Vitamine: generalità Vitamine liposolubili A, D, E, K Meccanismo della visione Calcio Coagulazione del sangue

1. Vitamine: generalità Vitamine liposolubili A, D, E, K Meccanismo della visione Calcio Coagulazione del sangue

2. VITAMINE • Micronutrienti organici, richiesti in quantità pari a milligrammi o microgrammi • Per la maggior parte dovono essere introdotte con la dieta (non sintetizzate o sintetizzate in parte dall’organismo) • Non vengono usate per produrre energia né per usi strutturali • fanno parte di coenzimi, • sono precursori di ormoni, • agiscono da antiossidanti, • partecipano come substrati a reazioni specifiche

3. Le VITAMINE sono classificate in LIPOSOLUBILI ed IDROSOLUBILI sulla base della loro insolubilità o solubilità in acqua • La denominazione con le lettere dell’alfabeto ha origini storiche • 1910-20 - isolate sostanze che in piccola quantità erano necessarie per prevenire malattie e denominate sostanza liposolubile - fattore A • sostanza idrosolubile - fattore B • fattore A suddiviso in • A - fattore della crescita - visione notturna • D - antirachitica • fattore B suddiviso in • B - fattore anti beri beri • C - fattore antiscorbuto • fattore B ulteriormente suddiviso in • B1 - fattore anti beri beri • B2 - altre vitamine del complesso B

4. 13 vitamine sono essenziali per l’uomo LIPOSOLUBILI Vitamina A - retinolo Vitamina D - colecalciferolo (malattia da carenza: rachitismo) Vitamina E - tocoferolo Vitamina K - fillochinone IDROSOLUBILI Vitamina C - acido ascorbico (malattia da carenza: scorbuto) Vitamina B1 - tiamina (malattia da carenza: beri-beri) Vitamina B2 - riboflavina Vitamina B3 - niacina (acido nicotinico ed ammide) (carenza: pellagra) Vitamina B5 - acido pantotenico Vitamina B6 - piridossina, piridossale, piridossammina Vitamina B7 - biotina Folati Vitamina B12 - cobalammina (malattia da carenza: anemia perniciosa) Vitamine del complesso B: sintetizzate dai vegetali tranne la B12 sintetizzata solo da batteri

5. Vitamina A

6. CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 C C VITAMINA A o retinolo (costituito da 4 unità isopreniche) Si trova negli alimenti di origine animale (fegato, olio di pesce, pesce, latte non scremato, burro, tuorlo) CAROTENOIDI (costituiti da 8 unità isopreniche) I carotenoidi sono presenti nelle piante; alcuni hanno attività vitaminica e sono denominati provitamina A Si trovano negli alimenti di origine vegetale (frutta, verdura, olio d’oliva) principale provitamina: beta carotene Struttura chimica: dimero della vitamina A ma da un punto di vista metabolico la bioconversione si assume di 1:12

7. tutto-trans retinolo (forma alcolica) Vitamina CH2OH Le linee rosse evidenziano le 4 unità isopreniche Il gruppo alcolico è esterificato da acidi grassi (in genere acido palmitico) nella forma di riserva della vitamina anello -iononico essenziale per l’attività; è presente nei carotenoidi con attività provitaminica CHO COOH retinolo deidrogenasi + NAD (reazionereversibile di ossidazione ad aldeide) retinale (forma aldeidica) Ruolo nella visione retinale deidrogenasi + NAD (reazione irreversibile di ossidazione ad acido) acido retinoico Ligando di fattori di trascrizione

8. FUNZIONI I.PERCEZIONE VISIVA Fotoisomerizzazione11cis retinale -> tutto trans retinale molto veloce: 10-12 s assorbe luce di  500 nm RODOPSINA (pigmento dei bastoncelli deputati alla visione notturna ) opsina (apoproteina) + fotorecettore legato tramite base di Schiff con lisina (Lys 296) praticamente non vi è isomerizzazione spontanea e quindi il rumore di fondo è molto basso; ciò permette di percepire anche pochi fotoni

9. Sintesi delle rodopsina a partire dalla vitamina A

10. Ciclo retinoide: via enzimatica che rigenera 11cis retinale luce Rodopsina trasportatore opsina 11 cis retinale trans retinale Per esportare il retinale dal bastoncello alle cellule epiteliali MUTAZIONE: degenerazione maculare di Stargardt Deidrogenasi NAD+ trasportatore La rigenerazione avviene al buio, nelle cellule epiteliali adiacenti ai fotorecettori 11 cis retinolo Reduttasi NADPH trans retinolo Isomerasi Lecitina retinol acil transferasi MUTAZIONE : retinite pigmentosa trans retinolo estere

11. II. FUNZIONE TRASCRIZIONALE Lega fattori di trascrizione: Recettori dell’ Acido Retinoico (RXR) RXR forma eterodimeri con i recettori per - ormoni steroidei - Vit D - ormoni tiroidei . Anche questi recettori sono fattori trascrizionali attivati dal legame con l’ormone e dalla dimerizzazione con RXR, con conseguente inibizione o attivazione di specifici geni Questo spiega i numerosi fenomeni biologici in cui è coinvolta la vitamina A Base molecolare per il ruolo fisiologico nel differenziamento, proliferazione, sviluppo embrionale.

12. vitamina D

13. VITAMINA D FONTI - sintesi endogena: esposizione alla luce solare - dieta (necessita di lipidi e sali biliari per l’assorbimento) PRECURSORE dell’ormone steroideo 1,25-diidrossi colecalciferolo • FUNZIONI dell’ormone: agisce a livello trascrizionale • omeostasi del calcio, in particolare assorbimentoa livello intestinale: geni codificanti per il trasportatore del calcio e per la “proteina legante il calcio“ • mineralizzazione ossea • secrezione dell’insulina • crescita, differenziamento • sistema immunitario

14. I. PELLE HO LUCE SOLARE fotolisi da raggi UV 280-315 nm 7-deidrocolesterolo 7 6 2HC temp corporea 37° C CH2 cambio conformazionale 5 4 1 3 vitamina D3 colecalciferolo HO 2 HO Pre-vitamina D3

15. biosintesi dell’ormone 1,25-diidrossi colecalciferolo  1,25 (OH)2 D3 Vit D3 25 idrossilasi (mitocondriale o microsomiale) non regolata II. FEGATO 25 OH D3 Enzima: 1 idrossilasi (mitocondriale) punto di controllo della biosintesi III. RENE 24,25 (OH)2 D3 1,25 (OH)2 D3 paratormone se è presente ipercalcemia forma non attiva se è presente ipocalcemia

16. Alcune funzioni del CALCIO • Struttura (osso e denti) • Coagulazione del sangue (vedi vitamina K) • Contrazione muscolare • Attivazione di enzimi -amilasi pancreatica, protein chinasi C, fosfofruttochinasi • Rilascio di ormoni e neurotrasmettitori Le funzioni regolatorie prevalgono sulle funzioni scheletriche perturbazioni nell’omeostasi sono tamponate da tessuto osseo

17. Adulto: Calcio corporeo (1000 - 1200 g ) Livello plasmatico = 10 (9-11) mg/dL (2,4 mM) 50% ione non complessato - fisiologicamente attivo 40% legato a proteine (albumina) 10% sale fosfato, citrato, bicarbonato Scarsa tolleranza alle deviazioni di [Ca++]: • Ipocalcemia: ipereccitabilità, convulsioni tetaniche • Ipercalcemia: paralisi muscolare, coma Ormoni di controllo di [Ca++]: • Ormone paratiroideo (PTH) • Vitamina D

18. Fluido extracellulare PTH ++ PTH++ REGOLAZIONE DEL METABOLISMO DEL CALCIO azione concertata a livello intestinale, renale, osseo. Azione sinergica ipercalcemizzante di - Vitamina D - Ormone paratiroideo (PTH) Vita D ++

19. IN CIRCOLO 1,25 (OH)2 D 1,25 (OH)2 D Legata a Vit D binding protein Acido retinoico VDRa NUCLEO eterodimero VDR- RXR + VDRi RXR VDRa ____VDRE_____ gene bersaglio Il legame della vit D induce cambio conformazionale ed attivazione del “recettore per la vit D” che quindi trasloca nel nucleo dove si lega a specifiche sequenze del promotore mRNA Proteine leganti calcio CITOPLASMA VDR - Recettore Vit D VDRE - Vitamin D Response Elements RXR - Recettore Acido Retinoico (derivato vitamina A)

20. ASSORBIMENTO DEL CALCIO • A livello del duodeno, digiuno, ileo, colon (4%) • Assorbito il 20-30% del calcio assunto - nei bambini fino al 70% • trasporto dal lume intestinale all’eneterocita • ATTIVO transcellulare, saturabile (sotto il controllo di 1,25(OH)2D) • . • transito nell’enterocita (è la tappa limitante). • tramite Calcium Binding Protein (CBP) (sotto il controllo di 1,25(OH)2D) • estrusione dalla cellula intestinale • tramite Ca ATPasi e scambio Ca/Na

21. CARENZA di Vit D • RACHITISMO: bambino • Deficiente mineralizzazione con deformità delle ossa • sconosciuto nei paesi tropicali, scandinavi, esquimesi • nell’ 800 trattato con olio di fegato di pesce e esposizione al sole, • nel 1930 identificata la vitamina • OSTEOMALACIA: adulto • osteopenia con aumentato rischio di frattura ed un diffuso dolore osseo • anche per mancata sintesi dell’ormone o mancata risposta ormonale

22. Vitamina E

23. STRUTTURA CHIMICA anello funzionale fenolico con una catena laterale isoprenica VITAMINA E -tocoferolo scoperta nel 1922 nei vegetali verdi (è sintetizzata solo dalle piante fotosintetiche) e denominata vit E quindi messa in relazione con la fertilità e chiamata tocoferolo: tokos (nascita) phero (porto) olo (alcol)

24. FONTI: soprattutto in alimenti di origine vegetale, olio di oliva, noci, mandorle, vegetali verdi • LOCALIZZAZIONE:zone ricche in lipidi quali membrane cellulari, lipoproteine, depositi di grasso • FUNZIONE • protezione daauto-ossidazione degli acidi grassi polinsaturi. • previene ossidazione lipoproteine (LDL) MECCANISMO: antiossidante che interrompe la catena di radicali che reagiscono più velocemente con la vi tE che con acidi grassi ROO• + Vit E-OH  Vit E-O• + ROOH Vi E-O• reagisce con vitamina C o altro donatore di di idrogeno e ridiventa Vit E-OH

25. Vitamina K

26. VITAMINA K: naftochinone con una catena laterale poli-isoprenica fillochinone, sintetizzata dalle piante menachinone, sintetizzato dai batteri della flora intestinale 6-11 menadione forma sintetica farmacologica, non attiva come tale, ma viene isoprenilata dall’organismo Dicumarolo: antivitamina presente in alcune piante; inibitore della reduttasi che rigenera la forma atttiva della vitamina (vedi diapositivasuccessiva) Dicumarolo

27. FUNZIONE BIOCHIMICA cofattore di carbossilasiper la sintesi dell'acido -carbossiglutammico (Gla) a partire dall’acido glutammico di proteine  proteina-HN-CH- CO-proteina I CH2 I  CH-COO– I COO– Gla Modificazione post-sintetica di proteine La forma funzionale è l’idrochinone che nell’attività catalitica è ossidato a chinone, e quindi rigenerato da reduttasi NADPH dipendente. Inibitori della reduttasi sono anticoagulanti. • Farmaci con azione antivitaminica • anticoagulanti: warfarina • antibiotici: cefalosporina inibitore della vit k-epossido reduttasi

28. L’amminoacido Gla, avendo due cariche negative, lega bene il calcio ionizzato (Ca2+) con 2 cariche positive La vitamina K interviene come fattore antiemorragico nella coagulazione del sangue. La coagulazione implica una attivazione a cascata di enzimi proteolitici già presenti nel plasma come precursori inattivi: la specifica proteolisi rende attivo il fattore (reazione finale: fibrinogeno  fibrina) In tale processo le proteine che hanno Gla legano il Ca2+ che si lega anche ai fosfolipidi negativi della superficie delle piastrine attivate; tale legame è indispensabile per subire l’attivazione I fattori della coagulazione vit K-dipendenti sono: Protrombina Fattore VII Fattore IX Fattore X In assenza di Ca2+ non si legano alle piastrine attive e non vengono trasformati nella forma attiva dall’enzima proteolitico di cui sono substrato

29. Ca2+ fattore IV FL: fosfolipidi delle piastrine attivate VIA INTRINSECA Fattore XII XIIa Fattore XI (Ca2+, FL) XIa VIA ESTRINSECA Fattore IX (Ca2+, FL) IXa VIIa (Ca2+, FL) Fattore VII Fattore VIII  VIIIa Fattore X (Ca2+, FL) Xa Fattore V  Va Protrombina (Ca2+, FL) trombina monomero di fibrina  fibrinogeno XIIIa Fattore XIII polimero di fibrina (insolubile) In rosso: enzimi proteolitici In verde: fattori attivanti

30. protrombina 1 Gla Il fattore Xa scinde i due legami 274 Arg-Thr A 323 Arg -Ile S B e forma la trombina,costituita dalle due subunità A e B legate da ponte disolfuro S 582 La TROMBINA è una proteasi specifica che idrolizza il legame Arg-Gly La trombina ha un ruolo centrale agendo su diversi fattori ed amplificando il processo Fibrinogeno  fibrina XIII  XIIIa (fattore regolatorio) VIII  VIIIa(fattore regolatorio) V  Va(fattore regolatorio) VII  VIIa (proteasi) La scissione avviene in presenza di legame della protrombina a Ca2+e fosfolipidi di membrana di piastrine attivate, tramite i residui di GLA, presenti nella parte N-terminale che viene persa nella trombina

31. Il fibrinogeno (AB)2 ha carica negativa che impedisce interazione con altre molecole di fibrinogeno. La trombina elimina i fibrinopeptidi altamente negativi, creando un centro positivo che permette l’interazione tra i monomeri di fibrina ()2 - - - -+ - +-+- -+ -+- fibrinogeno fibrina

32. Il legame ionico viene quindi stabilizzato dalla formazione di legami covalenti fra le catene laterali per azione del fattore XIIIa ANTITROMBINA Proteina plasmatica: inibisce la trombina legandosi con un complesso 1:1 EPARINA: si lega alla antitrombina e ne aumenta l’attività di centinaia di volte