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Digestione, assorbimento emetabolismo

Biofisica e Fisiologia I

Corso di Laurea Magistrale in “Medicina e Chirurgia”

Biomol.

Biomol.

O2

O2+

CO2H2O Q+ +

ATP

ADP+Pi

Q

W

Sintesi

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EnergiaOrganismo

Lavoro esterno

+Calore

ATP

Gradienti

Depositi

Lavoro meccanico interno

Lavoro chimico

Termoregolazione

ENERGIA (ATP) per

gradiente elettrochimico (Na+/K+ ATPasi)processi biosintetici (es. sintesi proteica)trasporto transmembrana di molecole

trasduzione del segnalelavoro meccanico (respirazione, contrazione cardiaca, contrazione muscolare)

FONTI DI ENERGIA- carboidrati GLUCOSIO- trigliceridi ACIDI GRASSI- scheletro carbonioso degli amminoacidi

RESA ENERGETICA ~ 35 %

“SOTTOPRODOTTI” calore, CO2, H2O, NH3 ( urea)


ATP

27% Sintesi di proteine

24% Na+-K+ ATPasi

9% gluconeogenesi

6% Ca2+ATPasi

5% ATPasi miosinica

3% produzione di urea

Acc AccH2

SH2 S

H2O

½ O2

NAD

FAD

NADH + H+

FADH2

Red Ox

- 2 H

+ 2 H


Equivalenti di riduzione




Il trasporto di elettroni è accoppiato alla produzione di ATP (chemiosmosi)

Intermembranespace

Innermitochondrialmembrane

Mitochondrialmatrix

Proteincomplex

Electroncarrier

Electronflow

ELECTRON TRANSPORT CHAIN ATP SYNTHASE

H+


Componenti della DIETANUTRIENTI:glicidi, lipidi, proteine, vitamine, minerali

NUTRIENTI ESSENZIALIL’organismo è incapace di sintetizzarli e devono essere assunti con la dietaacidi grassi ω6 ed ω3, alcuni amminoacidi, minerali,quasi tutte le vitamine

DIETABIOSINTESIRISERVE

I nutrienti necessari per la produzione di energia possono derivare dalla


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

DIGESTIONE

BOCCA saliva: digestione amido (α-amilasi)

STOMACO digestione proteine (e trigliceridi)secrezione gastrica

- HCl - zimogeni ed enzimi (pepsinogeno)- fattore intrinseco (assorbimento vitamina B12)

INTESTINO TENUE digestione proteine, carboidrati, lipidibile

- funzione digestiva, HCO3-, sali biliari

-funzione escretoria (sostanze lipofile, quali pigmenti biliari, farmaci)

secrezione pancreatica: HCO3-, zimogeni ed enzimi



SECREZIONE SALIVARE

La salivasaliva è il primo succo digestivo che gli alimenti incontrano nell’apparato digerente; la sua azione èstrettamente correlata con la masticazione e la successiva deglutizione.

La secrezione salivare nell’uomo varia tra 800 e 1500 mL/giorno ed è prodotta dalle ghiandole salivari: parotidi, sottomascellari e sottolinguali, disposte bilateralmente.

Le cellule secernenti sono di tipo acinoso composto e la loro secrezione è di tipo sieroso(ptialina), per la digestione degli amidi, e di tipo mucoso (mucina) ad azione lubrificante e protettiva delle superfici epiteliali.

La saliva ha un pH compreso tra 6 e 7, cioè un intervallo di valori favorevole all’azione digestiva della ptialina.

La composizione media è per il 99,5% di acqua e solo lo 0,5% di sostanze disciolte(sostanze organiche, cloruri e bicarbonati di K+, Na+ e Ca2+).

OlfattoGustoVistaUdito

SNCNucleiSalivatoriBulbari

Pressionecavo orale

+

+

SonnoStanchezzaPaura

-

Gangliparasimpatici

ACh

Ghiandolesalivari


La saliva, in base alla sua composizione, svolge diverse funzioni:

1- Funzione idratanteFunzione idratante ed emollienteemolliente dei cibi, dovuta alla sua ricchezza in acqua, necessaria per la formazione del bolo e per la sua deglutizione;

2 – Funzione protettivaFunzione protettiva della mucosa orale e dei denti, dovuta alla presenza in essa di muco, sali minerali ed inoltre di ioni tiocianato. Va menzionata anche la presenza di anticorpi, capaci di distruggere i batteri nel cavo orale.

3 – Funzione digestivaFunzione digestiva per la presenza dell’enzima α-amilasi salivare (ptialina) ed enzimi proteolitici (tra cui il lisozimalisozima).

4- Funzione solventeFunzione solvente per le sostanze capaci di dare sensazioni gustative.


α-amilasi salivareα-amilasi pancreaticaEndoglicosidasi: idrolizzano il legame (α1 4)

80% amilopectina legame α1 4 e α1 6

20% amiloso legame α1 4

AMIDO

maltosio G–Gmaltotrioso G–G–G

POLISACCARIDI

Cellulosa: l’uomo non sintetizza enzimi in gradi di idrolizzare il legame Glc (β1 4) Glc

α destrinaG–G

G–G–G


DISACCARIDI (OLIGOSACCARIDI prodotti dalladigestione 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

α-glicosidasi

maltasi scinde legame Glc (α1 4) Glcsaccarasi scinde legame Glc (α1 2) Fruisomaltasi scinde legame Glc (α1 6) Glc

β-galattosidasilattasi scinde legame Gal (β1 4) Glc


SGLT

GLUT


GLUT proteine di trasporto di glucosio attraverso la membranaTrasporto bidirezionale, indipendente da ATP

finora identificate >12 isoforme (da geni diversi)

GLUT1 eritrocita, ubiquitario insulina indipendenteGLUT2 intestino, fegato, cellule β pancreas insulina indipendenteGLUT3 cervello, placenta insulina indipendenteGLUT4 muscolo, tessuto adiposo regolato dall’insulinaGLUT5 specifico per il fruttosio

Isoforme diverse per specificità di substrato e parametri cinetici

GLUT1 Km 3 mM trasporto basale nella maggior parte dei tessutiGLUT2 Km 17 mM bassa affinità mai saturo, flusso lineare con la

concentrazione di glucosionel pancreas: sensore livelli di glucosio ematico e secrezione insulina

GLUT3 Km 1,7 mM alta affinità, saturo anche a basse concentrazioni diglucosio

SCOPO : REGOLARE LA CAPTAZIONE DI GLUCOSIO DA PARTE DEI DIVERSI TESSUTI IN FUNZIONE DE LIVELLI EMATICI

1° livello di regolazione tramite le isoforme


MuscoloGLUT 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 regolazioneNel 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

Digestione delle

proteine

Enzimi digestivi secreti come zimogeni inattivi,

attivati tramite proteolisi nel lume intestinale


I. DIGESTIONE PROTEINE - STOMACO

pH acido: denatura le proteine alimentaripH acido: autoattivazione del

PEPSINOGENO PEPSINA + peptidiIl processo prosegue in modo autocatalitico

Pepsina: endopeptidasi poco specifica ma preferisce rompere il legame peptidico che coinvolge il gruppo

carbossilico di Tyr, Phe, Trp

proteine alimentari + pepsina grandi peptidi



K+/H+ATPase




STIMOLAZIONE ORMONALE E PARACRINA

E’ indotta da segnali nervosi, ma anche da riflessi enterici localiche determinano appunto la liberazione, da parte delle cellule della mucosa gastrica, di ormoni.

GASTRINAGASTRINA – prodotta dalle cellule endocrine (cellule G) delle ghiandole gastriche in risposta ad alimenti proteici; assorbita dal sangue, stimola le cellule oxintiche e quelle principalinell’aumentare la secrezione acida (anche di 8 volte).

ISTAMINAISTAMINA – amina biogena prodotta, in piccole quantità, dagli istaminociti, aumenta la secrezione acida delle cellule oxintiche.Da sola non ha un ruolo importante, ma in presenza di ACETILCOLINA e di GASTRINA l’azione dell’ISTAMINA èamplificata. Quindi si può parlare dell’ISTAMINA come di un cofattore necessario per promuovere una significativa secrezione di acido.

L’ISTAMINA si lega sui recettori H2 delle cellule oxintiche; farmaci antistaminici che bloccano i recettori H2 (cimetidina, ranidina) sono efficaci nel ridurre l’acidità gastrica.

STIMOLAZIONE NERVOSA

ACETILCOLINA(Azione stimolante)

NORADRENALINA(Azione inibente)


PIRENZEPINA

ANTAGONISTI H2

OMEPRAZOLO


Il succo pancreatico è un liquido incolore con un contenuto di H2Opari al 98-99% ed un pH tra 7,8 e 8, perché ricco di NaHCO3.Per il resto (0,7%) questo succo èformato da un complesso di proteine enzimatiche capaci di scindere i costituenti alimentari: proteine, carboidrati e grassi. La quantità di succo pancreatico varia da 500 a 2000 ml/24h.

SECREZIONE PANCREATICA

SECREZIONE PANCREATICA DI IONI BICARBONATOSECREZIONE PANCREATICA DI IONI BICARBONATO

Il ruolo principale di questo secreto alcalino è quello dineutralizzare il chimochimo fortemente acido riversato nel duodenoduodeno.


Le cellule endocrinecellule endocrine della mucosa duodenale producono due ormoni gastroenterici molto attivi, la secretinasecretina e la colecistochininacolecistochinina (CCK). Una volta prodotti, attraversano la mucosa duodenale e passano nel circolo sanguigno, per poi raggiungere il pancreas di cui ne stimolano la secrezione.

La secretinasecretina stimolastimola molto intensamente la secrezione secrezione pancreatica ed, pancreatica ed, in misura minorein misura minore,, anche quella biliareanche quella biliare ed intestinale. Inoltre, inibisce la secrezione acida delle ghiandole inibisce la secrezione acida delle ghiandole gastrichegastriche. Il secreto pancreatico evocato dalla secretina Il secreto pancreatico evocato dalla secretina èè ricco ricco di Hdi H22O e di HCOO e di HCO33

--, ma povero di enzimi., ma povero di enzimi. Lo stimolo più efficace per la liberazione diliberazione di secretinasecretina, dalle cellule endocrine della mucosa duodenale, è l’acidità del contenuto del duodeno (pH che scende sotto 4,5-5)

La colecistochininacolecistochinina (CCK) stimola la secrezione pancreaticastimola la secrezione pancreatica che risulta povera di acqua e bicarbonato e ricca di enzimiricca di enzimi(soprattutto (soprattutto tripsinogenotripsinogeno)). La liberazione della CCK evocata dalla presenza, nel duodeno, di prodotti della digestione proteica (peptoni e polipeptidi).

AZIONE ORMONALE SULLA REGOLAZIONE AZIONE ORMONALE SULLA REGOLAZIONE DELLA SECREZIONE GASTRICA E PANCREATICADELLA SECREZIONE GASTRICA E PANCREATICA


Digestione delle proteine – intestino tenue


ENZIMI PANCREATICIZimogeni secreti dal pancreas esocrino

Enterochinasi: legata alla membrana apicale degli enterociti

EndopeptidasiTRIPSINOGENO + enterochinasi TRIPSINA + esapeptidi

CHIMOTRIPSINOGENO + tripsina CHIMOTRIPSINA +2 dipeptidiPROELASTASI + tripsina ELASTASI

TRIPSINA - scinde su lato carbossilico di a.a. basici (Arg, Lys)CHIMOTRIPSINA - scinde su lato carbossilico di a.a. idrofobici

(Phe, Tyr, Trp)ELASTASI - scinde su lato carbossilico di aa neutri (Gly, Ala, Val)

Esopeptidasi (rilasciano a.a. liberi e oligopeptidi di 2-8 residui)PROCARBOSSIPEPTIDASI A e B + tripsina CARBOSSIPEPTIDASI

CARBOSSIPEPTIDASI A - a.a. aromaticiCARBOSSIPEPTIDASI B - a.a basici (Lys, Arg)

Digestione delle proteine – mucosa intestinaleEnzimi ancorati alla membrana dell’enterocita:

- AMINOPEPTIDASI- DIPEPTIDASI

- PRODOTTI DELLA DIGESTIONE: AMMINOACIDI LIBERI, DI- e TRiPEPTIDI


Assorbimento di amminoacidi, di- e tri-peptidi

I peptidi possono entrare nell’enterocita dove sono scissi da amminopeptidasi citosoliche.

ASSORBIMENTO:tramite numerosi trasportatori specifici per classi di

a.a. (neutri, basici,..), in genere cotrasportati con Na+ o H+

ENTEROCITI metabolizzano glutammina (loro principale fonte energetica), Glu, Asp, Arg per risparmiare glucosio ed acidi grassi per gli altri tessuti

Il trasporto dei dipeptidi/tripeptidi è accoppiato a quello dei H+ nell’intestino (PepT1) e nel rene (PepT2)

sangue Lume

H+

Na+ATP

Na+

K+

peptidi

H+

Dipeptidi-tripeptidi

aminoacidi

H+

H+


SECREZIONE BILIARESECREZIONE BILIARE

La BILEBILE è prodotta dall’attivitàesocrina delle cellule del fegato ed ammonta a circa 1000 mL/giorno. La bile contiene acidi biliari che facilitano l’emulsione delle grandi particelle di grasso del chimo in piccole particelle che possono essere meglio attaccate dall’azione delle lipasi pancreatiche. Inoltre, facilitano il trasporto e l’assorbimento dei prodotti terminali della digestione dei grassi.






BILANCIO IDRICO GIORNALIERO DI UN ADULTOAPPORTO H2O

BILANCIO IDRICO GIORNALIERO DI UN ADULTO

ELIMINAZIONE H2O



Metabolismo(insieme delle reazioni chimiche)

Estrazione energiadai nutrienti

Utilizzazione energiaper compiere lavorochimico e meccanico

Accumulo energiaper disponibilità

future

Energia in entrata

Energia in uscita



MUSCOLO SCHELETRICOLe fibre striate assumono glucosio ed amminoacidi per le necessità energetiche. Convertono il glucosio in glicogeno e gli A.A. in proteine

FEGATOLe cellule epatiche assumono glucosio ed amminoacidi. Convertono il glucosio in glicogeno e possono sintetizzare proteine. Gli AA sono prevalentemente trasformati in chetoacidi alcuni dei quali sono intermedi della glicolisi o del ciclo di Krebs. La maggior parte dei chetoacidi è trasformata in acidi grassi e, quindi, in trigliceridi. I trigliceridi lasciano il fegato e sono immessi in circolo come VLDL La lpl presente sulle membrane cellulari degli adipociti idrolizza i TG in FFA e glicerolo. Questi sono internalizzati e utilizzati per formare trigligeridi.

FASE DI ASSORBIMENTO

Adulto, 75 kg, massa muscolare 28 kg

ATP : 4 kJ

CP : 15 kJ

Glicogeno: 4600 kJ

Lipidi : 300000 kJ

DISPONIBILITA’ DI ENERGIA


Glicogeno Trigliceridi Proteine(mobilizzate)

MuscoloScheletrico

71% ≤ 1% 98%

Fegato 24% ≤ 1% 2%

TessutoAdiposo

5% 99% ≤ 1%

Encefalo ≤ 1% 0 0

RISERVE ENERGETCHE IN UN ADULTO DI 70 kg





L’insulina segnala che la concentrazione di glucosio è piùalta del normale

(iperglicemia)

Il glucosio in eccesso viene assorbito dal

sangue e convertito in glicogeno e trigliceridi

Il glucagone segnala che la concentrazione di glucosio è più

bassa del normale

(ipoglicemia)

Demolizione del glicogeno,

stimolazione della

gluconeogenesi e della

degradazione dei grassi



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