Le Vitamine - Biochimica I - A.A. 2023 - 2024 - PDF

Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena LA VITAMINA C La professoressa inizia la lezio...

Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena LA VITAMINA C La professoressa inizia la lezione spiegando che la lettura delle slides della parte riguardante le vitamine è propedeutica alla comprensione della materia di biochimica, ma che nella sua lezione lei porrà l’accento solamente su ciò che potrebbe chiedere all’esame. Sottolinea più volte che a chi sosterrà l’esame orale verrà chiesta anche la struttura delle vitamine trattate Continua poi riprendendo gli argomenti affrontati nella lezione precedente: ricorda che la vitamina C si assorbe tramite la parete intestinale grazie a uno specifico trasportatore ed entra poi in circolo nel sangue per raggiungere ogni cellula del nostro corpo. Gli scarti del suo metabolismo o l’eccesso di acido ascorbico vengono eliminati con le urine (come accade per tutte le vitamine idrosolubili). Viene mostrata la tabella della Società Italiana della Nutrizione Umana (SINU) che riporta il fabbisogno medio giornaliero di vitamine di un individuo a seconda dell’età e del sesso. Si nota che il quantitativo di vitamina C richiesto è compreso tra i 75 e i 60 mg al giorno. n.d.s. la prof sottolinea come questo sia un quantitativo notevole, 0,07g al giorno, quindi quasi una quantità visibile L’assunzione di vitamine raccomandata per la popolazione è superiore: 105 mg per i maschi ad età crescente (e poco meno per le femmine) EFFETTI - Previene e cura lo scorbuto in quanto coopera nella formazione del collagene nei tessuti connettivi → mantiene sani i capillari, le gengive, i denti e facilita la guarigione di ferite e di ossa fratturate - Favorisce l’assorbimento del ferro nell’intestino - Previene la trasformazione di nitrati in nitrosammine (sostanze cancerogene) PROPRIETÀ REDOX L’acido ascorbico è un composto antiossidante, ovvero riducente (che fornisce elettroni e protoni): avendo quindi proprietà redox, è presente in due forme: - forma ridotta → acido L-ascorbico. È la forma funzionale (presente nel plasma e nelle cellule) - forma ossidata → acido L-deidroascorbico/deidroascorbato (DHA) 1  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena La vitamina C ha una struttura ad anello: viene presentata in forma ridotta, ovvero la forma che ha due gruppi OH e un doppio legame tra i carboni che legano OH → tutto questo gruppo nel complesso prende il nome di enediolo, il quale subisce la reazione di ossidazione (segnato in rosso nell’immagine) La reazione avviene in due step: - la prima cessione di un elettrone e di un protone porta a una forma semi-ossidata, che prende il nome di acido semideidroascorbico. Esso presenta un ossigeno con un elettrone spaiato, che genera una forma radicalica - in una seconda cessione di un elettrone e di un protone si ottiene l’acido deidroascorbico, ovvero la forma completamente ossidata → i due gruppi alcolici sono stati completamente ossidati a gruppi chetonici. I livelli tissutali di acido ascorbico (RED) sono mantenuti anche da meccanismi di rigenerazione a partire dalle forme ossidate, radicale ascorbile e acido deidroascorbico. Questi meccanismi sono il GSH (glutatione), che cede due elettroni e due protoni al deidroascorbato, riportandolo alla forma ridotta, e sistemi enzimatici NADH/NADPH dipendenti. I sistemi di rigenerazione rivestono particolare importanza in caso di bassi apporti con la dieta. FUNZIONI – COFATTORE ENZIMATICO La vitamina C è necessaria per mantenere nella forma ridotta, funzionale, i cofattori metallici (Fe2+, rame) degli enzimi (mono e diossigenasi) coinvolti nei processi di biosintesi di collagene, carnitina o catecolamine. 1. Biosintesi del collagene Enzimi lisina idrossilasi e prolina idrossilasi; Funzione: aggiunta di gruppi -OH ad alcune proline e lisine della sequenza del pro-collagene (modifica post-traduzionale). Tali enzimi partecipano alla idrossilazione del collagene per formare la 4-idrossiprolina o la 5-idrossilisina. Qual è la funzione della vitamina C in queste reazioni? Si prende come esempio la reazione catalizzata dalla prolina idrossilasi, ovvero l’idrossilazione di alcune proline facenti parte di una determinata sequenza del collagene. Oltre all’amminoacido prolina c’è bisogno di altre due molecole utili: 2-ossoglutarato, che non verrà approfondito, e O2. Si inizia dalla conversione di 2-ossochetoglutarato in succinato tramite la perdita di un atomo di carbonio liberato sotto forma di CO2; l’enzima prolina idrossilasi poi per portare a compimento il processo ha bisogno 2  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena di uno ione metallico come cofattore, in questo caso si ha il Fe2+ che si ossida a Fe3+ in modo da ottenere infine l’idrossi-prolina. A questo punto interviene la vitamina C, come riducente, essenziale per riassettare il ferro nel suo stato ridotto (ferro ferroso) ossidandosi ad acido deidroascorbico, consentendo alla reazione di continuare. n.d.s.: nelle domande non verrà chiesta la conversione dell’alfa-chetoglutarato in succinato, ma verrà chiesto il meccanismo di ossidazione del ferro nell’enzima contrastato dalla vitamina C che tende a ridurlo 2. Biosintesi delle catecolamine Le catecolamine (dopamina, noradrenalina e adrenalina → neurotrasmettitori) sono molecole sintetizzate a partire dalla fenilalanina, i quali differiscono solo per un gruppo -OH. Sequenza di sintesi delle catecolamine: fenilalanina → tirosina → L-DOPA → dopamina→ noradrenalina → adrenalina Affinché avvengano queste reazioni, in alcuni passaggi è necessaria la vitamina C come coenzima di alcune idrossilasi. nell’immagine si nota come alcune reazioni consistano in semplici idrossilazioni attuate appunto dall’enzima con il suo coenzima, come la conversione della tirosina in DOPA o la conversione di dopamina in noradrenalina 3. Biosintesi di carnitina La carnitina è una molecola liberata in circolo e assorbita dai tessuti periferici, soprattutto a livello dei muscoli scheletrici e di quello cardiaco. È un vero e proprio trasportatore di gruppi acile (acil-CoA), derivanti dall’ossidazione dagli acidi grassi, che vengono importati nella matrice mitocondriale, e dai quali vengono estratti gli elettroni necessari per la produzione di energia. La sintesi di Carnitina avviene essenzialmente nel fegato a partire da lisina. Anche in questo caso per ottenere il prodotto si attuano due idrossilazioni catalizzate da enzimi che utilizzano come cofattore enzimatico la vitamina C. Esempio di questi enzimi è la carnitina acil-transferasi 1. Nell’immagine osserviamo il legame tra un gruppo acile e la carnitina 3  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena FUNZIONI – ANTIOSSIDANTE Nei punti appena illustrati si è analizzata l’azione della vitamina C come cofattore enzimatico, essa però agisce anche indipendentemente dalle proteine catalitiche, come antiossidante: neutralizza ROS (Reactive Oxygen Species) e RNS (Reactive Nitrogen Species). Così facendo protegge dall’ossidazione acidi nucleici, proteine, fosfolipidi di membrana (a livello cellulare) e lipoproteine (a livello ematico). I ROS e i RNS sono specie chimiche radicaliche che presentano un elettrone spaiato sul loro orbitale più esterno che li rende particolarmente reattivi nei confronti di altre molecole, alle quali strappano elettroni. La loro azione nei confronti di macromolecole come acidi nucleici e proteine può portare alla compromissione di funzioni essenziali per le singole cellule e, nel complesso, per il nostro organismo. Essi vengono normalmente prodotti a livello cellulare durante processi metabolici che richiedono ossigeno (es. a livello mitocondriale il principale radicale libero è O2-). L’azione della vitamina C consiste nella cessione di elettroni per la compensazione delle forme radicaliche, possibile soltanto qualora si trovi nella forma ridotta. In condizioni fisiologiche la produzione di ROS è controllata ed equilibrata, sia dalla vitamina C, che da meccanismi antiossidanti mediati da enzimi in grado di convertirli in H2O e O2, tra i quali: superossido dismutasi. La situazione di squilibrio fra processi pro-ossidanti e antiossidanti è causata da: abuso di alcol, inquinamento, radiazioni, metalli pesanti e farmaci che possono portare ad un accumulo eccessivo di queste sostanze e, quindi, a una condizione intracellulare denominata stress ossidativo. ALTRE FUNZIONI NON ENZIMATICHE 1. Rigenera la vitamina E dalla sua forma radicalica tocoferile. 2. Favorisce l’assorbimento intestinale del ferro, soprattutto di quello non appartenente al gruppo eme, riducendo il Fe3+ (ferrico) a Fe2+ (ferroso) e rendendolo più biodisponibile. Il ferro alimentare è costituito da ferro eme e ferro non eme: il primo è facilmente assorbito, mentre per il secondo il processo è facilitato dalla vitamina C che lo rende solubile e biodisponibile. 3. Previene la produzione delle nitrosammine. L’intervento della vitamina C a livello gastrointestinale impedisce la trasformazione in nitrosammine di sostanze assunte tramite l’alimentazione come nitrati e nitriti. I sali di nitrati e nitriti sono comunemente utilizzati per la conservazione e la protezione da microrganismi nocivi negli alimenti; un corretto apporto di Vitamina C perciò è necessario per impedire la trasformazione di queste due sostanze così comuni in nitrosammine, specie altamente cancerogene in quanto altrettanto elettronegative. CARENZA DI VITAMINA C Può essere conseguenza di: - Dieta sbilanciata → insufficiente apporto di frutta e verdura fresca - Diminuzione dell’assorbimento → con alterazione a livello del sistema di trasporto, l’assorbimento intestinale è compromesso - Aumento del fabbisogno dovuto ad azioni che comportano un rischio ossidativo a livello dell’organismo (fumo, alcol, …) - Aumento dell’eliminazione → può portare a un deficit 4  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena La patologia legata alla carenza di vitamina C è lo scorbuto, caratterizzata dalla degenerazione del tessuto connettivo. Sintomi principali: Sanguinamento delle gengive Stomatite emorragica Emorragie muscolari e cutanee Perdita dei denti Insufficiente cicatrizzazione Dolore e degenerazione alle ossa Un’assunzione vitaminica inferiore a 10 mg/die per 2–3 mesi provoca inizialmente segni da carenza come astenia, artralgie e sanguinamento delle gengive. Il protrarsi di tale condizione determina una drastica riduzione della concentrazione plasmatica di vitamina C e lo scorbuto si manifesta a valori plasmatici inferiori a 11 mmol/L. Una concentrazione plasmatica di circa 50–60 mmol/L indica uno stato nutrizionale adeguato → lo scorbuto è una malattia rara nei paesi in via di sviluppo VITAMINE DEL COMPLESSO B Intorno al 1950 avviene la scoperta di tutte le vitamine idrosolubili facenti capo al complesso B → tutte le vitamine B hanno ruolo coenzimatico n.d.s.: la prof sottolinea che bisogna conoscere sia la sigla che il nome delle vitamine B1 (tiamina) La tiamina è una vitamina che si converte in un coenzima e collabora con enzimi che comportano decarbossilazioni di substrati. Viene assunta con l’alimentazione, e a livello intestinale subisce un trasporto attivo (con un trasportatore), grazie al quale passa nel sangue, dove si lega all’albumina o ai globuli rossi nella sua forma coenzimatica TPP (tiamina-piro-fosfato) → gli eccessi sono eliminati con le urine. Si trova in numerosi alimenti, come carne, latte e cereali, solitamente in piccole quantità; difatti, una dieta varia facilita il raggiungimento del fabbisogno. Il livello di assunzione raccomandato è poco più di 1mg al giorno, sia per i maschi che per le femmine. 5  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena La struttura della tiamina è formata da un anello tiazolico, collegato ad una “coda” terminante in OH e con un N carico positivamente, collegato da un CH2 a un anello pirimidinico (modificato). Nella conversione al coenzima, B1 deve subire l’attacco di due gruppi fosfato (pirofosfato). La B1 è molto legata al metabolismo dei carboidrati, e interviene in reazioni di decarbossilazione ossidativa: i substrati di tali reazioni sono detti  - chetoacidi ( = acidi carbossilici che presentano un gruppo chetonico in posizione alfa). Esempi: 1. Piruvato deidrogenasi → prodotto della glicolisi ( = via degradativa del glucosio). Il piruvato viene convertito tramite questo processo in acetil-CoA. La tiamina partecipa in intermedi del ciclo di Krebs 2.  - chetoglutarasi idrogenasi TPP è, inoltre, cofattore essenziale per le reazioni transchetolasiche dello shunt esoso-monofosfato Associamo alla carenza di B1 la patologia beri-beri, una sindrome polineuritica tipica dei mangiatori di riso brillato (riso lucidato, a cui viene tolta la porzione più esterna). Ne esistono due forme: - Forma dry: a carico del sistema nervoso - Forma wet: a carico del sistema cardiovascolare Sintomi: polineurite, paralisi, insufficienza cardiaca, … Un altro problema è l’alcolismo: se la dipendenza raggiunge livelli tali da circoscrivere all’alcol l’unica fonte di nutrimento dell’individuo, la dieta e l’assorbimento di B1 a livello intestinale sono compromessi. Gravidanza, età avanzata, malnutrizione e malassorbimento sono altre condizioni a rischio per lo sviluppo di un deficit di vitamina B1. 6  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena B2 (riboflavina) La riboflavina, vitamina B2 (raffigurata a lato) è implicata in reazioni di deidrogenazione (come la niacina). Anche la riboflavina è presente sia nei gruppi alimentari di origine animale che in quelli di origine vegetale. I coenzimi che derivano dalla riboflavina sono: - FMN (flavin mono nucleotide), la forma mono fosforilata della riboflavina. - FAD (flavin adenin dinucleotide), la forma adenilata della riboflavina. FMN e FAD sono coinvolti nelle reazioni di ossidoriduzione: possono, quando sono nelle loro forme ossidate, ricevere due protoni e due elettroni. Si ossidano i substrati, in quanto perdono elettroni, e si riducono i coenzimi, diventando coenzimi ridotti FADH2 e FMNH2. Questi ultimi, invece, sono in grado di ossidarsi, cedendo il loro potere riducente (gli elettroni) a livello dei mitocondri, così da favorire la fosforilazione ossidativa. In sintesi, tali coenzimi fanno unicamente da tramite di elettroni, dai substrati al mitocondrio, per consentire la produzione di ATP. Le proteine/enzimi che utilizzano i coenzimi flavinici prendono il nome di flavoproteine. Il FAD, che collabora con particolari deidrogenasi, non è quasi mai libero nel mezzo, ma covalentemente legato all’enzima. La struttura della proteina somiglia a quella di un nucleotide, in quanto mostra una parte di anelli aromatici con azoti, che potrebbero somigliare a una base azotata, una catena di carboni con –OH (ribitolo) che potrebbe ricordare uno zucchero; attaccandoci un gruppo fosfato, si ottengono i tre elementi di un nucleotide. Questa appena descritta è la struttura di FMN (flavina mono nucleotide); esiste anche la forma dinucleotide, che presenta, dopo il fosfato comune all’FMN, un ribosio e un’adenina. Si tratterà quindi di un AMP che legato a questo pseudonucleotide, crea una specie di nucleotide doppio basato su questa riboflavina. REAZIONE Sono enzimi che agiscono, legati covalentemente al coenzima del caso, trasferendo una coppia di atomi di idrogeno proveniente da un substrato ossidabile (XH2), che può cedere due protoni e due elettroni. Avviene quindi la formazione del coenzima ridotto: FMN o FAD + XH2 –> FMNH2 o FADH2 + X 7  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena In realtà, questa reazione avviene in due fasi con formazione di un radicale flavinico (o della forma semichinonica), il che permette ai coenzimi flavinici di trasferire uno o due elettroni. I coenzimi flavinici svolgono un ruolo importante nel catabolismo degli acidi grassi, di alcuni aminoacidi, a livello del ciclo di Krebs e catena respiratoria. In tali reazioni il FAD si riduce a FADH2 che si riossiderà a FAD quando cederà i 2 elettroni (e due H+) alla catena di trasporto mitocondriale La misurazione dei livelli di glutatione reduttasi eritrocitaria è una tecnica utilizzata per verificare la concentrazione della vitamina B2 nel sangue. L’assunzione raccomandata è poco più di 1 mg al giorno. Niacina (B3) La niacina è anche detta PP (Pellagra Preventing), facendo riferimento alla malattia carenziale che la riguarda. La niacina è costituita dall’anello piridinico, anello aromatico in cui è presente un solo azoto, a cui è legato un gruppo carbossilico. L’altro vitamero della niacina è la nicotinamide che, al posto del gruppo carbossilico, presenta il gruppo amidico. Questa entra in gioco nella formazione dei coenzimi. La professoressa specifica che in caso si decidesse di fare l’orale perchè non soddisfatti dal voto dello scritto chiederà queste formule di struttura. La niacina ha due forme coenzimatiche che sono doppi nucleotidi e si chiamano NAD+ (nicotinamide adenina dinucleotide) e la sua forma fosforilata NADP+ e anche queste partecipano come le precedenti alle reazioni di deidrogenazione, però a differenza di quelle (FAD e FMN), che sono covalentemente legate a un sito specifico dell’enzima con cui collaborano, il NADH genera delle associazioni temporanee con l’enzima con cui collabora. A differenza di FMN, è inoltre presente unicamente nella forma dinucleotidica. La molecola è formata dal primo nucleotide, adenina, che è legata a un ribosio, che è legato a un fosfato; c’è poi un ossigeno che lo lega ad un altro gruppo fosfato, legato ad un altro ribosio che si conclude ad una molecola pseudo-base azotata (che è, appunto, la nicotinamide). Il NADP+ è fosfoesterificato sull’ossigeno con un gruppo fosfato in più. Il NAD+ ed il NADP+ funzionano da accettori di 2 elettroni e di un protone H+ (H-) che vengono sottratti al substrato grazie a DEIDROGENASI PIRIDINICHE In chimica 2 elettroni + un protone vengono detti H- 8  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena Mentre il FAD può legare due protoni e due elettroni o anche un elettrone e un protone, il NAD può solo legare un H- (ione idruro), un protone resta sempre libero nel mezzo cellulare nel quale avviene la reazione. Nelle immagini sottostanti viene mostrata la differenza fra il coenzima ridotto e quello ossidato. Le deidrogenasi sono molte e particolarmente presenti negli ambienti ossidativi; l’ambiente ossidativo per eccellenza è la matrice mitocondriale, dove può arrivare di tutto e questi piccoli enzimi sono in grado di strappare a quelle molecole elettroni o protoni. Le molecole quindi cedono elettroni e quindi si ossidano. Ad esempio l’acetil-coA prodotto dal piruvato della glicolisi verrà completamente ossidato, ne verranno strappati tutti gli elettroni fino a ridurlo ad anidride carbonica. La niacina si assume tramite l’alimentazione, così come la nicotinamina, trasformata nelle cellule in NAD; può essere trasformata anche in acido nicotinico, ma anche quest’ultimo è alla fine convertito in NAD. La niacina non è un nutriente essenziale in senso stretto, poiché può essere sintetizzata a partire dall’amminoacido triptofano che, però, è esso stesso un nutriente essenziale. NAD+ interviene prevalentemente nelle vie cataboliche ossidative: - Glicolisi - Ciclo di Krebs - β-ossidazione degli acidi grassi. In tali reazioni il NAD+ si riduce a NADH che si riossiderà a NAD+ con la cessione di 2 elettroni alla catena respiratoria mitocondriale. NADP+ è utilizzato nella via di ossidazione del glucosio-6- fosfato chiamata shunt dell’esoso mono fosfato dove si riduce a NADPH. È il coenzima delle reduttasi ed è prevalentemente coinvolto nelle vie anaboliche quali, ad es., biosintesi degli acidi grassi, biosintesi del colesterolo o nella riduzione del glutatione. Se ne devono assumere 18 mg al giorno. La malattia legata alla sua carenza è, come anticipato, la pellagra, detta anche malattia delle 3 D: demenza, diarrea e dermatite. Le cause sono appunto un apporto inadeguato di niacina e/o di triptofano. La pellagra è quindi presente nelle popolazioni la cui alimentazione è pressoché esclusivamente costituita da cereali. 9  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena Pantotenato (B5) La professoressa non chiede la sua formula di struttura. Partecipa alla formazione del coenzima A e trasporta i gruppi acile (legame tioestere con acidi carbossilici). Il suo nome deriva dal termine greco “pantothen”, che significa “da ovunque” indicando il fatto che questa vitamina sia ampiamente presente in diversi alimenti, rendendo la sua carenza quindi poco probabile. Viene utilizzato nei seguenti processi: Metabolismo ossidativo del piruvato Ossidazione degli acidi grassi (nel mitocondrio) Ciclo dell’acido citrico Sintesi degli acidi grassi (nel citoplasma) L’acido pantotenico si trova all’interno del coenzima A, a seguito di un nucleotide (adenina, ribosio e tre gruppi fosfato) e altrettanto seguito da una coda, la beta-mercapto-etilamina, terminante con un gruppo tiolico, che trasporterà il gruppo acetile come nel caso dell’acetil-CoA con legame tioesterico “ad alta energia”. La molecola ha un elevato potenziale di trasferimento del gruppo acetile. Dal punto di vista biochimico, la molecola è la forma in cui l'acido acetico è attivato: questo grazie all'intrinseca instabilità (ovvero elevata reattività) del legame tioestereo. Il pantotenato, sottoforma di fosfopanteteina, si trova nell’acido grasso sintasi, che catalizza la biosintesi dell’acido grasso. Se ne devono assumere 5 mg al giorno. 10  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena Piridossina (B6) Anche in questo caso è presente l’anello piridinico e si individuano dei gruppi -OH esterni ad esso, oltre ad un carbonio particolarmente importante che può: legare a sé un -OH, ottenendo la piridossina; partecipare a un gruppo aldeidico, ottenendo il piridossale; oppure legare un gruppo ammidico, ottenendo piridossammina. Le forme coenzimatiche hanno semplicemente un gruppo fosfato in più, fosfoesterificato con -OH. La sua forma coenzimatica principale è il piridossalfosfato (PLP). Il PLP partecipa alle reazioni legato covalentemente all’enzima con cui collabora: grazie al gruppo aldeidico reagisce con il gruppo amminico di una lisina dell’enzima. Questo legame porta alla formazione di una base di Schiff. La vitamina B6 viene assunta con l’alimentazione, è assimilata a livello intestinale (diffusione passiva) e nel sangue va a distribuirsi verso il fegato e a tutte le altre cellule. Il piridossal-fosfato nel plasma è prevalentemente legato alla proteina albumina, mentre nei globuli rossi si lega all’emoglobina. L’eccesso e gli scarti sono eliminati attraverso le urine. La B6 partecipa a moltissime reazioni (sono state citate a lezione quelle indicate con la freccia): 11  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena Reazione B6 con un amminotransferasi: In una reazione di transaminazione si deve partire da due reagenti principali: un determinato amminoacido e un α-chetoacido. L’enzima, grazie al suo PLP, toglie il gruppo amminico all’aminoacido e lo attribuisce all’α-chetoacido. Il risultato è che l’aminoacido diventa l’α-chetoacido corrispondente mentre l’α-chetoacido diventa l’aminoacido. Nel corso di questa reazione, il PLP è l'accettore transitorio della funzione amminica e si trasforma in piridossamina-fosfato. Il piridossal-fosfato viene rigenerato trasferendo nuovamente il gruppo aminico. Le reazioni di transaminazione sono tutte reazioni reversibili che usano il piridossalfosfato come trasportatore temporaneo del gruppo amminico. L’esempio illustrato a lezione riguarda la transaminazione dell’aspartato. 12  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena Sintesi metionina e cisteina: È una reazione ciclica che in una fase sintetizza metionina e nell’altra cisteina. Si tratta di un insieme di metaboliti strettamente connessi tra di loro, ovvero il precursore della metionina e quello della cisteina. L’intermedio tra cisteina e metionina è l’omocisteina (una cisteina con un –CH2 in più) che si converte in metionina solo in particolari condizioni: devono essere presenti la vitamina B12 e il folato, oltre che ovviamente la B6. La carenza di B6 può portare a iperomocisteinemia, un fattore di rischio per le malattie cardio- cerebrovascolari. Questa carenza da vari segni: cutanei, mucosi e psichiatrici. Si raccomanda l’assunzione di 1-2 mg/die. Parecchi fattori possono associarsi e contribuire all'instaurarsi di una carenza: diminuzione dell'apporto in relazione ad un'alimentazione non equilibrata diminuzione dell'assorbimento dovuta a patologia gastrointestinale alterazione del metabolismo della vitamina B6 in alcolisti: diminuzione della sintesi di coenzima attivo ed aumento del suo catabolismo gravidanza e allattamento Biotina (B7 o B8) Per la vitamina B7 (e anche per la B9 e la B12) in poi il quantitativo dell’assunzione raccomandata passa dall’ordine di grandezza de milligrammi a quello dei microgrammi, questo non fa di loro vitamine non essenziali, sono sempre essenziali. Per la biotina, la dose raccomandata è di 30 microgrammi. Nella forma coenzimatica la biotina prende il nome di biocitina e svolge il ruolo opposto a quello della tiamina: quest’ultima partecipava alla decarbossilazione, mentre la biotina alla carbossilazione. La sua formula di struttura non viene mai chiesta 13  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena Tra biotina e lisina si viene a creare il legame ammidico che dà, quindi, forma alla biocitina. Quando gli enzimi sono liberi dal loro coenzima sono nella forma apoenzimatica; quando invece sono legati al loro coenzima sono nella forma di oloenzima. Una quota di biotina viene introdotta con l’alimentazione mentre un’altra quota la dobbiamo alla flora microbica intestinale. La BIOTINA È IL COENZIMA DELLE CARBOSSILASI, che catalizzano l'incorporazione di CO2 in diversi substrati. La reazione di carbossilazione avviene in due tempi: dapprima avviene a livello della biotina, legata al suo apoenzima, che estrae una molecola di CO2 dal bicarbonato e la fissa a livello del suo azoto in posizione 1. Quindi l'oloenzima carbossilato su biotina trasferisce la CO2 al substrato. L’α-chetoacido piruvato reagisce con lo ione bicarbonato (che deriva da una idratazione dell’anidride carbonica) e in presenza di energia (ATP) viene estratto il gruppo carbossilato e legato al piruvato, generando un nuovo metabolita che si chiama ossalacetato (un alfa chetoacido in cui sono presenti due gruppi carbossilato). L’enzima è caratterizzato da un modulo che si struttura indipendentemente dal resto, dove avviene la carbossilazione intermedia, ovvero la carbossilazione della biotina (che fa da tramite); abbiamo poi un dominio dove il gruppo carbossilico viene spostato sul piruvato e un’ultima piccola proteina che si chiama biotin carrier, trasportatore della biotina. Il braccio portatore di biotina si flette nella catalisi prima, verso il dominio a sinistra; l’ATP legata verrà idrolizzata e la CO2 viene estratta dal bicarbonato e legata alla biotina. Poi il braccio si gira sull’altro dominio; la biotina scarica la CO2 che aveva legato e la attribuisce al piruvato; il piruvato viene infine liberato in forma di ossalacetato. 14  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena Acido folico (B9) È importante assumerlo in gravidanza, poiché in una fase di moltiplicazione cellulare, le cellule si replicano, e con esse anche il DNA: è importante per la sintesi degli acidi nucleici. La sua funzione è quella di catalizzare e partecipare al trasferimento di gruppi monocarboniosi. La forma coenzimatica dell’acido folico si chiama acido tetraidrofolato, all’acido folico vengono aggiunti 4 idrogeni e dei glutammati. La professoressa specifica che la molecola rappresentata in alto non è propriamente il folato ma una molecola che si trova negli integratori. È formata da un glutammato, un acido glutammico il cui gruppo amminico ha reagito con il gruppo carbossilico dell’acido para-aminobenzoico, formando quindi un legame ammidico; il gruppo amminico del benzoico ha reagito con una molecola molto complessa, la pteridina, costituita da anelli aromatici contenenti azoti. Questa molecola nel complesso possiamo definirla acido folico oppure, se viene deprotonato, folato. L’azoto 5 e l’azoto 10 sono evidenziati con una freccia perchè sono quelli che trasportano le unità monocarboniose. Queste unità monocarboniose possono essere: gruppo metilico (-CH3) gruppo metilenico (-CH2-) gruppo metenilico (=CH2) gruppo formilico (-CHO) Perchè il nome folato (o folati)? Il nome deriva dal fatto che si trova in componenti vegetali, soprattutto nelle foglie, in particolare in: spinaci, asparagi, broccoli, arance, legumi e arachidi. Per trasformarlo in coenzima partiamo quindi dal folato, la prima idrogenazione porta al diidrofolato, la seconda al tetraidrofolato e l’attacco di vari glutammati (da 3 a 8) porta al coenzima finale che è quindi una forma tetraidrofolato poliglutammato. 15  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena Per legare un glutammato all’altro si usa il carbossilico della catena laterale e l’ammidico di un altro glutammato. Nel sangue si trova legato all'albumina (in forma tetraidrofolato). Questa può essere distribuita al fegato e in tutte le cellule, dove viene metilata e convertita nella forma più efficace, cioè il tetraidrofolato poliglutammato. Il fegato può riversare quota di folati nella bile e un’altra quota nell’intestino; parte di questa verrà eliminata con le feci e una parte viene riassorbita nel sangue. A livello della cellula e dei tessuti periferici la forma coenzimatica sarà CH3-THF che penetra all'interno della cellula stessa grazie ad un sistema di trasporto specifico e deve essere trasformata in poliglutammati che sono le forme coenzimatiche attive. II poliglutammato si fissa all'apoenzima tramite un Glu, mentre il nucleo pteridinico trasferisce il gruppo monocarbonioso. A cosa serve l’acido folico? È fondamentale per la replicazione del materiale ereditario, poiché partecipa alla sintesi ex novo delle purine, di timidilato e alla metilazione dell’omocisteina a metionina. Per idrogenarlo però si ha bisogno di un enzima molto importante, diidrofolato reduttasi. Utilizza il NADPH che dona elettroni e li attribuisce all’acido folico formando il tetraidrofolato. Questa reazione è di estrema importanza per la formazione del coenzima poichè è stata sfruttata per mettere a punto il metotrexato, un farmaco antitumorale. Rappresenta un inibitore competitivo per la diidrofolato reduttasi: l’enzima anzichè andare a idrogenare l’acido folico va a legarsi al farmaco. Questo processo va a frenare la replicazione del DNA. 16  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena Reazione di conversione di omocisteina in metionina Questa reazione è associata alla presenza del tetraidrofolato poliglutammato e della vitamina B12, quindi per convertire l’omocisteina in metionina è necessaria la presenza dei folati. Il folato viene convertito nella forma che lega il gruppo metilenico sull’azoto 5 e 10 e questa molecola è precursore che serve per la sintesi degli acidi nucleici. Questa stessa molecola viene anche convertita in metiltetraidrofolato che ha su di sé un solo gruppo metilico che si va a scaricare sull’omocisteina per convertirla in metionina. Questo non è però un passaggio diretto: il metiltetraidrofolato sposta il suo gruppo metile prima sulla B12 e questa lo sposta sull’omocisteina. Siccome le due vitamine agiscono sinergicamente, è necessario che sia raggiunto un apporto adeguato di entrambe. La carenza di folato e/o di B12 comporta la riduzione della sintesi di metionina ed accumulo di omocisteina: elevati livelli plasmatici di omocisteina sono stati messi in relazione ad un aumento del rischio di sviluppo di malattie cardiovascolari anche gravi. Bisogna assumere folato e B12 in caso di elevata necessità, come durante la gravidanza o l’allattamento. La carenza cronica di folati si manifesta con segni generali, neuropsichiatrici ed ematologici. Nel corso di una dieta carente di folati, l’anemia megaloblastica compare entro 5 mesi (reversibile a seguito di trattamento con folati). Le cellule in rapida divisione del midollo osseo sono estremamente vulnerabili poichè la sintesi di DNA e la divisione cellulare sono dipendenti da folato. Nella carenza gli eritrociti sono in numero ridotto, di maggiori dimensioni ed immaturi. Il fabbisogno è di 400 microgrammi/die. B12 (Cobalammina in forma coenzimatica) La B12 è prodotta esclusivamente da microrganismi ma la assumiamo solo tramite cibi di provenienza animale. La sua struttura assomiglia a quella di un eme: hanno in comune i quattro gruppi pirrolici colorati in blu, che nell’eme legano il ferro, mentre nella B12 legano il cobalto. L’anello blu si chiama anello corrinico. Il cobalto oltre a legare i 4 azoti, lega un gruppo R e una struttura di tipo nucleotidico (presenta una molecola che ricorda una base azotata, un ribosio e un fosfato) che fa continuare la molecola fino a richiuderla sull’anello corrinico. Non verrà chiesta la sua formula di struttura 17  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena Il gruppo R legato al cobalto può essere un gruppo metile o il gruppo 5’-deossiadenosina, cioè un’adenosina che è stata privata dell’ossigeno in posizione C5. Può legare anche il gruppo ossidrile (-OH) e il cianuro (-CN) ma la prof non l’ha specificato L’eccesso di B12 è rilevato con le urine. Negli alimenti di origine animale (non si trova in quelli di origine vegetale) si trova legata alle proteine in forma coenzimatica, ma già a livello gastrico viene resa disponibile dalle proteasi e dall’acido cloridrico. La cobalammina libera si lega all’aptocorrina salivare ed è trasportata nel duodeno, dove la digestione dell’aptocorrina porta a liberare la vitamina che lega poi una glicoproteina denominata fattore intrinseco (IF) di origine gastrica. Il complesso Cbl-IF può essere assorbito nell’ileo distale per endocitosi (mediante un recettore specifico) oppure in minima parte (1%) per diffusione passiva. La reazione in cui la B12 lega il gruppo metile è quella trattata prima con il folato. La carenza di vitamina B12 può derivare da: apporto insufficiente alterato assorbimento (mancanza di IF, resezione gastrica o ileale, morbo di Crohn, celiachia, alcolismo) Nelle persone anziane il malassorbimento è da ricondursi a gastrite atrofica e ridotta sintesi di IF La carenza di vitamina B12 non è eccezionale nei regimi vegani Quando non si riesce ad assorbire la B12 si ricade in uno stato di anemia definita anemia perniciosa, in questo caso si tratta di anemia megaloblastica ed è spesso associata all’assenza del fattore intrinseco gastrico (IF). 18  Biochimica I n°18 del 09.05.2024 (prof.ssa Elena Ferrari) Sbobinatore: Covezzoli Chiara, Marzoug Doaa Controllore: Rinaldi Michela Supercontrollore: Lavelli Lorena L'anemia perniciosa rientra nella categoria delle anemie megaloblastiche, in quanto caratterizzata dalla presenza di globuli rossi di volume notevolmente aumentato, con vita breve ed in numero inferiore alla norma. È la stessa associata alla carenza di folato. La quantità da assumere è di 2,4 microgrammi/die. La professoressa si è raccomandata di concentrarsi per ogni vitamina su formula di struttura (tranne quelle assurde e complesse), fonti alimentari, meccanismo d’azione del coenzima, livelli ed eventuali sindromi carenziali. 19