Energia e funzione alimentare

Presentazione sul tema: "Energia e funzione alimentare"— Transcript della presentazione:

1 Energia e funzione alimentare
Tutte le funzioni vitali possono avvenire solo mediante un supporto energetico! Es. metabolismo basale, accrescimento, riproduzione, movimento, equilibrio osmotico e termico, ecc. Negli organismi viventi la fonte immediata più universale di energia è contenuta nelle molecole di ATP (energia chimica). E' necessario, quindi, procurarsi le materie prime da cui sintetizzare questo composto.

2 Glucidi Acqua I PRINCIPI NUTRITIVI Lipidi Sali minerali Protidi Vitamine

3 Se analizziamo il corpo umano vediamo che è costituito dal 65% di Acqua, dal 30% di Proteine e Grassi e dal 5% di Minerali, Zuccheri e Vitamine.

4 Nutrienti Elementi necessari al mantenimento delle funzioni dell’organismo Si dividono in: macronutrienti micronutrienti

5 Macronutrienti Composti da cui l’organismo ricava principalmente energia Carboidrati (glucidi) Grassi (lipidi) Proteine (protidi)

6 Utilizzazione dei Macronutrienti
I macronutrienti sono molecole complesse. Per poterli utilizzare l’organismo deve ridurli in composti semplici ed internalizzarli. Quindi, trasformarli in anidride carbonica ed acqua (ossidarli) con liberazione di energia o, eventualmente, utilizzarli per la sintesi dei suoi componenti strutturali…

7 CARBOIDRATI energetica: forniscono mediamente 4 kcal/g e
Svolgono varie funzioni: energetica: forniscono mediamente 4 kcal/g e sono una fonte di energia di rapido utilizzo. Circa il 50-60% delle calorie della dieta. strutturale: entrano nella costituzione dei glicolipidi e delle glicoproteine delle membrane cellulari ecologia intestinale: gli oligosaccaridi stimolano la flora bifidogena intestinale

8 LIPIDI Svolgono nell’organismo tre principali funzioni:
energetica: forniscono 9 kcal per grammo, permettendo di risparmiare proteine a scopi energetici strutturale: entrano nella composizione delle membrane cellulari condizionandone la funzione metabolica: veicolano le vitamine liposolubili, sono precursori di sostanze regolatrici del sistema immunitario e coagulativo

9 PROTEINE Svolgono funzioni fondamentali di tipo
Plastico: formazione di nuovo tessuto Catalitico: enzimi Immunitario: anticorpi Energetico: ossidazione di aminoacidi Strutture più o meno complesse costituite da AMINOACIDI (AA) essenziali non sintetizzabili endogenamente non essenziali sintetizzabili dagli enzimi dell’organismo

10 In campo nutrizionale, si definiscono "micronutrienti" le sostanze ingerite dall'organismo la cui funzione non è direttamente correlata alla produzione di energia e alla crescita. Sono presenti nei normali alimenti, ma una dieta non equilibrata può causarne la ridotta assunzione, e quindi i problemi e le malattie dovuti alla carenza di uno o più micronutrienti. Le vitamine sono sostanze organiche, assunte con gli alimenti, indispensabili ai nostri organismi. Esse sono incluse tra i micronutrienti che devono essere assunti con la dieta quotidianamente poiché non vengono sintetizzati dall'organismo umano. Considerando la loro solubilità si distinguono e classificano in: vitamine liposolubili, cioè solubili nei grassi: sono le vitamine A, D, E, K, F; vitamine idrosolubili, cioè solubili in acqua: sono le vitamine C, B1, B2, B5, B6, PP, B12, Bc, H. Le vitamine idrosolubili svolgono principalmente la funzione di coenzimi, mentre non tutte quelle liposolubili hanno una simile attività. Non tutte le vitamine vengono assunte nella loro forma biologicamente utilizzabile ma piuttosto come precursori che vanno sotto il nome di provitamine. Una volta assunti, tali composti vengono trasformati da specifici enzimi metabolici nella loro forma attiva, al fine di renderli utilizzabili

11 Vitamine idrosolubili
Vitamina B1 (tiamina) Vitamina B2 (riboflavina) Vitamina B3 o Vitamina PP (niacina o acido nicotinico) Vitamina B5 o Vitamina W (acido pantotenico) Vitamina B6 o Vitamina Y (piridossina o piridossamina o piridossale) Vitamina B8 o Vitamina H (biotina) Vitamina B9 o Vitamina Bc o Vitamina M (acido folico) Vitamina B12 (cobalamina) Vitamina C (acido ascorbico) Vitamine liposolubili Vitamina A (retinolo ed analoghi) Vitamina D (ergocalciferolo D2 e colecalciferolo D3) Vitamina E (tocoferolo) Vitamina K (naftochinone e derivati) Vitamina F (linoleico e derivati) Vitamina Q (ubichinone e derivati)

12 Coenzimi Molti enzimi per poter essere attivi richiedono la presenza di ioni metallici o di altre molecole, talvolta legate con legami covalenti. Queste molecole vengono indicate come cofattori o coenzimi. 1) Cofattore: ione o molecola NON PROTEICA la cui presenza è indispensabile perché l’enzima possa svolgere la sua attività catalitica. Tra i cofattori hanno rilevante importanza gli ioni di alcuni elementi metallici, in particolare Fe,Ca, Mg, Mn, Zn, Cu (p.es. tutti gli enzimi che utilizzano ATP richiedono la presenza di ioni Mg2+). 2) Coenzimi: sono molecole organiche (alcuni di essi derivano da vitamine). prendono parte direttamente all’azione catalitica dell’enzima spesso si ritrovano modificati chimicamente al termine della reazione (es. NAD+ / NADH).

13 I coenzimi da soli sono cataliticamente inattivi ma, unendosi all’apoenzima, formano l’enzima cataliticamente attivo. Uno stesso coenzima può essere unito a diverse proteine per cui si deduce che la specificità dell’azione enzimatica è proprietà dell’apoenzima e non del coenzima. La maggior parte dei coenzimi è strettamente legata alle vitamine. Per diventare coenzima, la vitamina subisce delle trasformazioni che vanno dalla semplice fosforilazione (uno dei casi più comuni) a trasformazioni più complesse. La trasformazione della vitamina in coenzima avviene all’interno delle cellule ed è di natura enzimatica. I coenzimi possono essere classificati in gruppi diversi, in base al tipo di reazione catalizzata.

14 Coenzimi trasportatori di idrogeno
Coenzimi piridinici Derivano dall’ acido nicotinico o niacina (vit. B3) Le forme coenzimatiche con attività biologica sono la nicotinammide adenina dinucleotide (NAD+) e la nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADP+). Può essere sintetizzato dal Trp assunto con la dieta Sono i coenzimi di deidrogenasi Fungono da accettori di idrogeno nell’ossidazione di svariati composti (reazioni di ossido-riduzione). La loro riduzione avviene per trasferimento di uno ione idruro (H -) dal substrato all’anello piridinico del coenzima, con liberazione nel mezzo di un H+. La forma ossidata viene indicata come NAD(P)+ e quella ridotta NAD(P)H Il loro legame all’apoenzima è labile

15 Struttura e biosintesi del NAD+ e del NADP+.
Champe et al., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli

16 DOVE SI TROVA: Lievito Carne Fegato Cereali Legumi Latte Verdure a foglia verde pesce CARENZA Pellagra La pellagra è responsabile di un quadro clinico detto "delle tre D": demenza, dermatite e diarrea. I sintomi della pellagra sono disepitelizzazione (desquamazione - perdita - della pelle) delle mani e del collo, diarrea, perdita di appetito e di peso, lingua arrossata e gonfia, depressione e ansia.

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18 Sono le forme coenzimatiche della riboflavina o vit. B2.
2) Coenzimi flavinici (FMN e FAD) (flavin mononucleotide) ( flavin adenin dinucleotide) Sono le forme coenzimatiche della riboflavina o vit. B2. Le due forme biologicamente attive sono la flavina mononucleotide (FMN), forma fosforilata della riboflavina, e la flavina adenina dinucleotide (FAD) che si forma con il trasferimento dell’AMP (derivante da una molecola di ATP) alla FMN Il FMN non è un vero e proprio nucleotide in quanto non contiene uno zucchero (il ribosio) ma un alcool a 5 atomi di C I coenzimi flavinici, a differenza di quelli piridinici, accettano 2H+ e 2e- pertanto le loro forma ridotte sono FMNH2 e FADH2 FMN e FAD sono strettamente legati ai propri apoenzimi con un legame covalente. Il FMN ed il FAD sono legati saldamente, talvolta mediante un legame covalente, ad enzimi (flavoenzimi) che catalizzano l’ossidazione o la riduzione di un substrato

19 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

20 Glutatione reduttasi GS-SG + NADPH + H+ → 2GSH + NADP+
Negli eritrociti il glutatione ridotto mantiene il ferro dell’eme dell’emoglobina nello stato di ossidazione Fe2+ l glutatione o GSH è un tripeptide con proprietà antiossidanti formato da cisteina, glicina e acido glutammico Rilevante è la sua azione sia contro i radicali liberi o molecole come perossido di idrogeno, nitriti, nitrati, benzoati e altre. Svolge un'importante azione nel globulo rosso, proteggendo tali cellule da pericoli ossidativi che causerebbero l'emolisi

21 DIFESA DAL DANNO OSSIDATIVO
Glutatione ridotto funzionale GSH gGlu-Cys-Gly G-6-P deidrogenasi NADPH NADP + glutatione reduttasi (FAD) 2 GSH GS-SG glutatione perossidasi H2O2 perossidi H2O La glutatione perossidasi è un enzima a selenio: contiene Se-cisteina (Sec)

22 Il GSH viene ossidato a GS-SG da perossidi.
Perossido Glutatione ossidato Glutatione ridotto Proteina ossidata Glutatione ossidato Proteina ridotta Glutatione ridotto Il GSH viene ossidato a GS-SG da perossidi. Il GSH cellulare mantiene allo stato ridotto i gruppi tiolici di proteine endocellulari.

23 La rigenerazione di GSH a partire dal GSSG è catalizzata dalla GSH Reduttasi
NADPH dipendente. L’aspetto più interessante della biochimica del GSH, per i fondamentali risvolti che assume nella fisiologia cellulare, è rappresentato dal ruolo che svolge nell’omeostasi dei gruppi sulfidrilici delle proteine. Lo stato redox delle cisteine (RSH ↔ RSSR) di molte proteine è fondamentale per la loro attività.

24 BROCCOLI ASPARAGI SPINACI
DOVE SI TROVA: CARNE POLLO PESCE UOVA LATTE BROCCOLI ASPARAGI SPINACI CARENZA Aumento della perossidazione lipidica Degenerazione del sistema nervoso Riduzione della sintesi di emoglobina

25 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.

26 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.

27 Coenzimi trasportatori di gruppi
2) 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.

28 Esempio di un Acil-Coenzima A

29 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

30 3) 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.

31 transaminazione o decarbossilazione degli amminoacidi,
deaminazione ossidativa delle ammine reazioni di racemizzazione, metabolismo del triptofano, con trasformazione dell’acido xanturenico in acido nicotinico, metabolismo lipidico, con trasformazione dell’acido linoleico in acido arachidonico e formazione degli sfingolipidi (evento importante per la produzione di guaine mieliniche), glicogenolisi, in quanto è il coenzima della glicogeno fosforilasi, sintesi di vari neurotrasmettitori (serotonina,dopamina, noradrenalina e acido gamma-amminobutirrico diminuzione dell’azione degli ormoni steroidei, per la sua capacità di legarsi ai loro recettori, Sintesi dell’eme Conversione dell’omocisteina in cisteina Catabolismo del glicogeno (La B6 è inoltre coenzima delle fosforilasi per il metabolismo del glicogeno)

32 DECARBOSSILAZIONE DELL’ACIDO GLUTAMMICO IN ACIDO GAMMA-AMMINOBUTIRRICO (GABA) CATALIZZATA DALLA GLUTAMMATO DECARBOSSILASI IL GABA agisce come neurotrasmettitore ad azione inibitoria e quindi come moderatore dell’eccitabilità delle cellule nervose E’ il coenzima del delta-amminolevulinato sintasi enzima mitocondriale che catalizza la prima tappa della sintesi dell’eme Coenzima della glicogeno fosforilasi enzima chiave nel metabolismo del glicogeno

33 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.

34 4) 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.

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

36 5) 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

37 SINTESI DEL TIMILIDATO catalizzata dalla timidilato sintasi, limitante per la replicazione del DNA, catalizzata dalla timidilato sintasi, limitante per la replicazione del DNA e dipendente dalla disponibilità del metilene-FH4 coenzima donatore del gruppo metilico SINTESI EX-NOVO DELLE BASI PURINICHE (biosintesi adenina e guanina) OMOCISTEINA/METIONINA L’omocisteina è un aminoacido non proteico prodotto dal metabolismo della metionina, un’aminoacido solforato essenziale che viene introdotto nel nostro organismo con la dieta. Il metabolismo dell’omocisteina può seguire due vie: -via della rimetilazione: utilizza gli enzimi metionina-sintasi, metilenetetraidrofolatoreduttasi (MTHFR), betaina-sintasi e ha come catabolita finale la metionina. In tale via l’omocisteina può essere ri-metilata a metionina mediante due processi. Nel primo, in cui è fondamentale l’acido folico, la reazione chiave avviene grazie all’enzima MTHFR che riduce il 5,10-metilene-tetraidrofolato a 5-metiltetraidrofolato; quest’ultimo fornirà poi, in presenza di un coenzima, la vitamina B12, il gruppo metilico necessario per la riconversione dell’omocisteina in metionina. Nel secondo processo invece la reazione di rimetilazione è svolta dall’enzima betaina-sintasi che produce metionina catalizzando il trasferimento di un gruppo metilico dalla betaina all’omocisteina. La metionina è il precursore del SAM. -via della transulfurazione: sfrutta l’enzima cistationina-sintasi e ha come prodotto finale l’aminoacido cisteina. La cistationina-sintasi, coadiuvata dal coenzima vitamina B6, catalizza la reazione di condensazione tra omocisteina e serina con formazione di cistationina che successivamente viene degradata a cisteina. Mentre la via metabolica della rimetilazione è attiva per basse concentrazioni di omocisteina e di metionina, la via della transulfurazione entra in gioco quando le concentrazioni dei due aminoacidi aumentano

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39 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)

40 6) 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. Cianocobalammina (vitamina B12) b) Metilcobalammina (MeCbl) c) 5’-deossiadenosilcobalammina o adenosilcobalammina (AdoCbl) (coenzima B12)

41 metilmalonil-CoA mutasi:
Enzima della matrice mitocondriale, coinvolto nel metabolismo del propionil-CoA che è il prodotto della degradazione di alcuni amminoacidi e del catabolismo di acidi grassi a numero dispari di atomi di C

42 L’enzima usa quale gruppo prosteico la
Dal ciclo finale della -ossidazione di questi acidi grassi si forma propionil-CoA, che viene convertito in succinil-CoA per entrare ciclo dell’acido citrico. Per la conversione di propionil-CoA a succinil-CoA sono necessari 3 enzimi. La I reaz., catalizzata da propionil-CoA carbossilasi, richiede un gruppo prosteico biotina e viene promossa dall’idrolisi di ATP Il prodotto della reazione, (S)-metilmalonil-CoA, viene convertito nella forma R dalla metilmalonil-CoA racemasi. (R)-metilmalonil-CoA è un substrato per la metilmalonil-CoA mutasi che catalizza la sua conversione a succinil-CoA L’enzima usa quale gruppo prosteico la 5’-deossiadenosilcobalammina (Coenzima B12) Il succinil-CoA è utilizzato nel ciclo di Krebs e nella Biosintesi dell’eme

43 5-metiltetraidrofolato + L-omocisteina ⇄ tetraidrofolato + L-metionina
La metionina sintasi è un enzima appartenente alla classe delle transferasi, che catalizza la seguente reazione: 5-metiltetraidrofolato + L-omocisteina ⇄ tetraidrofolato + L-metionina

44 DOVE SI TROVA: Lla vitamina B12 è prodotta da microrganismi, quindi non è presente negli alimenti vegetali tranne quando questi sono contaminati da materia fecale. 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

45 La vitamina A è una vitamina liposolubile, in natura si trova in 3 diverse forme:
alcolica (retinolo), aldeidica (retinaldeide) acida (acido retinoico) Anche i carotenoidi posseggono l'attività biologica della vitamina A in quanto possono fungere da provitamine

46 Sezione dell’occhio La luce è focalizzata attraverso le lenti;
- La quantità di luce che raggiunge la retina è controllata dall’apertura dell’iride; - La luce raggiunge la retina neurale che contiene cellule neurali, fotorecettrici e accessorie; - La retina neurale termina nel fascio di nervi ottici.

47 Struttura della retina neurale
I fotorecettori non sono i primi ad essere colpiti dalla luce - Le cellule più vicine alla luce sono i neuroni che integrano il segnale Nell’uomo ci sono diversi tipi di cellule recettive: Cellule a forma di bastoncino (“rods”) per la visone notturna Cellule a forma di cono (“cones”) per la visione del colore (blu, verde e rosso). - Epitelio pigmentato.

48 Cellula “rod” e rodopsina
Schema del corpo della cellula, segmento interno e segmento esterno. La rodopsina, recettore primario, è presente nei dischi del segmento esterno L’opsina è un polipeptide con 348 aminoacidi L’opsina si combina con l’11-cis retinale per formare la rodopsina

49 Struttura della rodopsina
La rodopsina è una proteina di membrana con 7 α-eliche di transmembrana e tre domini (citoplasmatico, transmembrana e intradiscale o extracellulare) - Il retinale è ancorato covalentemente in posizione K296

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51 Isomerizzazione di 11-cis retinale
Quando il retinale libero assorbe luce, l’isomerizzazione può avere luogo attorno a molti legami - Nella rodopsina, l’isomerizzazione è ristretta al doppio legame C11-C12 a causa dell’ambiente proteico

52 l’assorbimento della luce fa sì che il retinale abbia a modificare la propria conformazione da 11-cis a tutto-trans. Questa è l’unica reazione che dipende dalla luce in tutto il ciclo visivo. In seguito a questa modifica di conformazione, il retinale non si adatta più nel sito di legame dell’opsina e ciò fa sì che l’opsina vada incontro a sua volta a una serie di modificazioni della propria conformazione, per assumere una conformazione semi-stabile detta metarodopsina ΙΙ. Questa è la forma attiva della rodopsina che dà inizio al secondo ciclo di eventi che caratterizzano la fototrasduzione. La metarodopsina ΙΙ persiste, come tale, per un tempo molto piccolo; in un tempo dell’ordine di minuti la base di Schiff che lega l’opsina con il retinale, si idrolizza spontaneamente dando opsina e retinale tutto-trans che tende a disperdersi per diffusione. Per poter essere riutilizzato di nuovo nella sintesi di altra rodopsina il retinale tutto-trans deve venir isomerizzato di nuovo nella forma 11-cis reazione che si ritiene abbia luogo nell’epitelio pigmentato circostante. Il retinale tutto-trans viene ridotto a retinolo tutto-trans, che è il precursore diretto necessario nella sintesi del retinale 11-cis. Analogamente a quanto abbiamo detto dei bastoncelli, anche il pigmento visivo dei coni è composto da due parti: una proteina detta opsina dei coni e una molecola in grado di assorbire la luce che sembra essere sempre il retinale 11-cis, come nei bastoncelli. Si ritiene che anche i meccanismi di eccitazione, scissione e di rigenerazione dei pigmenti dei coni siano analoghi a quelli che interessano la rodopsina.

53 Intermedi fotoindotti della rodopsina
Rodopsina + hν ↓assorbimento Rodopsina* ↓isomerizzazione deprotonazione protonazione Sunday, 16 Metarodopsina I (retinale all-trans e la base di Schiff protonata) ↓deprotonazione Metarodopsina IIa (base di Schiff deprotonata con H+ trasferito al dominio di transmembrana, probabilmente a E113) ↓protonazione Metarodopsina IIb (+ H+ dal dominio citoplasmatico) ↓ variazione conformazionale

54 1 molecola di rodopsina assorbe luce ↓ 500 molecole di transducina vengono attivate 500 molecole di fosfodiesterasi 105 molecole di cGMP vengono idrolizzate 250 canali di Na+ vengono chiusi Na+ (1 secondo) non entrano nella cellula Membrana del “rod” iperpolarizzata (1mV)

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56 DOVE SI TROVA: Olio di fegato di pesce Fegato Pesce Latte non scremato Burro Tuorlo d’uovo CARENZA: Cecità alla luce crepuscolare Xeroftalmia (secchezza dell’occhio) Ritardo nello sviluppo Aumentata suscettibilità alle infenzioni

57 La vitamina D è un gruppo costituito da 5 diverse vitamine: vitamina D1, D2, D3, D4 e D5. Le due più importanti forme nella quale la vitamina D si può trovare sono la vitamina D2 (ergocalciferolo) e la vitamina D3 (colecalciferolo), entrambe le forme dall'attività biologica molto simile. Il colecalciferolo (D3), derivante dal colesterolo, è sintetizzato negli organismi animali, mentre l'ergocalciferolo (D2) è di provenienza vegetale. La vitamina D ottenuta dall'esposizione solare o attraverso la dieta è presente in una forma biologicamente non attiva e deve subire due reazioni di idrossilazione per essere trasformata nella forma biologicamente attiva, il calcitriolo. La vitamina D è essenziale per il mantenimento dell'omeostasi del calcio e del fosfato. La forma metabolicamente attiva è l'1,25-(OH)2-colecalciferolo che agisce favorendo: l'assorbimento del calcio a livello intestinale; il riassorbimento del calcio e del fosforo nel tubulo contorto prossimale; la deposizione del calcio a livello del tessuto osseo. Il calciferolo agisce con un meccanismo d'azione ormonosimile in quanto: è sintetizzato autonomamente dall'organismo umano; agisce su un organo bersaglio; ha una struttura che ricorda gli ormoni steroidei.

58 L’azione della vitamina D tende ad elevare i livelli ematici di calcio tramite l’aumento del suo riassorbimento renale e  l’aumento dell’assorbimento intestinale, in conseguenza di ciò si avrà una corretta mineralizzazione dell’osso ed un normale accrescimento corporeo. Agisce all’interno del sistema Paratormone (PTH) – Calcitonina in modo sinergico con il PTH con conseguente omeostasi del sistema calcio – fosforo. 1,25-(OH)2-colecalciferolo stimola la sintesi della CaBP (proteina che trasporta il calcio) nell'organo bersaglio (enterociti), intervenendo a livello della trascrizione del DNA intestinale che codifica per la proteina e della RNA polimerasi plasmatica.

59 Il paratormone (PTH) è un ormone di natura peptidica secreto dalle paratiroidi, insieme alla calcitonina, è adibito all'omeostasi degli ioni calcio e fosforo. Questi due minerali, oltre ad essere i principali costituenti delle ossa e dei denti, permettono la contrazione muscolare, la trasmissione degli impulsi nervosi, la coagulazione del sangue ed il normale svolgimento di numerose reazioni metaboliche. E' quindi fondamentale che la loro concentrazione rimanga relativamente costante durante tutto l'arco della giornata. Per mantenere tali valori in equilibrio il corpo si affida principalmente a due ormoni: il paratormone, che espleta un'azione ipercalcemizzante, e la calcitonina, che ricopre il ruolo opposto. Nell'omeostasi del calcio interviene anche l'1,25-(OH)2-colecalciferolo o calcitriolo, che rappresenta la forma attiva della vitamina D. A livello delle ossa il paratormone stimola la mobilizzazione del calcio per vie dirette ed indirette. Nel primo caso interviene in prima persona, modulando positivamente l'attività degli osteoclasti (grosse cellule che hanno la funzione di erodere e rinnovare la matrice ossea). Dato che il tessuto osseo è ricco di ioni calcio, il suo catabolismo favorisce l'aumento della calcemia. A livello renale il paratormone aumenta l'escrezione di ioni fosfato con le urine, diminuendo la concentrazione del minerale nel sangue. Per riequilibrare la situazione l'organismo richiama fosfato dalle ossa, nelle quali è depositato sottoforma di idrossiapatite Ca5(PO4)3(OH

60 A livello intestinale, grazie all'ausilio del calcitriolo (forma attiva della vitamina D) il paratormone stimola l’assorbimento di calcio. A livello renale lo stesso ormone stimola l'attivazione della suddetta vitamina. Oltre a favorire l'escrezione del fosfato con le urine, il paratormone agisce positivamente sul riassorbimento del calcio. Il paratormone è un ormone ipercalcemizzante che agisce a tre livelli: 1) aumentando il riassorbimento renale di Ca2+ 2) aumentando l'eliminazione renale di fosforo 3) stimolando la formazione della Vitamina D3 dalla D2 nel rene 4) aumentando la degradazione ossea 5) aumentando l'assorbimento intestinale di calcio La diminuzione della calcemia rappresenta un forte stimolo sulla secrezione di paratormone e, parallelamente, inibisce il rilascio del suo antagonista (calcitonina). Allo stesso modo, non appena la concentrazione di calcio nel sangue supera i valori normali la secrezione di paratormone viene inibita.

61 olio di fegato di merluzzo
DOVE SI TROVA: uovo intero Sardina Aringa fegato di pollo frattaglie olio di fegato di merluzzo latte e derivati Germe di grano CARENZA: una carenza di vitamina D provoca un inadeguato assorbimento del calcio, ritenzione di fosforo nei reni, e demineralizzazione ossea con rachitismo, deformazione delle ossa, nei bambini, osteomalacia che è il rachitismo aduldo, osteoporosi, inarcamento delle gambe e della colonna vertebrale, ingrossamento della articolazione del polso, del ginocchio, dell'anca, muscoli scarsamente sviluppati, irritabilità nervosa,

62 Vit. C La forma predominante della vitamina nei cibi e nei tessuti è l’ascorbato che, per ossidazione si trasforma in deidroascorbato, il solo altro composto con attività vitaminica. Il deficit di Vit. C causa lo scorbuto. Funzioni: -riduzione di metalli (Cu e Fe) che agiscono da cofattori in reazioni di idrossilazione in cui partecipa l’O2. -rimozione dei radicali liberi -metabolismo del Fe.

63 Il collagene è la principale proteina del tessuto connettivo negli animali. È la proteina più abbondante nei mammiferi, rappresentando nell'uomo circa il 6% del peso corporeo. Il collagene è una struttura rigida, rigidità conferita dalla presenza di prolina o idrossiprolina. La più stabile disposizione e riarrangiamento del collagene è quella della tripla elica proprio per la presenza della prolina L'unità strutturale del collagene è rappresentata dal tropocollagene formata da tre catene polipeptidiche con andamento sinistrorso che si associano a formare una tripla elica destrorsa

64 Tutte le unità di tropocollagene hanno la stessa lunghezza, la stessa ripetitività di amminoacidi, che implica quindi la presenza della glicina ogni tre residui e dove X e Y sono spesso la prolina Pro e l'idrossiprolina. I filamenti di tropocollagene sono tenuti insieme da legami idrogeno. questi legami sono possibili grazie alla presenza di glicine e dalle modifiche post-traduzionali di lisina e prolina. Entrambi questi amminoacidi subiscono una ossidazione per aggiunta di un gruppo ossidrile. La prolina è modificata a idrossiprolina dall'enzima Prolina Idrossilasi, che inserisce il gruppo -OH in corrispondenza del secondo carbonio dell'anello; mentre la lisina è modificata a idrossilisina dall'enzima Lisina Idrossilasi, che inserisce il gruppo -OH al posto del gruppo amminico della catena laterale della lisina. Entrambi gli enzimi agiscono in presenza del co-fattore acido ascorbico

65 L'enzima che catalizza l'idrossilazione della prolina è una monossigenasi che contiene uno ione ferro (Fe2+) Prolina + O2 + alfaC.G. ----> Idrossiprolina + CO2 + succinato Durante questa reazione, inoltre, il ferro della monossigenasi è ossidato da Fe2+ a Fe3+, e la forma ossidata dell'enzima è inattiva. Per ridurlo nuovamente entra in gioco l'acido ascorbico la cui ossidazione a deidroascorbico è accoppiata alla riduzione della monossigenasi: Acido Ascorbico + monossigenasi(Fe3+) ----> Acido deidroascorbico + monossigenasi(Fe2+)

66 VITAMINA F La vitamina F è la più «giovane» delle vitamine, essendo stata scoperta nel E' costituita da una miscela di acidi grassi essenziali (AGE), prevalentemente acido linoleico (omega-6), acido alfa-linolenico (omega-3) e acido arachidonico, che è il principale responsabile dell'attività biologica di questa vitamina. La vitamina F non viene prodotta dall'organismo e pertanto deve essere introdotta totalmente con l'alimentazione. Viene anche classificata come fattore vitaminosimile ed è un precursore delle prostaglandine. ostacola la deposizione di trigliceridi e colesterolo nelle arterie, prevenendo l'aterosclerosi; favorisce l'integrità della pelle e dei capelli indispensabile nella formazione della membrana cellulare e la sua carenza altera il trasporto ionico attraverso la membrana,

67 macroelementi: il fabbisogno è > 100 mg/giorno;
Nell'uomo la quantità di sali minerali presenti rappresenta circa il 6% del peso corporeo, pertanto il fabbisogno giornaliero è limitato, tuttavia essendo essi eliminati costantemente dall'organismo, attraverso le feci, l'urina ed il sudore, vanno costantemente reintegrati. In base al fabbisogno giornaliero, nell'alimentazione umana, i sali minerali vengono classificati in tre gruppi principali: macroelementi: il fabbisogno è > 100 mg/giorno; microelementi: il fabbisogno è tra 1 e 100 mg/giorno; oligoelementi: il fabbisogno è < 200 mg/giorno

68 ferro (Fe) rame (Cu) zinco (Zn) fluoro (F) iodio (I) selenio (Se) cobalto (Co) manganese (Mn) molibdeno (Mo)

69 Una metalloproteina è una proteina che contiene atomi metallici
Una metalloproteina è una proteina che contiene atomi metallici. Questi possono svolgere una funzione strutturale, mantenendo la stabilità del ripiegamento (o "fOLDING") della proteina (come avviene nei fattori di trascrizione a "dita di zinco"), o funzionale, partecipando all'attività catalitica di un enzima, come avviene, ad esempio, nelle metallo proteasi.

70 l’infiammazione, la crescita e l’invasività tumorale
Le MetalloProteinasi di matrice (MMPs) sono una famiglia di enzimi coinvolti in numerosi processi fisiologici e patologici concernenti la matrice extracellulare (ECM), quali lo sviluppo, l’infiammazione, la crescita e l’invasività tumorale Hanno un dominio catalitico contenente l’atomo di Zn++ catalitico coordinato a 3 His

71 L’anidrasi carbonica è una metalloproteina contenente zinco.
Il cofattore zinco, presente nel sito attivo, è coordinato con tre istidine e una molecola d’acqua a formare un complesso tetraedrico. A pH fisiologico,il quarto ligando dello zinco è un idrossile. Il sito attivo si trova in una tasca idrofobica della struttura terziaria, legato ad un atomo di zinco. Gli atomi di azoto di tre istidine legano direttamente lo zinco. L'istidina 64 oscilla avvicinandosi e allontanandosi dallo ione zinco ad ogni ciclo enzimatico aiutando lo zinco a ricaricarsi con un nuovo ione idrossido. Appena lo zinco si è ricaricato con una nuova molecola di acqua e lo ione bicarbonato è stato rilasciato, l'enzima sarà pronto ad agire su un'altra molecola di anidride carbonica. La reazione, catalizzata dalla CA avviene in diverse fasi: attacco nucleofilo del complesso zinco–idrossile sul substrato CO2 scambio del bicarbonato prodotto con una molecola d’acqua. Lo zinco è la chiave di questa reazione enzimatica. L'acqua legata allo ione zinco viene scissa in un protone ed in uno ione idrossido. Poichè lo zinco è uno ione positivo, stabilizza lo ione idrossido carico negativamente che così può attaccare l'anidride carbonica formando così uno ione bicarbonato. Le reazioni di idratazione/disidratazione della CO2 che avvengono in un organismo possono seguire due vie diverse: una via prevede l’azione della CA l’altra è la via senza la catalizzazione enzimatica. L'anidride carbonica è un sottoprodotto della degradazione degli zuccheri e dei grassi nelle cellule e deve essere eliminata dal nostro corpo. Di nuovo, il sangue funge da mezzo di trasporto. L'anidride carbonica diffonde fuori dalle cellule e viene trasportata dal sangue in tre modi diversi. Meno del 10% si scioglie nel plasma , circa il 20% si lega all'emoglobina, mentre la maggior parte (70%) viene trasformata in acido carbonico per essere trasportata ai polmoni. Un enzima presente nei globuli rossi del sangue, l'anidrasi carbonica, aiuta nella conversione dell'anidride carbonica ad acido carbonico e ioni bicarbonato. Quando i globuli rossi raggiungono i polmoni, lo stesso enzima aiuta a convertire di nuovo gli ioni bicarbonato in anidride carbonica che noi possiamo espirare. Queste reazioni possono avvenire anche senza enzima, ma l'anidrasi carbonica può aumentare la loro velocità fino ad un milione di volte. CO2 + H2O →H2CO3 H+ + HCO3-

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73 La dismutazione è un particolare tipo di reazione nella quale avvengono contemporaneamente due reazioni opposte, un'ossidazione e una riduzione, su due molecole uguali. L'enzima SOD prende due radicali superossido, strappa via l'elettrone in più dal primo e lo trasferisce al secondo. In questo modo una delle due molecole si ritrova con un elettrone in meno e quindi diventa ossigeno molecolare O2, l'altra si ritrova con un elettrone in più e, dopo aver legato due ioni H+, diventa acqua ossigenata H2O2.

74 Esistono molte forme comuni di SOD: sono proteine che possono avere cofattori metallici diversi, come rame e zinco, o manganese, ferro, o nichel.

75 Superossido Dismutasi (SOD)
La superossido dismutasi contiene zinco e richiede la presenza di selenio come coofattore. Questo enzima è in grado di trasformare lo ione superossido (O2*) in acqua ossigenata (H2O2)           SOD 2 O2* + 2H H2O2 + O2 Il potere di difesa del SOD è ridotto perchè l’H2O2 che si forma, se non prontamente bloccata, diffonde attraverso le membrane biologiche amplificando il ciò provvede la: Catalasi CAT La catalasi riduce l’acqua ossigenata ad acqua libera ed ossigeno.             2 H2O H2O + O2

76 L'azione dei metalli consiste nell'agire da tramite per il trasferimento elettronico da un anione superossido all'altro; in un primo momento l'enzima viene ridotto da O2– e, in una seconda fase funge da riducente trasferendo l'elettrone prima ricevuto ad un altro radicale O2– riproponendosi inalterato per successivi eventi reattivi:       Cu2+-SOD + O2–             Cu1+-SOD + O2       Cu1+-SOD + O2– + 2H+             Cu2+-SOD + H2O2

77 L'acqua ossigenata, che potrebbe anche essa produrre radicali liberi molto pericolosi, viene eliminata mediante altri enzimi (catalasi) che accelerano moltissimo il seguente processo di dismutazione:       H2O2   +   H2O2             2H2O   +   O2 La disproporzione dell'acqua ossigenata (ossigeno -1) consiste nella riduzione ad acqua (ossigeno -2) e nella ossidazione a diossigeno (ossigeno zero). Le catalasi sono enzimi che, come le SOD, agiscono intervenendo come tramite per il trasferimento elettronico tra due molecole di H2O2 e cioè agiscono da riducenti e, una volta ossidati, da ossidanti nei confronti di una seconda molecola.       H2O2   +   Fe(III)-E             H2O   +   O=Fe(IV)-E       H2O2   +   O=Fe(IV)-E             H2O   +   Fe(III)-E   +   O2

78 La maggior parte del ferro presente nel corpo è utilizzato per la formazione di emoglobina, metallo-proteina essenziale per il trasporto dell'ossigeno ai tessuti. Viene introdotto nell'organismo con gli alimenti sia animali che vegetali e la vitamina C, ne favorisce l'assorbimento. è costituente di molti metallo-enzimi e fra questi ricordiamo: la catalasi che ci protegge dal perossido di idrogeno (H202); le aldeidossidasi, necessarie alla ossidazione aerobica dei carboidrati; i citocromi, necessari al trasferimento degli elettroni nella già ricordata catena respiratoria.

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80 La famiglia del citocromo P450 è una superfamiglia enzimatica di emoproteine appartenente alla sottoclasse enzimatica delle ossidasi a funzione mista (o monoossigenasi). I citocromi P450 sono i maggiori attori coinvolti nella detossificazione dell'organismo, essendo in grado di agire su una gran numero di differenti substrati, sia esogeni (farmaci e tossine di origine esterna) che endogeni (prodotti di scarto dell'organismo). Spesso prendono parte a complessi con funzione di catena di trasporto di elettroni, noti come sistemi contenenti P450. legame del substrato al citocromo P450; riduzione dell’atomo di ferro del gruppo eme con elettroni forniti da NADH o NADP(H); legame dell'ossigeno molecolare al citocromo; trasferimento di un secondo elettrone; formazione di una molecola d'acqua;                                                                                           

81 Il substrato si lega al sito attivo dell'enzima, nelle vicinanza del gruppo eme
Il substrato legato induce un cambiamento nella conformazione del sito attivo, spesso eliminando una molecola d'acqua dalla posizione di coordinazione distale assiale del ferro

82 4 ferrosocitocromo c + O2 + 4 H+ → 4 ferricocitocromo c + 2 H2O.
La citocromo-c ossidasi (o complesso IV) è l'ultimo complesso enzimatico coinvolto nella catena di trasporto degli elettroni, di cui catalizza la seguente reazione. 4 ferrosocitocromo c + O2 + 4 H+ → 4 ferricocitocromo c + 2 H2O.

83 La seconda è che l'interazione con il DNA si fa più forte
I motivi zinc finger sono caratterizzati dalla presenza di un atomo di zinco o nel caso dei motivi zinc cluster da due. Le proteine che presentano questi motivi sono caratterizzati da un alfa elica che si inserisce nel solco maggiore del DNA prendendo interazione con le basi. Sulla faccia dell'elica si trovano residui di istidina che vanno ad interagire con l'atomo di zinco. L'interazione con l'atomo di zinco permette di mantenere saldamente posizionata l'elica all'interno del solco maggiore poiché lo zinco stesso interagisce con residui di cisteina posizionati sulla faccia di due foglietti beta antiparalleli. Molto spesso i motivi zinc finger possono essere collegati l'uno all'altro grazie ad interazioni testa coda, provocando due importanti reazioni: La prima è che in questo modo la quantità di DNA riconosciuto è maggiore La seconda è che l'interazione con il DNA si fa più forte

84 Le “dita con zinco” (zinc fingers) prendono il nome dalla
loro struttura, in cui un piccolo gruppo di amminoacidi conservati legano un atomo di zinco, formando un dominio indipendente nella proteina. Il consenso per un “dito” è: Cys-X3-Cys-X12-His-X3-His, in complesso 23 amminoacidi e sono chiamate “dita Cys2/His2”.