Schema del catabolismo 1 1

(fosforilazione ossidativa) L’accettore finale degli elettroni, ottenuti dall’ossidazione delle sostanze nutrienti, è l’ossigeno Gli elettroni sono trasferiti dalle sostanze nutrienti all’ossigeno attraverso trasportatori che possono essere nucleotidi piridinici o flavinici Le forme ridotte di questi trasportatori trasferiscono i loro elettroni all’ossigeno con la contemporanea rigenerazione dell’ATP (fosforilazione ossidativa) La fosforilazione ossidativa è la principale fonte di ATP negli organismi aerobici 2 2 2

3 3 3

Coenzimi redox NAD+, NADP+ FAD, FMN 4 4 4 4

Nicotinammide è l’ammide dell’acido nicotinico (niacina,Vitamina B3 o PP) Azione preventiva per la pellagra. Si trova in latte cereali e verdure Quadro clinico detto "delle tre D": demenza, dermatite e diarrea 5 5 5 5

NAD+ Nicotinamide adenin dinucleotide (NAD+) è il principale accettore di elettroni nelle ossidazioni di molecole combustibili La parte reattiva del NAD+ è l’anello nicotinamidico Nell’ossidazione di un substrato, l’anello accetta un protone (H+) e due elettroni, che equivalgono ad uno ione ioduro (H-) La forma ridotta del trasportatore: NADH 6 6 6 6

Ossidoriduzioni 7 7 7 7

8 8 8 8

NADPH Nella maggior parte delle biosintesi, i precursori sono più ossidati dei prodotti. Quindi, occorre disporre di potere riducente Il donatore di elettroni nelle biosintesi riduttive è il NADPH, la forma ridotta del nicotinamide adenin dinucleotide fosfato (NADP+) Il NADPH viene utilizzato quasi esclusivamente per le biosintesi riduttive, mentre il NADH viene usato principalmente per produrre ATP 9 9 9 9

10 10 10 10

Flavin adenin dinucleotide FAD L’altro trasportatore di elettroni implicato nelle ossidazioni dei substrati è il flavin adenin dinucleotide, detto FAD (forma ossidata) o FADH2 (forma ridotta) La parte reattiva del FAD è l’anello isoallossazinico 11 11 11 11

Derivati dalla riboflavina o vitamina B2 FMN si ottiene per fosforilazione di una molecola di riboflavina FAD si ottiene per adenilazione di una molecola di FMN 12 12 12 12

La combinazione del FMN con una molecola di ATP genera il FAD Il FMN si forma per fosforilazione della riboflavina La combinazione del FMN con una molecola di ATP genera il FAD

Acido pantotenico: o vitamina B5 14 14 14 14

VITAMINA PP -OH Ne sono dipendenti molti animali e molti eucarioti. E’ l’eterociclo della piridina che in posizione 3 ha un gruppo amidico Si tratta dell’amide dell’acido nicotinico [1]: dopo l’assunzione abbiamo l’idrolisi del legame amidico e quindi liberazione dell’acido nicotinico [2] che servirà per la sintesi del coenzima. In caso di deficienza soltanto le cellule animali hanno selezionato un sistema di supporto che utilizza gli intermedi del metabolismo del triptofano per sintetizzare un acido dicarbossilico ciclico: l’acido chinolinico [3]. [1] NH3 [2] [3]

Gli enzimi TPP dipendenti sono: Coenzimi trasportatori di gruppi 1) Difosfotiammina Estere pirofosforico della vit. B1 (tiamina) E’ il coenzima di enzimi che trasportano gruppi aldeidici Necessaria ai diversi enzimi che catalizzano la decarbossilazione non ossidativa degli alfa chetoacidi (piruvato decarbossilasi) Coinvolta nella transchetolazione nella via dei pentoso fosfati (permette la interconversione reversibile di zuccheri 3,4,5,6 e 7 atomi di carbonio attraverso il trasferimento di porzioni contenenti 2 o 3 atomi di carbonio) . Gli enzimi TPP dipendenti sono: la piruvico deidrogenasi che converte l'acido piruvico in acetil-CoA; l'α-chetoglutarico - deidrogenasi che trasforma l'α-chetoglutarato in succinil CoA; la deidrogenasi degli α-chetoacidi a catena ramificata, che trasforma questi ultimi nei corrispondenti acil CoA.

le verdure a foglia verde DOVE SI TROVA: carne fresca le uova i legumi i cereali integrali le verdure a foglia verde la frutta il latte. CARENZE BERI BERI Le alterazioni neurologiche più importanti si hanno nei nervi periferici, particolarmente degli arti inferiori. I segmenti distali sono caratteristicamente colpiti per primi e più gravemente. Si può verificare una degenerazione della guaina midollare in tutti i tratti del midollo spinale qando il deficit è grave si verificano nel cervello le lesioni caratteristiche della poliencefalite emorragica. Il cuore è dilatato e ingrossato; le fibre muscolari sono edematose, frammentate e vacuolizzate, con spazi interstiziali dilatati dai liquidi. Si osserva anche una vasodilatazione che può causare edemi prima che si verifichi una chiara insufficienza cardiaca ad alta gittata. n fase precoce il deficit determina astenia, irritabilità, turbe della memoria, disturbi del sonno, dolore precordiale, anoressia, disturbi addominali e costipazione.

Coenzimi trasportatori di gruppi Coenzima A Deriva dall’acido pantotenico. È un attivatore metabolico degli acidi carbossilici Aiuta nel trasferimento acidi grassi dal citoplasma a mitocondri. Catalizza tutte le reazioni di trasporto di acili. Tale trasporto si realizza per la formazione di tioesteri tra il -COOH dell’acido ed il -SH del Coenzima A. Donatore di acetato nelle proteine (processo che fa parte anche della trasduzione del segnale) L’energia per la formazione del legame C-S deriva dalla scissione dell’ATP in AMP e PP. Il legame C-S degli acil-CoA è ad alto contenuto energetico.

Esempio di un Acil-Coenzima A

DOVE SI TROVA: Fegato Tuorlo dell’uovo Broccolo Merluzzo Latte umano CARENZA: vista la disponibilità ampiamente diffusa dell’acido pantotenico è difficile riscontrarne una carenza negli esseri umani

Piridossalfosfato (PLP) Deriva dalla vit. B6. E’ la forma coenzimaticamente attiva, gli altri membri del gruppo B6 svolgono la loro azione vitaminica per la possibilità di interconvertirsi in PLP. E’ coenzima di enzimi che catalizzano una vasta gamma di reazioni degli amminoacidi, quali la decarbossilazione e la transamminazione.

DOVE SI TROVA: Carote Nocciole lievito di birra germe di grano riso tonno salmone CARENZA: Il deficit di vitamina B6 è raro e può causare irritabilità, crampi muscolari e convulsioni.

Biotina E’ un coenzima in diverse carbossilasi; agisce fissando inizialmente la molecola di CO2 e trasferendola successivamente alla molecola da carbossilare. La carbossilazione della biotina a carbossi-biotina utilizza il bicarbonato come donatore di carbossile e richiede la presenza di magnesio e di ATP. Nell'uomo, la biotina è il coenzima di quattro importanti carbossilasi la piruvato carbossilasi nella gluconeogenesi. la propionil CoA carbossilasi per il metabolismo del propionato; la metilcrotonil CoA carbossilasi per il metabolismo degli aminoacidi ramificati e l'acetil CoA carbossilasi nella sintesi degli acidi grassi Biotinilazione degli istoni attraverso il legame con specifici residui di lisina silenziamento genico, proliferazione cellulare e risposta al danno al DNA.

Ritardo dello sviluppo DOVE SI TROVA: Carne Fegato Tuorlo d’uovo cereali CARENZA: Dermatite Ritardo dello sviluppo convulsioni

La forma coenzimatica è l’acido tetraidrofolico (FH4). Coenzimi folici L’acido folico è coenzima di enzimi coinvolti nel trasferimento di unità monocarboniose che includono alcune fasi del metabolismo degli amminoacidi e delle basi azotate Coinvolto nella formazione del principale agente metilante S- adenosilmetionina (SAM) La forma coenzimatica è l’acido tetraidrofolico (FH4). Il coenzima trasporta gruppi monocarboniosi a vari livelli di ossidazione Proliferazione cellulare Formilazione del tRNA iniziatore della sintesi proteica

Sintesi difettosa del DNA nei tessuti con alto ricambio cellulare DOVE SI TROVA: SPINACI ASPARAGI BROCCOLI ARANCIA FRAGOLA LEGUMI ARACHIDI CARENZA: Anemia macrocitica megaloblastica (forme immature di eritrociti) Disturbi gastrointestinali caratterizzati da un malassorbimento Sintesi difettosa del DNA nei tessuti con alto ricambio cellulare Malformazione del sistema nervosocentrale (mancanza della chiusura del tubo neurale nello sviluppo del feto) Rischio di cancro (SAM-metilazione-regolazione dell’espressione genica) Malattie cardiovascolari (omocisteina)

Coenzimi derivati dalla vit. B12 Le forme coenzimaticamente attive sono: la metil-cobalamina (metionina sintasi) la 5’-desossi-adenosil-cobalammina (metilmalonil-CoA mutasi) Il meccanismo delle reazioni catalizzate dai coenzimi della vit. B12 consiste nello scambio intramolecolare tra un atomo di H ed un gruppo legati a due atomi di C adiacenti. DOVE SI TROVA: La vitamina B12 è prodotta da microrganismi, quindi non è presente negli alimenti vegetali. La fonte di vitamina negli alimenti di origine vegetale dipende dall’ingestione da parte dell’animale dei microrganismi contenenti vitamina B12. Si trova nel fegato, nel latte intero, nelle uova, nella carne di maiale e di pollo, nelle ostriche e nei gamberetti. CARENZE: Anemia megaloblastica (presenza nel midollo ed a volte anche nel circolo sanguigno, di megaloblasti abnormi) Anormalità neurologiche (dovuta a perdita di mielina) Disturbi gastrointestinali