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GENERALITA’ SUL METABOLISMO DIGESTIONE e ASSORBIMENTO dei CARBOIDRATI GLICOLISI.

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Presentazione sul tema: "GENERALITA’ SUL METABOLISMO DIGESTIONE e ASSORBIMENTO dei CARBOIDRATI GLICOLISI."— Transcript della presentazione:

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, CO 2, H 2 O, NH 3 (  urea)

3 UTILIZZAZIONE D’ENERGIA A RIPOSO organo fegato sistema nervoso 3% peso corporeo muscolo stomaco e intestino cuore rene polmoni altro Na + /K + ATPasi sintesi proteine miosina ATPasi calcio ATPasi ciclo dei substrati altro consumo ATP 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  FMNH 2 FAD  FADH 2 è legato all’enzima (anche covalentemente) OSSIDA: idrocarburo saturo  idrocarburo insaturo (+ H 2 O  alcol) Cofattore anche di ossidasi FADH 2 + O 2  FAD + H 2 O 2 NAD +  NADH + H + non è legato all’enzima OSSIDA: alcol  aldeide/chetone aldeide  acido NADP +  NADPH + H +

6 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  DIETA  BIOSINTESI  RISERVE I nutrienti necessari per la produzione di energia possono derivare dalla

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 B 12 ) INTESTINO TENUE digestione proteine, carboidrati, lipidi  bile - funzione digestiva, HCO 3 -, sali biliari -funzione escretoria (sostanze lipofile, quali pigmenti biliari, farmaci)  secrezione pancreatica: HCO 3 -, zimogeni ed enzimi COLON fermentazione batterica

9  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 ALTERAZIONI

10 unica fonte energetica utilizzabile in assenza di O 2 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 ( 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 glucosio vs acido grasso

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  -amilasi salivare  -amilasi pancreatica Endoglicosidasi: idrolizzano il legame  1  4 80% amilopectina legame  1  4 e  1  6 20% amiloso legame  1  4 AMIDO maltosio G–G maltotrioso G–G–G POLISACCARIDI Cellulosa: l’uomo non sintetizza enzimi in gradi di idrolizzare il legame Glc (  1  4) Glc  destrina G–G G–G–G

13 DISACCARIDI (OLIGOSACCARIDI prodotti dalla digestione 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 isomaltasi scinde 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 anni fa con la pastorizia; per favorire assorbimento di calcio nei popoli nordici) ampia variabilità Danesi 97% Indiani 45% Neri americani 20% Filippini 5% distensione parete intestinale ed aumento della peristalsi lattosio: fermentato dalla flora intestinale malassorbimento di altri nutrienti richiamo di liquidi per effetto osmotico diarrea

15 TRASPORTO ATTIVO contro gradiente cotrasportatore Na + /glucosio SGLT intestino, rene per il riassorbimento renale TRASPORTO MEDIATO secondo gradiente trasportatori del glucosio GLUT tutti i tessuti ASSORBIMENTO dei MONOSACCARIDI GLUT2GLUT2 GLUT5GLUT5 SGLTSGLT Na + /K + -ATPasi membrana baso-laterale membrana apicale Glc Gal Na + Fru enterocita

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 GLUT proteine 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 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 GLUT3Km 1,7 mM alta affinità, saturo anche a basse concentraz Glc GLUT4 Km 5 mM SCOPO : REGOLARE LA CAPTAZIONE DI GLUCOSIO DA PARTE DEI DIVERSI TESSUTI IN FUNZIONE DE LIVELLI EMATICI 1° livello di regolazione tramite le isoforme

20 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 GLUT 4 - riserva intracellulare. 2° meccanismo di regolazione Nel muscolo e nel tessuto adiposo: rimuove l’ecceso di glucosio dopo pasto abbondante alterata risposta all’insulina: ridotta assunzione del glucosio da parte dei tessuti periferici ed iperglicemia

21 Trasporto descritto da una funzione Michaelis - Menten G ex + T  GT  G int + T con una cinetica di saturazione specifico e dipende da - Quantità di trasportatore - Affinità del trasportatore per il glucosio - Capacità di turnover del trasportatore V = V max –––––––– V max = k cat T G ex Km + G ex

22 A B 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) velocità concentrazione velocità

23 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) qualunque sia il destino metabolico G + Mg-ATP  G6P (glicogenosintesi, glicolisi, via dei pentosiP, ac glucuronico) G6P FOSFATASI epatica G6P + H 2 O  G + Pi CONTROLLO GLICEMIA G6P punto di arrivo di glicogenolisi e gluconeogenesi

24 GLICOLISI

25 unica via in grado di produrre ATP in assenza di O 2 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 Intermedi della glicolisi sono 2 composti fosforilati con  G o ’ di idrolisi più esoergonico del legame fosfoanidridico presente nell’ ATP ( -31 KJ/mol) fosfo enolpiruvato (  G o ’ di idrolisi = - 62 KJ/mol) 1-3 bis fosfoglicerato (  G o ’ di idrolisi = - 49 KJ/mol) LEGAMI AD “ALTA ENERGIA” legami la cui idrolisi è fortemente esoergonica > 25 kJ/mol Fosfo anidride Fosfo guanidina Acil fosfato Enol fosfato O = P  NH – C – N – CH 2 – COO – O – NH 2 + O – CH 3 CREATINA arginina glicina metionina

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

30 N.B. le tappe della glicolisi sono reversibili 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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