GENERALITA’ SUL METABOLISMO DIGESTIONE e ASSORBIMENTO dei CARBOIDRATI GLICOLISI

1. GENERALITA’ SUL METABOLISMO DIGESTIONE e ASSORBIMENTO dei CARBOIDRATI GLICOLISI

2. 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)

3. 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

4. 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

5. 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+

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. GLUTproteine di trasporto di glucosio attraverso la membrana Trasporto bidirezionale, indipendente da ATP

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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)

23. 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

24. GLICOLISI

25. 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

26. Matthews -van Holde

27. 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

28. 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)

29. Go’ di idrolisi (KJ/mol) • 62 enol-fosfato • 49acil-fosfato • -31 fosfo-anidride • 14 estere • 10 estere

30. 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