GENERALITA’ SUL METABOLISMO
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GENERALITA’ SUL METABOLISMO DIGESTIONE e ASSORBIMENTO dei CARBOIDRATI GLICOLISI PowerPoint PPT Presentation


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GENERALITA’ SUL METABOLISMO DIGESTIONE e ASSORBIMENTO dei CARBOIDRATI GLICOLISI. ENERGIA per gradiente elettrochimico (Na + /K + ATPasi) processi biosintetici (es. sintesi proteica) trasporto transmembrana di molecole trasduzione del segnale

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GENERALITA’ SUL METABOLISMO DIGESTIONE e ASSORBIMENTO dei CARBOIDRATI GLICOLISI

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Presentation Transcript


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

GENERALITA’ SUL METABOLISMO

DIGESTIONE e ASSORBIMENTO dei CARBOIDRATI

GLICOLISI


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

  • ENERGIA per

  • gradiente elettrochimico (Na+/K+ ATPasi)

  • processi biosintetici (es. sintesi proteica)

  • trasporto transmembrana di molecole

  • trasduzione del segnale

  • lavoro meccanico (respirazione, contrazione cardiaca, contrazione muscolare)

  • FONTI DI ENERGIA

  • - carboidrati GLUCOSIO

  • - trigliceridi ACIDI GRASSI

  • - scheletro carbonioso degli amminoacidi

  • RESA ENERGETICA ~ 35 %

  • “SOTTOPRODOTTI” calore, CO2, H2O, NH3 ( urea)


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

consumo ATP

fegato

Na+/K+ ATPasi

sistema nervoso

3% peso corporeo

sintesi proteine

muscolo

miosina ATPasi

stomaco e intestino

calcio ATPasi

cuore

ciclo dei substrati

rene

altro

polmoni

altro

UTILIZZAZIONE D’ENERGIA A RIPOSO

organo

l’area indica la % di utilizzo


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

  • METABOLISMO

  • VIA METABOLICA

  • - METABOLITA

  • - ENERGIA

  • CATABOLISMO - REAZIONI ESOERGONICHE

  • DEGRADAZIONE

  • DEIDROGENAZIONE (tramite NAD+, NADP+, FAD)

  • PRODUZIONE DI ATP

  • ANABOLISMO - REAZIONI ENDOERGONICHE

  • SINTESI

  • IDROGENAZIONE (tramite NADPH)

  • CONSUMO DI ATP

  • Catabolismo ed anabolismo hanno metaboliti comuni

  • Meccanismi di controllo regolano il flusso metabolico

  • Diversa localizzazione cellulare e d’organo


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

DEIDROGENASI

FMN  FMNH2 FAD  FADH2

è legato all’enzima (anche covalentemente)

OSSIDA:

idrocarburo saturo  idrocarburo insaturo (+ H2O  alcol)

Cofattore anche di ossidasiFADH2 + O2 FAD + H2O2

NAD+ NADH + H+

non è legato all’enzima

OSSIDA: alcol  aldeide/chetone

aldeide  acido

NADP+NADPH + H+


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

I nutrienti necessari per la produzione di energia possono derivare dalla

  • DIETA

  • BIOSINTESI

  • RISERVE

Componenti della DIETA

NUTRIENTI:

glucidi, lipidi, proteine, vitamine, minerali

NUTRIENTI ESSENZIALI

L’organismo è incapace di sintetizzarli e devono essere assunti con la dieta

acidi grassi 6 ed 3, alcuni amminoacidi, minerali,

quasi tutte le vitamine


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

  • Il nutriente per essere utilizzato deve prima subire i processi di

  • - DIGESTIONE

  • Polimero monomero - per scissione idrolitica

  • ASSORBIMENTO

  • lume intestinale  enterocita  circolo (plasma, linfa)

MALASSORBIMENTO

Difetti digestione /assorbimento


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

  • DIGESTIONE

  • BOCCA saliva: digestione amido (-amilasi)

  • STOMACO digestione proteine (e trigliceridi)

  • HCl

  • zimogeni ed enzimi (pepsinogeno)

  • fattore intrinseco (assorbimento vitamina B12)

  • INTESTINO TENUEdigestione proteine, carboidrati, lipidi

  • bile

  • - funzione digestiva, HCO3-, sali biliari

  • funzione escretoria (sostanze lipofile, quali pigmenti biliari, farmaci)

  • secrezione pancreatica: HCO3-, zimogeni ed enzimi

COLON fermentazione batterica


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

ALTERAZIONI

  • secrezione conseguenze

    —————————————————————————

  • HCl assorbimento ferro (anemia)

  • fattore intrinseco assorbimento vit B12

  • sali biliari assorbimento lipidi e vit liposolubili

  • enzimi pancreatici digestione di tutti gli alimenti


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

glucosio vs acido grasso

  • unica fonte energetica utilizzabile in assenza di O2

  • fonte obbligata per eritrocita che manca di mitocondri

  • fonte di energia per il sistema nervoso

  • strettamente aerobica

  • fonte energetica di riserva

  • scarsa rispetto ai trigliceridi ma prontamente utilizzabile

  • glicogeno epatico (50-100 g sufficienti per 8-12 h, a riposo)

  • glicogeno muscolare (400 g totali)

  • facilita il metabolismo lipidico

  • con scarso glucosio (es digiuno) si formano i corpi chetonici

  • risparmia le proteine

  • in assenza di glucosio si ha biosintesi di glucosio - gluconeogenesi -da glicerolo ed amminoacidi


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

FONTI DI GLUCOSIO

DIETA

AMIDO (cereali, legumi, patate, …)

saccarosio(frutta)

lattosio (circa 50 g/litro latte vaccino)

RISERVE

Glicogeno epatico

BIOSINTESI

Gluconeogenesi epatica a partire da precursori non glucidici

Queste fonti permettono una costante disponibilità di glucosio nel sangue, che è mantenuta entro una concentrazione (4,5-5 mM) strettamente regolata


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

20% amiloso

legame 14

80% amilopectina

legame 14 e 16

AMIDO

G–G

G–G–G

POLISACCARIDI

-amilasi salivare

-amilasi pancreatica

Endoglicosidasi: idrolizzano il legame 14

maltosio G–G

maltotrioso G–G–G

 destrina

Cellulosa: l’uomo non sintetizza enzimi in gradi di idrolizzare il legame Glc (14) Glc


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

  • DISACCARIDI (OLIGOSACCARIDIprodotti dalladigestione dell’amido)

  • idrolizzati da enzimi sintetizzati dall’enterocita e siti sulla membrana plasmatica dell’enterocita, con il sito attivo esposto all’esterno verso il lume intestinale

  • -glicosidasi

  • maltasi scinde legame Glc (14) Glc

  • saccarasi scinde legame Glc (12) Fru

  • isomaltasiscinde legame Glc (16) Glc

    -galattosidasi

  • lattasi scinde legame Gal (14) Glc


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

per intolleranza alimentare si intende una carenza enzimatica

Polimorfismo genetico porta a

Fenotipo “non persistente”: nell’ adulto diminisce all’1-5%. Stato ancestrale, è la norma nei mammiferi e nell’uomo (per cui improprio parlare di carenza)

Fenotipo “persistente”: alti livelli nell’adulto

popolazioni nord Europa e area mediterranea- (mutazione 6.000-9.000 anni fa con la pastorizia; per favorire assorbimento di calcio nei popoli nordici)

ampia variabilità

Danesi 97%

Indiani 45%

Neri americani 20%

Filippini 5%

lattosio: fermentato dalla flora intestinale

richiamo di liquidi per effetto osmotico

diarrea

distensione parete intestinale ed aumento della peristalsi

malassorbimento di altri nutrienti


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

GLUT2

SGL

T

enterocita

Glc

Gal

Na+

membrana apicale

membrana baso-laterale

GLUT5

Fru

Na+/K+-ATPasi

ASSORBIMENTO dei MONOSACCARIDI

TRASPORTO ATTIVO

contro gradiente

cotrasportatore Na+/glucosioSGLTintestino, rene

per il riassorbimento renale

TRASPORTO MEDIATO

secondo gradiente

trasportatori del glucosio GLUT

tutti i tessuti


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

glicemia dopo digiuno notturno ~ 5 mM (80 mg/dL)

3,5 mM (digiuno prolungato)

7,2 mM (ricco pasto glucidico)

glicosuria 9-10 mM

Metabolismo glucidico regolato da ormoni

insulina: ipoglicemizzante

glucagone, cortisolo, adrenalina: iperglicemizzanti


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

  • danno da eccesso di glucosio

  • il gruppo aldeidico è un gruppo reattivo che porta a

    - glicazione non enzimatica di proteine e conseguente alterata funzionalità

    il gruppo aldeidico reagisce con il gruppo amminico di proteine

    il livello di Hb glicosilata è un indice del controllo glicemico

  • auto ossidazione e formazione di ROS (specie reattive dell’ossigeno)

N.B. Glicazione ≠ glicosilazione

Glicosilazione: processo biologico sotto il controllo di specifici enzimi (nel R.E.)

Glicazione: reazione chimica non controllata e dannosa


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

GLUTproteine di trasporto di glucosio attraverso la membrana

Trasporto bidirezionale, indipendente da ATP


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

finora identificate >12 isoforme (da geni diversi)

GLUT1 eritrocita, ubiquitario insulina indipendente

GLUT2 intestino, fegato, cellule  pancreas insulina indipendente GLUT3 cervello, placenta insulina indipendente

GLUT4 muscolo, tessuto adiposo regolato dall’insulina

GLUT5 specifico per il fruttosio

SCOPO : REGOLARE LA CAPTAZIONE DI GLUCOSIO DA PARTE DEI DIVERSI TESSUTI IN FUNZIONE DE LIVELLI EMATICI

1° livello di regolazione tramite le isoforme

Isoforme diverse per specificità di substrato e parametri cinetici

GLUT1 Km 3 mMtrasporto basale di Glc nella maggior parte dei tessuti

GLUT2 Km 17 mM bassa affinità mai saturo, flusso lineare con concentrazione di Glc

nel pancreas: sensore livelli di glucosio ematico e secrezione insulina

GLUT3Km 1,7 mM alta affinità, saturo anche a basse concentraz Glc

GLUT4 Km 5 mM


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

GLUT 4 - riserva intracellulare. 2° meccanismo di regolazione

Nel muscolo e nel tessuto adiposo:

rimuove l’ecceso di glucosio dopo pasto abbondante

Muscolo

GLUT 4 immagazzinato dentro vescicole intracellulari

In seguito allo stimolo dell’insulina e/o dell’esercizio fisico, GLUT4 va incontro a rapida traslocazione sulla membrana, con aumento dei trasportatori sulla superficie ed aumento dell’attività di trasporto.

L’insulina stimola anche la sintesi ex novo

alterata risposta all’insulina: ridotta assunzione del glucosio

da parte dei tessuti periferici ed iperglicemia


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

Gex

V = Vmax –––––––– Vmax = kcat T

Km + Gex

Trasporto descritto da una funzione Michaelis - Menten

Gex + T  GT  Gint + T

con una cinetica di saturazione

specifico e dipende da

- Quantità di trasportatore

- Affinità del trasportatore per il glucosio

- Capacità di turnover del trasportatore


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

velocità

velocità

concentrazione

A

B

concentrazione

B: Parte iniziale ingrandita delle curve A

nella curva con alta Km (in rosso ) la parte iniziale appare rettilinea

Risultato:trasporto mediato ma velocità indipendente dal trasportatore e dipendente dal gradiente di concentrazione (come nel trasporto passivo)


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

qualunque sia il destino metabolico G + Mg-ATP  G6P

(glicogenosintesi, glicolisi, via dei pentosiP, ac glucuronico)

ESOCHINASI alta affinità (Km = 0,1 mM) cervello, muscolo, ubiquitaria

- funziona in presenza di bassa disponibilità di glucosio

- non specifica

- inibita dal prodotto G6P

GLUCOCHINASI epatica bassa affinità (Km = 5 mM)

- funziona in presenza di alta disponibilità di glucosio

- specifica per il glucosio

- non inibita dal prodotto G6P

- inducibile (ormoni, dieta)

 insulina  glucosio

digiuno diabete (conseguente alta glicemia)

G6P punto di arrivo di glicogenolisi e gluconeogenesi

G6P FOSFATASI epatica G6P + H2O  G + Pi

CONTROLLO GLICEMIA


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

GLICOLISI


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

GLICOLISI

unica via in grado di produrre ATP in assenza di O2

tramite

FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO

Resa energetica della glicolisi anaerobica:

5% rispetto alla fosforilazione ossidativa ma più rapida


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

Matthews -van Holde


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

ESISTONO DUE MECCANISMI PER LA SINTESI DELL’ATP

MITOCONDRIALE

fosforilazione ossidativa: richiede gradiente di membrana

CITOLASMATICA

fosforilazione a livello del substrato: avviene in soluzione, pertanto il legame ad alta energia deve essere trasferito direttamente da un composto ad un altro


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

CREATINA

arginina

glicina

metionina

O– NH2+

O = P NH – C– N – CH2 – COO–

O– CH3

LEGAMI AD “ALTA ENERGIA”

legami la cui idrolisi è fortemente esoergonica > 25 kJ/mol

Fosfo anidride

Fosfo guanidina

Acil fosfato

Enol fosfato

Intermedi della glicolisi sono 2 composti fosforilati con Go’ di idrolisi più esoergonico del legame fosfoanidridico presente nell’ ATP ( -31 KJ/mol)

fosfo enolpiruvato(Go’ di idrolisi = - 62 KJ/mol)

1-3 bis fosfoglicerato(Go’ di idrolisi = - 49 KJ/mol)


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

Go’ di idrolisi (KJ/mol)

  • 62 enol-fosfato

  • 49acil-fosfato

  • -31 fosfo-anidride

  • 14 estere

  • 10 estere


Generalita sul metabolismo digestione e assorbimento dei carboidrati glicolisi

N.B. le tappe della glicolisi sonoreversibili tranne la 1, 3 e 10

come indicato dalla freccia unidirezionale dello schema

Le tappe reversibili sono pertanto utilizzate anche per il processo di gluconeogenesi


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