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28 CAPITOLO La biochimica Indice 2 Il metabolismo cellulare   Carboidrati 1. Il metabolismo dei carboidrati 2. La glicogenolisi 3. La glicogenesi (glicogeno sintesi) 4. La glicolisi 5. Via del pentoso fosfato (o shunt dell’esoso monofosfato) 6. Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) 7. Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa 8. Gluconeogenesi Lipidi 9. I lipidi: fonte di energia 10. Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi) 11. Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi 12. Catabolismo dei trigliceridi 13. Biosintesi del colesterolo 14. Sintesi dei corpi chetonici Amminoacidi 15. Metabolismo degli amminoacidi 2

Il metabolismo cellulare CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Il metabolismo cellulare PAG. 661 I processi chimici che si svolgono in una cellula prendono il nome di metabolismo. Il metabolismo si compone di due serie di reazioni: a. Catabolismo: degradazione di molecole complesse in molecole semplici (produzione di energia). b. Anabolismo: formazione di molecole complesse da molecole semplici (consumo di energia).

Il metabolismo dei carboidrati 1 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Il metabolismo dei carboidrati PAG. 661 I carboidrati forniscono circa il 50% dell’energia introdotta con la dieta. I carboidrati, costituiti prevalentemente da cereali e frutta, vengono demoliti a monosaccaridi (glucosio) mediante enzimi idrolitici. Il livello di glucosio nel sangue è controllato principalmente dagli ormoni insulina e glucagone, ma anche dall’adrenalina delle ghiandole surrenali. Un livello alto di glucosio nel sangue determina uno stato di iperglicemia, mentre una concentrazione di glucosio sotto il valore limite comporta uno stato di ipoglicemia.

CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA La glicogenolisi PAG. 663 La glicogenolisi è il processo con cui il glicogeno, un carboidrato immagazzinato nel fegato e nelle cellule muscolari, è scisso in glucosio per fornire energia. Il nostro organismo, a digiuno, utilizza questo processo per mantenere costante il livello di glucosio nel sangue.

La glicogenesi (glicogeno sintesi) 3 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA La glicogenesi (glicogeno sintesi) PAG. 664 Per glicogenesi s’intende la formazione di glicogeno, un carboidrato che viene immagazzinato nel fegato e nelle cellule muscolari, a partire dal glucosio. La glicogenesi, che si verifica quando il livello di glucosio nel sangue è troppo elevato, è stimolata dall’ormone insulina.

CH3 – CO – COO− CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA 4 La glicolisi PAG. 665 La glicolisi è il processo principale del catabolismo del glucosio. Le reazioni si verificano nel citosol. Nella glicolisi si ha conversione di una molecola di glucosio (un carboidrato a 6 atomi di carbonio) in due molecole di acido piruvico che, nelle condizioni fisiologiche, si presenta nella forma di ione piruvato CH3 – CO – COO− Nel processo vengono liberate due molecole di ATP, come energia libera, e si formano due molecole di NADH.

C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP+2Pi  2CH3 − CO − COO− + 2ATP + 2NADH + 4H+ CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA La glicolisi PAG. 665 Il processo glicolitico si verifica in due fasi: una preparatoria e l’altra ossidativa. La reazione complessiva della glicolisi è così rappresentata: glucosio piruvato C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP+2Pi  2CH3 − CO − COO− + 2ATP + 2NADH + 4H+

CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA La glicolisi 4 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA La glicolisi PAG. 667 In condizioni anaerobiche, il piruvato si può trasformare in lattato oppure in etanolo.

Via del pentoso fosfato (o shunt dell’esoso monofosfato) 5 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Via del pentoso fosfato (o shunt dell’esoso monofosfato) PAG. 669 Lo shunt dell’esoso monofosfato, una via metabolica che si verifica nel citoplasma, porta alla formazione di ribosio-5-P e di 2 molecole di NADH. Il ribosio-5-fosfato è importante nella sintesi dei nucleotidi, mentre il NADH interviene in molti processi riduttivi.

Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) 6 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) PAG. 670 Il piruvato, prodotto mediante il processo della glicolisi, viene ossidato nel ciclo di Krebs a CO2 producendo energia che viene immagazzinata come ATP. Il ciclo di Krebs si verifica nella matrice dei mitocondri. Il piruvato, una delle poche molecole che attraversa la membrana mitocondriale, prima di entrare nel ciclo di Krebs deve essere convertito in acetil-CoA.

Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) 6 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Il ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) PAG. 672

Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa 7 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa PAG. 673 La catena di trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa hanno il compito di trasformare in ATP l’energia immagazzinata nelle molecole di NADH e di FADH2. Le molecole di NADH si sono formate nella glicolisi, nel ciclo di Krebs e nell’ossidazione del piruvato ad acetil-CoA. Il FADH2 è prodotto nel ciclo di Krebs. Il ciclo completo relativo ad NADH è: NADH + H+ + 3 ADP + 3 Pi + ½ O2  NAD+ + 3 ATP + H2O Il processo avviene nella membrana interna dei mitocondri.

CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Gluconeogenesi PAG. 676 Per gluconeogenesi s’intende la formazione di glucosio da molecole non saccaridiche. Le sostanze non saccaridiche che si possono trasformare in glucosio sono: - il lattato; - il piruvato; - il glicerolo; - molti amminoacidi.

I lipidi: fonte di energia 9 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA I lipidi: fonte di energia PAG. 677 I grassi (o lipidi) costituiscono una riserva energetica metabolica superiore a quella del glicogeno. Il grasso si deposita sotto forma di adipociti nelle cellule adipose, occupando in alcuni casi tutto il volume cellulare. Gli enzimi interessati alla digestione dei lipidi sono le lipasi.

Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi) 10 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi) PAG. 678 Il processo con cui si ha formazione di acidi grassi, partendo da precursori non lipidici, quali il glucosio e gli amminoacidi, prende il nome di lipogenesi. Nella via metabolica che dai carboidrati porta agli acidi grassi la prima tappa è la conversione del glucosio in piruvato glucosio  2 piruvato L’intermedio fondamentale per la sintesi degli acidi grassi è l’acetil-CoA che si forma nei mitocondri in seguito a decarbossilazione del piruvato.

Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi) 10 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Biosintesi degli acidi grassi (o lipogenesi) PAG. 679 L’acido palmitico, un acido grasso a 16 atomi di carbonio, ad esempio, si forma con la seguente reazione:

Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi 11 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi PAG. 680 Nei trigliceridi una molecola di glicerolo è esterificata con tre molecole di acidi grassi. Nei fosfolipidi due gruppi alcolici del glicerolo sono esterificati con acidi grassi, mentre il terzo si combina con una molecola differente che, nella lecitina, è la colina. Il glicerolo-3-fosfato è il composto primario da cui ha origine la biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi.

Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi 11 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Biosintesi dei trigliceridi e dei fosfolipidi PAG. 680 La formazione del glicerolo-3-fosfato nel fegato può seguire due vie: Nel tessuto adiposo il glicerolo-3-fosfato si può formare solo dal glicerolo.

Catabolismo dei trigliceridi 12 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Catabolismo dei trigliceridi PAG. 682 I grassi, per poter essere utilizzati a scopo energetico nell’organismo, devono prima essere idrolizzati in acidi grassi e glicerolo. Il catabolismo degli acidi grassi segue una via ossidativa detta “-ossidazione degli acidi grassi”. I prodotti finali di questo processo, che si verifica all’interno dei mitocondri, sono acetil-CoA, NADH e FADH2. In una successiva ossidazione, NADH e FADH2 portano alla formazione di notevoli quantità di molecole di ATP. Il glicerolo, invece, segue una via metabolica, la glicolisi, il cui risultato finale è il piruvato.

Biosintesi del colesterolo 13 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Biosintesi del colesterolo PAG. 685 Il colesterolo presente negli organismi animali è sintetizzato, per la maggior parte, nel fegato; nell’uomo anche nell’intestino e nelle ghiandole surrenali che producono ormoni steroidei. La biosintesi del colesterolo parte dall’acetil-CoA che può derivare dai carboidrati, dagli amminoacidi e dagli acidi grassi. Cibi che favoriscono la sintesi del colesterolo.

Sintesi dei corpi chetonici 14 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Sintesi dei corpi chetonici PAG. 687 Si verifica una elevata ossidazione degli acidi grassi per le necessità energetiche dell’organismo quando la concentrazione dei carboidrati nella dieta è bassa o in condizioni di digiuno. Ciò porta ad un accumulo di acetil-CoA che, se l’organismo non è in grado di ossidare, dà origine ai corpi chetonici (chetogenesi). Per corpi chetonici s’intendono i seguenti composti: acido acetoacetico, acido 3-idrossibutanoico e acetone.

Metabolismo degli amminoacidi 15 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Metabolismo degli amminoacidi PAG. 688 Le proteine alimentari, in seguito all’azione di una serie di enzimi, vengono demolite ad amminoacidi che si riversano nel sangue. Le principali funzioni svolte dagli amminoacidi plasmatici durante il processo metabolico sono: a. sintesi di proteine; b. sintesi di composti azotati (ammine biogene, porfirine, glicoproteine); c. produzione di energia attraverso l’ossidazione dello scheletro carbonioso.

Metabolismo degli amminoacidi 15 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Metabolismo degli amminoacidi PAG. 689 La prima tappa del catabolismo degli amminoacidi consiste nell’allontanamento del gruppo amminico dal resto della molecola. Lo scheletro carbonioso residuo, un -chetoacido, viene utilizzato nel ciclo di Krebs o nella gluconeogenesi.

Metabolismo degli amminoacidi 15 CAPITOLO 28. LA BIOCHIMICA Metabolismo degli amminoacidi PAG. 689 L’allontanamento del gruppo amminico degli amminoacidi è realizzato mediante due modalità: a. la transaminazione b. la deaminazione ossidativa. Nella deaminazione ossidativa si formano alte concentrazioni di ammoniaca che, nell’organismo, si presenta sotto forma di ione ammonio. Lo ione ammonio è tossico per le cellule del corpo umano e, in particolare, per quelle del cervello, per cui è importante che venga convertito in urea. Gli amminoacidi necessari per la nostra sintesi proteica vengono introdotti normalmente con l’alimentazione.