catalizzano reazioni di carbossilazione, ad
esempio la piruvato carbossilasi.
Vitamina H
La biotina viene legata con alta specificità
dall’avidina, una proteina che si trova nel
bianco d’uovo.
La bollitura denatura l’avidina, quindi solo
il consumo di albume crudo porta alla
mancanza della vitamina.
H
O
HO
B6
H3C
CH2OH
N
B12
HO
HO
C
HO
O
O
H
CH2OH
O
H
HN
NH
S
COO-
Coenzimi
In molte reazioni catalizzate da enzimi vengono
trasferiti elettroni o gruppi di atomi da un substrato
donatore ad un accettore.
A queste reazioni partecipano sempre altre molecole che
legano temporaneamente il gruppo da trasferire. Queste
molecole di assistenza vengono dette coenzimi
Sulla base dell'interazione con l'enzima, questi
composti possono essere suddivisi in:
(1) coenzimi solubili
(2) gruppi prostetici
(3) Coenzimi redox
(1) I coenzimi solubili durante il ciclo catalitico, si
legano all'enzima come substrati, vengono
modificati chimicamente e poi rilasciati nella
soluzione.
La forma iniziale del coenzima viene rigenerata
attraverso una seconda reazione indipendente.
(2) I coenzimi saldamente legati ad
un enzima non si dissociano alla fine
del ciclo catalitico e vengono chiamati
gruppi prostetici
Il gruppo legato dal coenzima viene
poi trasferito ad un substrato
accettore dello stesso enzima.
(3) Coenzimi redox
Tutte le
coenzimi.
ossidoreduttasi
utilizzano
Nelle reazioni redox, insieme
elettroni, vengono trasferiti da
molecola ad un'altra anche uno o
protoni.
agli
una
due
Per questo motivo si dice che vengono
trasferiti equivalenti riducenti.
I nucleotidi piridinici NAD+ e NADP+ (1) sono i
coenzimi di molte deidrogenasi. Essi trasportano
ioni idruro (2e- e 1H+) e agiscono sempre in forma
solubile.
NAD+ trasporta equivalenti riducenti dalle vie
cataboliche alla catena respiratoria e serve per il
metabolismo energetico.
NADP+ invece raccoglie elettroni da utilizzare nelle
più importanti biosintesi
Questi nucleotidi
contengono
adenosina legata
ad un nucleotide
nicotinamidico. Il
NADP+ contiene
un ulteriore
gruppo fosforico
sull’ossidrile in
posizione 2’
dell’adenosina
I coenzimi flavinici FMN e FAD (2) sono per lo
più saldamente legati ad enzimi.
Il gruppo redox attivo dei due coenzimi è
costituito dalla flavina (isoallossazina), un
sistema a tre anelli che può assumere nella
forma ridotta due eletttoni e due protoni.
FMN contiene il ribitolo un polialcol a cinque
atomi di carbonio in forma fosforilata;
FAD si forma dall'FMN mediante legame con l'AMP.
I due coenzimi sono funzionalmente paragonabili e
sono utilizzati dalle
deidrogenasi
ossidasi
monoossigenasi
Flavina adenina dinucleotide (FAD). L’adenosina è
legata alla riboflaviva mediante due gruppi fosforici.
(3) Nell'acido lipoico il centro redox attivo è
rappresentato
da
un
ponte
disolfuro
intramolecolare.
L'acido lipoico attivo è legato covalentemente
ad un residuo di lisina (R') dell'enzima e
partecipa soprattutto alla decarbossilazione
ossidativa di 2-chetoacidi.
La funzione dell'ubichinone o coenzima Q è
quella di trasportatore mobile di elettroni e
protoni nell’ambito della catena respiratoria.
Con la riduzione, il chinone si trasforma nella
forma aromatica di idrochinone.
Emogruppi
che svolgono la funzione di cofattori
redox sono presenti nella
catena respiratoria
fotosintesi
monoossigenasi
perossidasi.
A differenza di quanto accade nell'emoglobina, in
questi casi lo ione ferro cambia valenza.
Coenzimi per il trasferimento di gruppi
I nucleosidi fosfato non sono solo i precursori
della biosintesi degli acidi nucleici, ma possiedono
anche funzioni coenzimatiche
Essi servono per la conservazione dell'energia e
rendono possibili processi endoergonici, mediante
accoppiamento energetico (CTP, GTP,UTP)
I metaboliti vengono spesso resi più
reattivi
(attivatti)
mediante
il
trasferimento nella loro molecola di residui
fosfatidici (fosforilazione).
Il legame di zuccheri a nucleosidi
difosfato genera molecole reattive che si
comportano da precursori nella sintesi dei
polisaccaridi e dei lipidi.
L’energia presente nei nucleosidi trifosfato
viene utilizzata nelle reazioni di formazione
di legami chimici catalizzate dalle ligasi.
I
residui
acilici
vengono
attivati
mediante il legame al coenzima A
In questo composto, la pantoteina è legata al
3'-fosfo-ADP mediante un legame estere.
La pantoteina è formata da tre componenti
uniti da legami ammidici:
1. una vitamina
2. la
β-alanina
che
si
forma
decarbossilazione dell'aspartato
dalla
3. la cisteammina, un'ammina che trae origine
dalla decarbossilazione della cisteina.
Mediante la reazione del gruppo tiolico
del residuo cisteamminico con un
gruppo carbossilico si forma un
tioestere, per esempio l'acetil-CoA.
Questa
reazione
è
fortemente
endoergonica
e
di
conseguenza
accoppiata a processi esoergonici.
I tioesteri rappresentano la forma attivata
degli acidi organici, quando i residui acilici
devono essere trasferiti da una molecola ad
un'altra.
Nel metabolismo, questo processo viene
utilizzato frequentemente.
Questo
derivato
dell’adenosina
trasporta
gruppi
acilici
uniti in modo
covalente
mediante
legami
tioesteri
al
suo
gruppo
sulfidrilico.
CoA
La tiamina pirofosfato
è in grado di attivare aldeidi o chetoni sotto
forma di gruppi idrossialchilici e di donarli poi
ad altre molecole.
Questo tipo di trasferimento di gruppi è
importante per esempio nella reazione della
transchetolasi.
Residui
idrossi-alchilici si formano
anche
nella
decarbossilazione
dei
chetoacidi.
Essi vengono liberati sotto forma di
aldeidi o trasferiti al gruppo prostetico
lipoammide, come nel caso delle 2chetoacido deidrogenasi
Il piridossalfosfato
E’ il coenzima più importante nel metabolismo
degli amminoacidi.
Il piridossalfosfato partecipa anche ad altre
reazioni in cui sono coinvolti gli amminoacidi,
come le loro decarbossilazioni o deidratazioni.
La
forma
aldeidica
piridossalfosfato non esiste in
lineare.
del
forma
In assenza di substrati il gruppo
aldeidico è legato, con formazione di
aldimmina (base di Schiff protonata), al
gruppo ε-amminico di un residuo di lisina
dell'enzima.
Le carbossilasi
Hanno come enzima la biotina unita all'enzima con un
legame ammidico tra il gruppo carbossilico della sua
catena laterale ed un residuo di lisina dell'enzima.
La biotina reagisce con il bicarbonato (HCO3-) per
formare N-carbossibiotina.
La reazione richiede ATP.
Questa forma attivata dell'anidride carbonica può
essere trasferita ad altre molecole.
La sintesi di malonil-CoA dall'acetil-CoA
oppure
la formazione di ossalacetato dal piruvato
sono esempi di reazioni dipendenti dalla
biotina
Il tetraidrofolato (THF)
è
un
coenzima che può trasferire
monocarboniose a vari livelli di ossidazione.
unità
Il THF deriva dalla vitamina acido folico,
mediante duplice idratazione dell'anello pterinico.
Le unità monocarboniose possono essere
legate agli atomi di azoto N-5 o N-1O o,
in alcuni casi, ad entrambi.
I derivati più importanti del THF sono:
a. N10-formil-THF,
in
cui
l'unità
monocarboniosa ha lo stato di ossidazione
di un gruppo carbossilico;
b.N5,N10-metilene-TFH
in
cui
l'unità
monocarboniosa ha lo stato di ossidazione
di un gruppo aldeidico;
c.
N5-metile-THF in cui l'unità
monocarboniosa ha lo stato di ossidazione di
un gruppo alcolico.
Le unità monocarboniose che vengono
trasferite dal THF servono nelle sintesi
di nucleotidi purinici
del dTMP
della metionina.
