5C MED mer 5 novembr..

RETICOLO ENDOPLASMATICO
DETOSSIFICAZIONE
LISCIO
SINTESI DI LIPIDI
ACCUMULO IONI CALCIO
• Accumulare Ca++ è una delle funzioni del reticolo
endoplasmatico liscio
• Gli ioni calcio sono legati a particolari proteine
• Gli ioni calcio hanno un’importante funzione nel
processo di “intracellular signalling”
• Nella membrana del reticolo endoplasmatico liscio
esistono enzimi di membrana che trasportano ioni
calcio con consumo di ATP
La sintesi di nuovi lipidi avviene nella parte
del reticolo endoplasmatico verso il citosol
Meccanismo flip flop
Il doppio strato lipidico è asimmetrico
Siamo tutti esposti ad un numero enorme di molecole
tossiche e reattive di origine sia esogena che endogena
La detossificazione è il processo che porta
ad allontanarle dalla cellula e/o dall’organismo.
Per detossificazione da composti organici idrosolubili si
intende la loro solubilizzazione in acqua (fase I); i composti
solubili o solubilizzati sono coniugati con molecole
idrosolubili (fase II) e sono quindi escreti (fase III)
Il sistema di detossificazione del RER si
trova in tutti gli organi che, direttamente o
indirettamente, comunicano con l’esterno:
• Fegato
• Polmone
• Intestino
• Rene
• Epidermide
• Gonadi
• Placenta
Le ossidasi a funzione mista (dipendenti dal citocromo P450)
sono localizzate nel reticolo endoplasmatico liscio
Gli enzimi di detossificazione
possono usare come substrati
molecole molto diverse tra loro,
accomunate dalla presenza di
un qualche elemento comune
(ad esempio un certo gruppo
funzionale).
XENOBIOTICO
ESCREZIONE
SANGUE
Effetto
somatico
BIOTRASFORMAZIONE
Danno
al DNA
Attivazione
metabolita
non tossico
Detossificazione
metabolita
tossico
La Biotrasformazione è la somma di tutti i processi tramite i
quali un composto è trasformato chimicamente nell’organismo
Gli enzimi di detossificazione sono di tanti tipi e sono
codificati da famiglie geniche.
Nell’uomo, quelli dipendenti dal citocromo P450
appartengono a:
• 18 famiglie (CYP1, CYP2, CYP3, CYP4, CYP5,
CYP7, CYP8, CYP11, CYP17, CYP9, CYP21, CYP24,
CYP26, CYP27, CYP39, CYP46, CYP51)
• e 42 sottofamiglie;
di ciascuna, ogni individuo può avere due geni
(uguali o diversi se omozigote o eterozigote) e può
quindi esprimere fino a due diversi isoenzimi.
Questo genera variabilità individuale.
Importanti Enzimi della Fase I
Enzima
Co-fattore
Substrato
Ossidasi a funzione mista
(citocromo P-450)
NADPH
(NADH)
Vari composti composti
lipofili (com PM < 800)
Carbossil esterasi
Esterasi A
Esteri carbossilici lipofili
Ca++
Epossido idrolasi
Reduttasi
Esteri organofosforici
Epossidi organici
NADH
NADPH
Nitrosi organici
Alogenuri organici
Examples of oxidations catalysed by P-450
Aliphatic hydroxylation
R - CH2 – CH2 – CH3
Sulphur oxidation
R – CH2 – CHOH – CH3
Aromatic hydroxylation
R
OH
R – CH2 – NH2
R - CH - CH - R’
R - NH - C – CH3
R 1R2P - X + S
X
X
R-C-H
R - C - OH
H
R – (NH2, OH, SH) + CH2O
O
R - C - H + NH3
N - hydroxylation
O
R1R2P - X
Oxidative dehalogenation
O
N-, O-, or S-dealkylation
Deamination
O
S
Epoxidation
H
R - (N, O, S) - CH3
R - S - R’
De-sulphurnation
R
R =- CH = CH - R’
R - S - R’
O
R - NOH - C – CH3
H
O
R - C - H + HX
Gli enzimi della fase I :
• Aumentano nei fumatori
• Aumentano o diminuiscono a seguito di
ingestione di farmaci
• Aumentano mangiando carne alla griglia,
bevendo troppi alcolici o oli vegetali vari
• Sono influenzati in modo variabile da
fitochimici, specialmente flavonoidi
• Diminuiscono nei vegani
In altri organismi sono
presenti sia geni simili che
diversi dai nostri; quindi la
loro capacità di detossificare
potrà essere anche molto
diversa dalla nostra, come
dimostrano i problemi con la
sperimentazione preclinica
su animali.
Gli enzimi di detossificazione come quelli con il citocromo P450,
appartengono a grandi famiglie geniche e sono inducibili
Complesso Recettore R/hsp90
XEN
(induttore)
XEN
Nucleo
XEN-R
XEN-R
gene P450
hsp90
REG
enzima nel REL
solubilizzazione
coniugazione
XEN:
idrocarburo
policiclico
(induttore)
escrezione
mRNA
Tossicità
Cellula
REG: gene
regolatore
(stimola la
trascrizione del
gene P450)
Gli enzimi di detossificazione sono inducibili e la loro
concentrazione nelle membrane del REL è
fortemente influenzata dalle molecole con cui si
entra in contatto
Dopo …
L’aumento di espressione di un isoenzima può
comportare grandi variazioni, come la diminuita di
espressione di un altro, l’inibizione dell’espressione
di un altro isoenzima, l’improvvisa attivazione di un
isoenzima non espresso, …
Tra un individuo ed un altro ci possono essere notevoli
differenze qualitative e/o quantitative nella capacità di
detossificare, in termini di tipi di molecole, velocità del
processo, eventuale tossicità dei prodotti che si formano.
Tali differenze non sono solo il risultato di differenze
genetiche, dipendono anche dell’eventuale effetto di altre
sostanze con cui si entra in contatto a scopo voluttuario o
terapeutico.
A causa dei suoi composti cumarinici e bioflavonoidi inibitori
del CYP3A4 a livello intestinale, il succo di pompelmo,
assunto insieme a farmaci substrati del CYP3A4, mantiene
alta la loro concentrazione nel plasma con rischio di
tossicità.
Nella coniugazione della fase II si usano :
• solfato
• ammino acidi: glicina, taurina, glutammina
ornitina, arginina
• glutatione
• metilazione
• acido glucuronico
Sono induttori degli enzimi della fase II :
• cavoli, broccoli, (indole-3-carbinol)
• agrumi (limonene)
• cumino e semi di aneto (limonene)
La fase II risulta inibita o compromessa per :
• Carenze nutrizionali
• Esposizione a composti tossici che
esauriscono riserve di substrati or co-fattori
• Ad esempio: esposizione ad acetaminofene.
Alcool ed alimentazione carente di proteine
riducono i livelli del glutatione che è
necessario per la detossificazione
dell’acetaminofene
Il processo di detossificazione non sempre porta alla
inattivazione di una molecola, talvolta può alterarne la
reattività o portare alla formazione di composti tossici:
• la codeina è trasformata in morfina, analgesico più potente
• il cortisone è trasformato nel più attivo idrocortisone
• il paracetamolo a basse dosi è ben tollerato perché in parte
viene eliminato come tale, oltre la metà è eliminato coniugato
con acido glucuronico, ed il resto come coniugato con solfato e
glutatione. Se però la sua dose supera la disponibilità dei
coniuganti, il suo intermedio reattivo formato nella Fase I (Nacetil-parafenil-chinopirina) resta nella cellula ed agisce come
composto tossico, soprattutto se non si somministra cisteina
Fattori che influenzano la detossificazione:
• Età
• Genere
• Dieta e stile di vita
• Ambiente
• Stato di salute
• Polimorfismi genetici
• Uso di integratori
• Stato dell’intestino
Nov Dic 2013
I perossisomi svolgono
diverse reazioni ossidative
che sono strettamente
regolate per adattarsi alle
mutevoli esigenze della
cellula e dei vari ambienti
esterni. Di conseguenza, essi
possono cambiare
radicalmente le dimensioni,
la forma e il contenuto in
risposta a numerosi stimoli.
Queste dinamiche sono
controllate durante la
biogenesi dei perossisomi e
sono regolate in modo
coordinato tra loro e con altri
processi cellulari.
Funzione dei perossisomi
• partecipano alla sintesi
di fosfolipidi, colesterolo,
acidi biliari ed acidi grassi
poliinsaturi
• degradazione di amminoacidi
purine, prostaglandine, poliammine, b-ossidazione degli
acidi grassi, decomposizione dei perossidi
• in essi avvengono reazioni chimiche con formazione di
perossidi e radicali liberi che sono tenute separate evitando
danni alla cellula
• usano la vitamina C con vari enzimi, in essi si verificano
reazioni di ossidazione del NADH
Reazioni nei perossisomi
• lavorano insieme ai mitocondri
• in essi sono presenti vari
enzimi, ossidasi, che usano
ossigeno per rimuovere atomi
di idrogeno da vari substrati
• le ossidasi usano ossigeno
molecolare per ossidare vari
substrati producendo acqua
ossigenata
• in essi è presente la catalasi
che trasforma H₂O₂ in acqua
più O₂
La biosintesi di perossisomi può
seguire due percorsi:
1) formazione de novo;
2) crescita e divisione
La formazione de novo parte dal
RER con la gemmazione e la
fusione delle vescicole V1 e V2
(a sinistra). Dopo la fusione, le
proteine di membrana RING
finger e docking si potranno
assemblare per formare il
complesso di importazione
tipico dei perossisomi
competenti maturi.
I perossisomi maturi possono
crescere e moltiplicarsi
ricevendo vescicole dal reticolo
endoplasmatico (V3, a destra) o
mediante divisione diretta per
fissione guidata da Pex11.
Metabolismo = tutte le reazioni
chimiche del corpo, alcune reazioni
producono energia, di cui una parte
è accumulata come ATP che altre
reazioni consumano
Catabolismo = demolizione di complessi organici
- fornisce energia (reazioni esoergoniche)
- esempi: glicolisi, ciclo di Krebs, trasporto di elettroni, ...
 ATP 
Anabolismo = da molecole semplici a molecole più complesse
- richiede energia (reazioni endergoniche)
- esempi: sintesi proteica, duplicazione del DNA, sintesi di lipidi, ...
Enzima (catalizzatore)
•Sito attivo (serratura)
•Substrato (chiave)
E+S
k1
k-1
ES
Km = (k-₁+kcat)/k₁
La costante Km indica la
concentrazione di
substrato a cui l’enzima
lavora con
velocità Vmax/2
Km alta indica bassa
affinità con il substrato
Km bassa indica alta
affinità con il substrato
kcat
E+P
v = kcat . [ES]
Vmax . [S]
v = ______________
Km + [S]
Vmax = kcat . [Eo]
Energia
stato di
transizione
La differenza di Ea (energia di
attivazione) tra la reazione non
catalizzata (_) e quella catalizzata da un
enzima (_) dipende dal percorso seguito
dalla reazione non catalizzata che è
diverso da quello seguito dalla reazione
catalizzata
stato di
transizione
Ea
R
S
DH
Prodotto
Ea
DH
coordinata di reazione
Prodotto
quando la Km è bassa
la reazione enzimatica
è sfavorita dal fatto
che aumenta Ea
quando la Km è alta
la reazione enzimatica
è favorita dal fatto
che diminuisce Ea
La ribonucleotide
reduttasi nelle cellule
di mammifero è
costituita da due
subunità proteiche
non identiche, M1 ed
M2, con due siti attivi
generati tra le due M1
legate con due M2,
che formano due
radicali liberi (radicali
tirosile) essenziali per la catalisi
Nella cellula, i livelli di M1 sono quasi costanti perché solo M2
viene specificamente degradata alla fine della mitosi dopo
essere stata poliubiquitinata dal complesso ciclina/CDK che
promuove l’ingresso in anafase
Ribonucleotide reductase and mitochondrial DNA Synthesis - Thelander L. - Nat Genet. 2007 Jun;39(6):703-4
La ribonucleotide reduttasi è un importante e conservato enzima
allosterico che è tenuto stretto controllo trascrizionale a causa
della sua importanza nel regolare l’equilibrato apporto di dNTP
per la sintesi del DNA
Sintesi di RNA
ATP, GTP, CTP, UTP
ribonucleotide reduttasi
ADP, GDP, CDP, UDP
AMP, GMP, CMP, UMP
dADP, dGDP, dCDP, dUDP
dTDP
dATP, dGTP, dCTP, dTTP
Sintesi di DNA
2M1/2M2
2M1/2M2*
La ribonucleotide reduttasi può esistere come tetramero 2M1/2M2
oppure come tetramero 2M1/2M2* contenente piccole subunità
M2* inducibili da p53 che hanno un ruolo centrale nella sintesi del
DNA mitocondriale
Ribonucleotide reductase and mitochondrial DNA Synthesis - Thelander L. - Nat Genet. 2007 Jun;39(6):703-4