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GENERALITA’ SUL METABOLISMO DIGESTIONE e ASSORBIMENTO dei CARBOIDRATI GLICOLISI

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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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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)
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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

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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
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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+

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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

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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

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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

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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
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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
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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

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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

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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
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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

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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

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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

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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

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GLUTproteine di trasporto di glucosio attraverso la membrana

Trasporto bidirezionale, indipendente da ATP

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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 mM trasporto 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

GLUT3 Km 1,7 mM alta affinità, saturo anche a basse concentraz Glc

GLUT4 Km 5 mM

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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

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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

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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)

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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

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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

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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

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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)

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Go’ di idrolisi (KJ/mol)

  • 62 enol-fosfato
  • 49acil-fosfato
  • -31 fosfo-anidride
  • 14 estere
  • 10 estere
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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

ad