Vitamine liposolubili A, D, E, K Meccanismo della visione Calcio Vitamine: generalità Vitamine liposolubili A, D, E, K Meccanismo della visione Calcio Coagulazione del sangue

VITAMINE Micronutrienti organici, richiesti in quantità pari a milligrammi o microgrammi Per la maggior parte dovono essere introdotte con la dieta (non sintetizzate o sintetizzate in parte dall’organismo) Non vengono usate per produrre energia né per usi strutturali fanno parte di coenzimi, sono precursori di ormoni, agiscono da antiossidanti, partecipano come substrati a reazioni specifiche

La denominazione con le lettere dell’alfabeto ha origini storiche Le VITAMINE sono classificate in LIPOSOLUBILI ed IDROSOLUBILI sulla base della loro insolubilità o solubilità in acqua La denominazione con le lettere dell’alfabeto ha origini storiche 1910-20 - isolate sostanze che in piccola quantità erano necessarie per prevenire malattie e denominate sostanza liposolubile - fattore A sostanza idrosolubile - fattore B fattore A suddiviso in A - fattore della crescita - visione notturna D - antirachitica fattore B suddiviso in B - fattore anti beri beri C - fattore antiscorbuto fattore B ulteriormente suddiviso in B1 - fattore anti beri beri B2 - altre vitamine del complesso B

13 vitamine sono essenziali per l’uomo LIPOSOLUBILI Vitamina A - retinolo Vitamina D - colecalciferolo (malattia da carenza: rachitismo) Vitamina E - tocoferolo Vitamina K - fillochinone IDROSOLUBILI Vitamina C - acido ascorbico (malattia da carenza: scorbuto) Vitamina B1 - tiamina (malattia da carenza: beri-beri) Vitamina B2 - riboflavina Vitamina B3 - niacina (acido nicotinico ed ammide) (carenza: pellagra) Vitamina B5 - acido pantotenico Vitamina B6 - piridossina, piridossale, piridossammina Vitamina B7 - biotina Folati Vitamina B12 - cobalammina (malattia da carenza: anemia perniciosa) Vitamine del complesso B: sintetizzate dai vegetali tranne la B12 sintetizzata solo da batteri

Vitamina A

VITAMINA A o retinolo (costituito da 4 unità isopreniche) Si trova negli alimenti di origine animale (fegato, olio di pesce, pesce, latte non scremato, burro, tuorlo) CAROTENOIDI (costituiti da 8 unità isopreniche) I carotenoidi sono presenti nelle piante; alcuni hanno attività vitaminica e sono denominati provitamina A Si trovano negli alimenti di origine vegetale (frutta, verdura, olio d’oliva) C CH3 principale provitamina: beta carotene Struttura chimica: dimero della vitamina A ma da un punto di vista metabolico la bioconversione si assume di 1:12

CH2OH CHO COOH tutto-trans retinolo (forma alcolica) Vitamina retinale anello -iononico essenziale per l’attività; è presente nei carotenoidi con attività provitaminica COOH acido retinoico Ligando di fattori di trascrizione retinale (forma aldeidica) Ruolo nella visione Il gruppo alcolico è esterificato da acidi grassi (in genere acido palmitico) nella forma di riserva della vitamina CHO CH2OH Le linee rosse evidenziano le 4 unità isopreniche retinolo deidrogenasi + NAD (reazione reversibile di ossidazione ad aldeide) retinale deidrogenasi + NAD (reazione irreversibile di ossidazione ad acido)

Fotoisomerizzazione 11cis retinale -> tutto trans retinale FUNZIONI I. PERCEZIONE VISIVA molto veloce: 10-12 s assorbe luce di  500 nm RODOPSINA (pigmento dei bastoncelli deputati alla visione notturna ) opsina (apoproteina) + fotorecettore legato tramite base di Schiff con lisina (Lys 296) praticamente non vi è isomerizzazione spontanea e quindi il rumore di fondo è molto basso; ciò permette di percepire anche pochi fotoni

Sintesi delle rodopsina a partire dalla vitamina A

Ciclo retinoide: via enzimatica che rigenera 11cis retinale Per esportare il retinale dal bastoncello alle cellule epiteliali MUTAZIONE: degenerazione maculare di Stargardt Rodopsina trans retinale trans retinolo trans retinolo estere luce 11 cis retinolo 11 cis retinale opsina Reduttasi NADPH Lecitina retinol acil transferasi MUTAZIONE : retinite pigmentosa trasportatore Isomerasi Deidrogenasi NAD+ La rigenerazione avviene al buio, nelle cellule epiteliali adiacenti ai fotorecettori Alterato ciclo porta a retinite pigmentosa la malattia di Stargardt

II. FUNZIONE TRASCRIZIONALE Lega fattori di trascrizione: Recettori dell’ Acido Retinoico (RXR) RXR forma eterodimeri con i recettori per - ormoni steroidei - Vit D - ormoni tiroidei . Anche questi recettori sono fattori trascrizionali attivati dal legame con l’ormone e dalla dimerizzazione con RXR, con conseguente inibizione o attivazione di specifici geni Questo spiega i numerosi fenomeni biologici in cui è coinvolta la vitamina A Base molecolare per il ruolo fisiologico nel differenziamento, proliferazione, sviluppo embrionale.

vitamina D

FUNZIONI dell’ormone: agisce a livello trascrizionale VITAMINA D FONTI - sintesi endogena: esposizione alla luce solare - dieta (necessita di lipidi e sali biliari per l’assorbimento) PRECURSORE dell’ormone steroideo 1,25-diidrossi colecalciferolo FUNZIONI dell’ormone: agisce a livello trascrizionale omeostasi del calcio, in particolare assorbimento a livello intestinale: geni codificanti per il trasportatore del calcio e per la “proteina legante il calcio“ mineralizzazione ossea secrezione dell’insulina crescita, differenziamento sistema immunitario

HO 7-deidrocolesterolo 2HC CH2 vitamina D3 colecalciferolo I. PELLE 7-deidrocolesterolo Pre-vitamina D3 LUCE SOLARE fotolisi da raggi UV 280-315 nm CH2 vitamina D3 colecalciferolo cambio conformazionale 5 4 3 2 1 6 7 temp corporea 37° C

se è presente ipocalcemia biosintesi dell’ormone 1,25-diidrossi colecalciferolo  1,25 (OH)2 D3  Vit D3 II. FEGATO 25 idrossilasi (mitocondriale o microsomiale) non regolata 25 OH D3 24,25 (OH)2 D3 1,25 (OH)2 D3 Enzima: 1 idrossilasi (mitocondriale) punto di controllo della biosintesi se è presente ipercalcemia forma non attiva se è presente ipocalcemia III. RENE  paratormone

Le funzioni regolatorie prevalgono sulle funzioni scheletriche Alcune funzioni del CALCIO Struttura (osso e denti) Coagulazione del sangue (vedi vitamina K) Contrazione muscolare Attivazione di enzimi -amilasi pancreatica, protein chinasi C, fosfofruttochinasi Rilascio di ormoni e neurotrasmettitori Le funzioni regolatorie prevalgono sulle funzioni scheletriche perturbazioni nell’omeostasi sono tamponate da tessuto osseo

Adulto: Calcio corporeo (1000 - 1200 g ) Livello plasmatico = 10 (9-11) mg/dL (2,4 mM) 50% ione non complessato - fisiologicamente attivo 40% legato a proteine (albumina) 10% sale fosfato, citrato, bicarbonato Scarsa tolleranza alle deviazioni di [Ca++]: Ipocalcemia: ipereccitabilità, convulsioni tetaniche Ipercalcemia: paralisi muscolare, coma Ormoni di controllo di [Ca++]: Ormone paratiroideo (PTH) Vitamina D

azione concertata a livello intestinale, renale, osseo. REGOLAZIONE DEL METABOLISMO DEL CALCIO azione concertata a livello intestinale, renale, osseo. Azione sinergica ipercalcemizzante di - Vitamina D - Ormone paratiroideo (PTH) Vita D ++ Fluido extracellulare PTH ++ PTH++

____VDRE_____ gene bersaglio + mRNA eterodimero VDR- RXR VDR - Recettore Vit D VDRE - Vitamin D Response Elements RXR - Recettore Acido Retinoico (derivato vitamina A) 1,25 (OH)2 D Legata a Vit D binding protein Proteine leganti calcio CITOPLASMA VDRa Acido retinoico RXR NUCLEO IN CIRCOLO + VDRi Il legame della vit D induce cambio conformazionale ed attivazione del “recettore per la vit D” che quindi trasloca nel nucleo dove si lega a specifiche sequenze del promotore

Assorbito il 20-30% del calcio assunto - nei bambini fino al 70% ASSORBIMENTO DEL CALCIO A livello del duodeno, digiuno, ileo, colon (4%) Assorbito il 20-30% del calcio assunto - nei bambini fino al 70% trasporto dal lume intestinale all’eneterocita ATTIVO transcellulare, saturabile (sotto il controllo di 1,25(OH)2D) . transito nell’enterocita (è la tappa limitante). tramite Calcium Binding Protein (CBP) (sotto il controllo di 1,25(OH)2D) estrusione dalla cellula intestinale tramite Ca ATPasi e scambio Ca/Na

RACHITISMO: bambino OSTEOMALACIA: adulto CARENZA di Vit D Deficiente mineralizzazione con deformità delle ossa sconosciuto nei paesi tropicali, scandinavi, esquimesi nell’ 800 trattato con olio di fegato di pesce e esposizione al sole, nel 1930 identificata la vitamina OSTEOMALACIA: adulto osteopenia con aumentato rischio di frattura ed un diffuso dolore osseo anche per mancata sintesi dell’ormone o mancata risposta ormonale

Vitamina E

anello funzionale fenolico con una catena laterale isoprenica VITAMINA E STRUTTURA CHIMICA anello funzionale fenolico con una catena laterale isoprenica -tocoferolo scoperta nel 1922 nei vegetali verdi (è sintetizzata solo dalle piante fotosintetiche) e denominata vit E quindi messa in relazione con la fertilità e chiamata tocoferolo: tokos (nascita) phero (porto) olo (alcol)

ROO• + Vit E-OH  Vit E-O• + ROOH FONTI: soprattutto in alimenti di origine vegetale, olio di oliva, noci, mandorle, vegetali verdi LOCALIZZAZIONE: zone ricche in lipidi quali membrane cellulari, lipoproteine, depositi di grasso FUNZIONE protezione da auto-ossidazione degli acidi grassi polinsaturi. previene ossidazione lipoproteine (LDL) MECCANISMO: antiossidante che interrompe la catena di radicali che reagiscono più velocemente con la vi tE che con acidi grassi ROO• + Vit E-OH  Vit E-O• + ROOH Vi E-O• reagisce con vitamina C o altro donatore di di idrogeno e ridiventa Vit E-OH

Vitamina K

VITAMINA K: naftochinone con una catena laterale poli-isoprenica 6-11 fillochinone, sintetizzata dalle piante menachinone, sintetizzato dai batteri della flora intestinale forma sintetica farmacologica, non attiva come tale, ma viene isoprenilata dall’organismo menadione Dicumarolo Dicumarolo: antivitamina presente in alcune piante; inibitore della reduttasi che rigenera la forma atttiva della vitamina (vedi diapositiva successiva)

FUNZIONE BIOCHIMICA cofattore di carbossilasi per la sintesi dell'acido -carbossiglutammico (Gla) a partire dall’acido glutammico di proteine  proteina-HN-CH- CO-proteina I CH2  CH-COO– COO– Gla Modificazione post-sintetica di proteine La forma funzionale è l’idrochinone che nell’attività catalitica è ossidato a chinone, e quindi rigenerato da reduttasi NADPH dipendente. Inibitori della reduttasi sono anticoagulanti. Farmaci con azione antivitaminica anticoagulanti: warfarina antibiotici: cefalosporina inibitore della vit k-epossido reduttasi

I fattori della coagulazione vit K-dipendenti sono: L’amminoacido Gla, avendo due cariche negative, lega bene il calcio ionizzato (Ca2+) con 2 cariche positive La vitamina K interviene come fattore antiemorragico nella coagulazione del sangue. La coagulazione implica una attivazione a cascata di enzimi proteolitici già presenti nel plasma come precursori inattivi: la specifica proteolisi rende attivo il fattore (reazione finale: fibrinogeno  fibrina) In tale processo le proteine che hanno Gla legano il Ca2+ che si lega anche ai fosfolipidi negativi della superficie delle piastrine attivate; tale legame è indispensabile per subire l’attivazione I fattori della coagulazione vit K-dipendenti sono: Protrombina Fattore VII Fattore IX Fattore X In assenza di Ca2+ non si legano alle piastrine attive e non vengono trasformati nella forma attiva dall’enzima proteolitico di cui sono substrato

monomero di fibrina  fibrinogeno Protrombina (Ca2+, FL)  trombina Fattore XII  XIIa Fattore XI (Ca2+, FL)  XIa Fattore IX (Ca2+, FL)  IXa Fattore VIII  VIIIa Fattore V  Va Fattore X (Ca2+, FL)  Xa XIIIa  Fattore XIII monomero di fibrina  fibrinogeno Protrombina (Ca2+, FL)  trombina polimero di fibrina (insolubile) VIIa  (Ca2+, FL) Fattore VII VIA INTRINSECA VIA ESTRINSECA Ca2+ fattore IV FL: fosfolipidi delle piastrine attivate In rosso: enzimi proteolitici In verde: fattori attivanti

protrombina 582 A B 323 Arg -Ile 274 Arg-Thr S Gla Il fattore Xa scinde i due legami e forma la trombina, costituita dalle due subunità A e B legate da ponte disolfuro 1 La TROMBINA è una proteasi specifica che idrolizza il legame Arg-Gly La trombina ha un ruolo centrale agendo su diversi fattori ed amplificando il processo Fibrinogeno  fibrina XIII  XIIIa (fattore regolatorio) VIII  VIIIa(fattore regolatorio) V  Va(fattore regolatorio) VII  VIIa (proteasi) La scissione avviene in presenza di legame della protrombina a Ca2+ e fosfolipidi di membrana di piastrine attivate, tramite i residui di GLA, presenti nella parte N-terminale che viene persa nella trombina

- - - Il fibrinogeno (AB)2 ha carica negativa che impedisce interazione con altre molecole di fibrinogeno. La trombina elimina i fibrinopeptidi altamente negativi, creando un centro positivo che permette l’interazione tra i monomeri di fibrina ()2 - + - + - + - - + - + - fibrinogeno fibrina

Il legame ionico viene quindi stabilizzato dalla formazione di legami covalenti fra le catene laterali per azione del fattore XIIIa ANTITROMBINA Proteina plasmatica: inibisce la trombina legandosi con un complesso 1:1 EPARINA: si lega alla antitrombina e ne aumenta l’attività di centinaia di volte