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�� Le vitamine sono sostanze organiche Le vitamine sono sostanze organiche
essenziali, molte di queste infatti non possono essenziali, molte di queste infatti non possono
essere sintetizzate dallessere sintetizzate dall’’organismoorganismo
�� Sono precursori di molti coenzimi Sono precursori di molti coenzimi
�� Il fabbisogno di queste sostanze dipende Il fabbisogno di queste sostanze dipende
dalla vitamina ed dalla vitamina ed èè influenzato da etinfluenzato da etàà, sesso, , sesso,
condizioni fisiologiche:condizioni fisiologiche:
�� allattamentoallattamento
�� gravidanzagravidanza
��attivitattivitàà fisica ed alimentazione fisica ed alimentazione
con un’alimentazione equilibrata, il fabbisogno
giornaliero di vitamine è coperto;
ll’’alimentazione sbagliata (ad esempio poco alimentazione sbagliata (ad esempio poco
variata) o anche disturbi nellvariata) o anche disturbi nell’’assorbimento assorbimento
possono portare ad un apporto insufficiente di possono portare ad un apporto insufficiente di
vitamine, la conseguenza vitamine, la conseguenza èè ll’’ipovitaminosiipovitaminosi che, che,
in casi estremi sfocia nellin casi estremi sfocia nell’’avitaminosiavitaminosi
il sovradosaggio di vitamine porta, solo nel caso delle
vitamine A e D, ad ipervitaminosi con sintomi di
intossicazioni
Le vitamine vengono classificate, in base alla loro Le vitamine vengono classificate, in base alla loro
solubilitsolubilitàà, in vitamine, in vitamine liposolubililiposolubili e vitaminee vitamine
idrosolubiliidrosolubili
•• vitamine liposolubili: dal punto di vista chimico vitamine liposolubili: dal punto di vista chimico
appartengono agli appartengono agli isoprenoidiisoprenoidi, tra queste ricordiamo , tra queste ricordiamo
le vitamine le vitamine A, D, E , K ed FA, D, E , K ed F
•• vitamine idrosolubili: classe variegata di vitamine vitamine idrosolubili: classe variegata di vitamine
formata da diversi tipi di molecole dal punto di vista formata da diversi tipi di molecole dal punto di vista
chimico: chimico: BB11, B, B22 (riboflavina, (riboflavina, nicotinatonicotinato, ,
pantonenatopantonenato), ), BB6 6 , B, B12 12 , C ed H, C ed H
Vitamine solubili in acquaVitamine solubili in acqua
Vitamine solubili in acquaVitamine solubili in acqua
Vitamine solubili in acquaVitamine solubili in acqua
Le vitamine precursori di coenzimiLe vitamine precursori di coenzimi
Vitamina B1La vitaminaLa vitamina BB11, o, o tiamina, , èè formata da 2 sistemi formata da 2 sistemi
cicliciciclici
unun anello pirimidinicoanello pirimidinico
un un anello anello tiazolicotiazolico..
N
N
N+
S
CH3
OHNH
2CH3
Vitamina B1La forma attiva della vitamina BLa forma attiva della vitamina B1 1 èè la la tiaminatiamina
pirofosfatopirofosfato (TPP)(TPP)
Partecipa come Partecipa come coenzimacoenzima di di trasferimento di trasferimento di
gruppi aldeidici attivi gruppi aldeidici attivi
per esempioper esempio
nella decarbossilazione ossidativa di nella decarbossilazione ossidativa di αααααααα--chetoacidichetoacidi
nelle reazioni di nelle reazioni di transchetolasitranschetolasi nella via nella via
delldell’’esosomonofosfatoesosomonofosfato..
• La transchetolasi trasferisce una unituna unitàà bicarboniosabicarboniosa al sito dell’anello tiazolico del coenzima, la tiamina pirofosfato
• l’atomo di carbonio C-2 del TPP legato si ionizza facilmente per dare un carbanione
• Il risultante composto di addizione rilascia ilprodotto aldosico e si forma una unità di gliceraldeide attivata
Vitamina B1Una mancanza di questa vitamina causa ilUna mancanza di questa vitamina causa il beriberiberiberi
i cui sintomi sono i cui sintomi sono
disturbi neurologici disturbi neurologici
insufficienza cardiaca insufficienza cardiaca
atrofia muscolareatrofia muscolare
Vitamina B2
La vitamina BLa vitamina B22, , èè un complesso di varie un complesso di varie
vitamine: vitamine:
1.1. RiboflavinaRiboflavina
2.2. FolatoFolato
3.3. NicotinatoNicotinato
4.4. PantotenatoPantotenato
N
N
N
NO
O
CH3
CH3
CH2
CH2OH
OHH
H
H O H
OH
Vitamina B2
1.1. RiboflavinaRiboflavina
èè un componente dei gruppi prostetici un componente dei gruppi prostetici
flavina flavina mononucleotidemononucleotide ((FMNFMN) e flavina ) e flavina
adenina adenina dinucleotidedinucleotide ((FADFAD). ).
FMN e FADFMN e FAD sono legati sono legati covalentementecovalentemente a a
varie varie ossidoreduttasiossidoreduttasi e servono al e servono al
trasferimento di elettroni e atomi di trasferimento di elettroni e atomi di
idrogeno. idrogeno.
Avitaminosi specifiche non sono noteAvitaminosi specifiche non sono note
2. Folato
(pteridina)
è composto da 3 parti:
�anello pteridinico
� gruppo dell’acido para-ammino benzoico
� un residuo di glutammato
Dopo riduzione a tetraidrofolato viene
utilizzato come coenzima nel trasferimento di
unità C1.
N
N N
N
NH
N
O
COO-
CH2
CH2
COO-
OH
NH2
H
H
Vitamina B2
La mancanza di folato, che è abbastanza
frequente, causa
modificazioni nel quadro ematologico con:
aumentata presenza di precursori anomali di
megalociti (anemia megaloblastica), in
quanto la sintesi degli acidi nucleici è
alterata.
In stadi avanzati della malattia si hanno
ulteriori danni generali, in quanto anche la
sintesi dei fosfolipidi e il metabolismo degli
aminoacidi subiscono modificazioni
Vitamina B2
3. Nicotinato e nicotinammide: denominati anche niacina
sono necessari per la biosintesi dei 2 coenzimi:
nicotinammide adenina dinucleotide (NAD+)
nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADP+),
Hanno la funzione di trasferire elettroni e atomi di
idrogeno (ioni idruro o equivalenti riducenti).
N
COO-
N
NH2
O
Vitamina B2
Gli animali sono in grado di trasformare il Gli animali sono in grado di trasformare il
triptofanotriptofano in in nicotinatonicotinato, anche se con una , anche se con una
resa bassa. resa bassa.
Per questo motivo si riscontra avitaminosi Per questo motivo si riscontra avitaminosi
solo quando nellsolo quando nell’’alimentazione mancano alimentazione mancano
contemporaneamente: contemporaneamente:
nicotinatonicotinato/nicotinammide e /nicotinammide e triptofanotriptofano
LL’’avitaminosi si manifesta con disturbi della avitaminosi si manifesta con disturbi della
pellepelle pellagra) conpellagra) con
disturbi della digestione disturbi della digestione
depressionedepressione
Vitamina B2
Acido pantotenico
è l’ammide acida di ββββ-alanina e 2,4 diidrossi-3,3-
dimetilbutirrato (pantoinato).
Questa vitamina serve per la biosintesi del coenzima A
(CoA)
Partecipa al metabolismo di molti acidi carbossilici
La proteina trasportatrice di acili (ACP) contiene
pantotenato nel suo gruppo prostetico
A causa dell’ampia diffusione del pantotenato negli
alimenti, le ipovitaminosi sono rare
NH
OH OH
CH3
CH3O
COO-
Vitamina B2
N
N
N+
S
CH3
OHNH
2CH3
N
N
N
NO
O
CH3
CH3
CH2
CH2OH
OHH
H
H OH
OH
N
N N
N
NH
N
O
COO-
CH2
CH2
COO-
OH
NH2
H
H
N
COO-
N
NH2
O
NH
OH OH
CH3
CH3O
COO-
BB11
BB22
PteridinaPteridina
PantotenatoPantotenato
Nicotina, Nicotina,
NicotinammideNicotinammide
Vitamina B6
La vitamina B6, è costituita da un gruppo di
3 piridine sostituite:
il piridossale
il piridossolo
la piridossamina
N
CH2OHOH
CH3
O H
Vitamina B6
La forma attiva della vitamina B6, il
piridossalfosfato,
coenzima importante nel metabolismo degli
aminoacidi.
Anche la glicogeno fosforilasi, l’enzima della
degradazione del glicogeno, contiene
piridossalfosfato.
L’avitaminosi è rara
Vitamina B12Detta anche cobalamina, è un sistema ciclico
complesso (corrina) contenente cobalto come
atomo centrale.
La vitamina viene sintetizzata esclusivamente dai
microrganismi
Si trova prevalentemente nel fegato ed anche nella
carne, nelle uova e nel latte; non è invece presente
nei prodotti di origine vegetale
Vitamina B12
La vitamina viene assorbita solo se la
mucosa gastrica secerne il cosiddetto fattore
intriseco, una glicoproteina capace di legare
la vitamina e la protegge così dalla
degradazione.
Anche nel sangue la vitamina è legata ad una
proteina specifica, la transcobalamina. Il
fegato può immagazzinare la vit. B12.
La cobalamina partecipa al
metabolismo dando reazioni di
trasposizione
Agisce come coenzima nella
trasformazione di
metilmalonil-CoA in succinil-
CoA
Nella formazione di metionina
ad omocisteina.
I derivati della cobalamina
partecipano anche nella
riduzione di ribonucleotidi a
deossiribonucleotidi.
Avitaminosi o disturbi sono di
solito causati dalla mancanza
del fattore intrinseco e portano
all’anemia perniciosa
Vitamina C
La vitamina C è l’acido ascorbico.
Solo gli esseri umani, le scimmie e i porcellini
d’India hanno bisogno di questa vitamina
perché manca loro la l-gluconolattone ossidasi
L’enzima che catalizza l’ultima reazione della
trasformazione del glucosio in ascorbato
La vitamina C si trova in particolare nella
frutta e nella verdura fresca; a molte bevande
rinfrescanti e alimenti viene aggiunto acido
ascorbico sintetico.
La bollitura distrugge lentamente la vitamina.
Nell’organismo serve come riducente in varie reazioni, tra
cui :
la sintesi del collageno
la degradazione della tirosina
la sintesi delle catecolamine
la biosintesi degli acidi biliari
Il fabbisogno giornaliero di vitamina C è di 60 mg ed è
quindi relativamente alto per una vitamina.
L’ipovitaminosi C non è rara, si manifesta dopo alcuni
mesi sotto forma di scorbuto, malattia caratterizzata da
danni del tessuto connettivo, emorragie e perdita di denti
O
CH2OH
HOH
OH
OH O
Vitamina H
La vitamina H, o biotina, si trova nel fegato,
nel tuorlo d’uovo ed in altri alimenti e viene
anche sintetizzata dalla flora intestinale.
Nell’organismo la biotina è legata
covalentemente, attraverso una catena
laterale della lisina, ad enzimi che
catalizzano reazioni di carbossilazione, ad
esempio la piruvato carbossilasi.
S
NHNH
COO-
O
Vitamina H
La biotina viene legata con alta specificità
dall’avidina, una proteina che si trova nel
bianco d’uovo.
La bollitura denatura l’avidina, quindi solo
il consumo di albume crudo porta alla
mancanza della vitamina.
S
NHNH
COO-
O
O
CH2OH
HOH
OH
OH O
N
CH2OHOH
CH3
O H
BB66
BB1212
CC
HH
CoenzimiiIn molte reazioni catalizzate da enzimi vengono In molte reazioni catalizzate da enzimi vengono trasferititrasferiti elettroni o gruppi di atomi da un substratoda un substratodonatore ad un accettore.
A queste reazioni partecipano sempre altre molecole che legano temporaneamente il gruppo da trasferire. Queste molecole di assistenza vengono dette coenzimi
Sulla base dell'interazione con l'enzima, questi Sulla base dell'interazione con l'enzima, questi composti possono essere suddivisi incomposti possono essere suddivisi in::
(1) coenzimi solubili
(2) gruppi prostetici
(3) Coenzimi redox
(1)(1) I coenzimi solubiliI coenzimi solubili durante il ciclo catalitico, si legano all'enzima come substrati, vengono modificati chimicamente e poi rilasciati nella soluzione.
La forma iniziale del coenzima viene rigenerata
attraverso una seconda reazione indipendente.
(2) I coenzimi saldamente legati ad un enzima non si dissociano alla fine del ciclo catalitico e vengono chiamatigruppi prostetici
Il gruppo legato dal coenzima viene poi trasferito ad un substrato accettore dello stesso enzima.
(3) Coenzimi redox
Tutte le Tutte le ossidoreduttasiossidoreduttasi utilizzano utilizzano coenzimi. coenzimi.
Nelle Nelle reazioni reazioni redoxredox, insieme agli , insieme agli elettronielettroni, vengono trasferiti da una , vengono trasferiti da una molecola ad un'altra anche uno o due molecola ad un'altra anche uno o due protoni.protoni.
Per questo motivo si dice che vengono Per questo motivo si dice che vengono trasferiti trasferiti equivalenti riducenti.equivalenti riducenti.
I nucleotidi piridinici NAD+ e NADP+ (1) sono i coenzimi di molte deidrogenasi. Essi trasportano ioni idruro (2e- e 1H+) e agiscono sempre in forma solubile.
NAD+ trasporta equivalenti riducenti dalle vie cataboliche alla catena respiratoria e serve per il metabolismo energetico.
NADP+ invece raccoglie elettroni da utilizzare nelle più importanti biosintesi
Questi nucleotidi
contengono
adenosina legata
ad un nucleotide
nicotinamidico. Il
NADP+ contiene
un ulteriore
gruppo fosforico
sull’ossidrile in
posizione 2’
dell’adenosina
I I coenzimi coenzimi flaviniciflavinici FMN e FADFMN e FAD (2)(2) sono per lo sono per lo pipiùù saldamente legati ad enzimi. saldamente legati ad enzimi.
IlIl gruppo gruppo redoxredox attivoattivo deidei due coenzimi due coenzimi èècostituito dallacostituito dalla flavinaflavina ((isoallossazinaisoallossazina), ), un un sistema a tre anelli che può assumere nella sistema a tre anelli che può assumere nella forma ridotta due forma ridotta due eletttonieletttoni e due protonie due protoni. .
FMN FMN contiene il contiene il ribitolo un un polialcol a polialcol a cinque cinque atomi di carbonio in forma fosforilata;atomi di carbonio in forma fosforilata;
FAD si forma dall'FMN mediante legame con l'AMP.
I due coenzimi sono funzionalmente paragonabili e
sono utilizzati dalle
deidrogenasi
ossidasi
monoossigenasi
Flavina adenina dinucleotide (FAD). L’adenosina è
legata alla riboflaviva mediante due gruppi fosforici.
(3) Nell'acido (3) Nell'acido lipoicolipoico il centro il centro redoxredox attivo attivo èèrappresentato da unrappresentato da un ponte disolfuro ponte disolfuro intramolecolare.intramolecolare.
L'acido L'acido lipoicolipoico attivo attivo èè legato legato covalentementecovalentementead un residuo diad un residuo di lisinalisina (R') dell'enzima e (R') dell'enzima e partecipa soprattutto allapartecipa soprattutto alla decarbossilazione decarbossilazione ossidativa di 2ossidativa di 2--chetoacidichetoacidi..
LaLa funzione dell'funzione dell'ubichinoneubichinone o coenzima Qo coenzima Q èèquella diquella di trasportatore mobile di elettronitrasportatore mobile di elettroni e e protoni nellprotoni nell’’ambito della catena respiratoria.ambito della catena respiratoria.
Con la riduzione, ilCon la riduzione, il chinonechinone si trasforma nella si trasforma nella formaforma aromatica di aromatica di idrochinone.idrochinone.
Emogruppi che svolgono la funzione di cofattori che svolgono la funzione di cofattori redoxredox sono presenti nellasono presenti nellacatena respiratoriacatena respiratoriafotosintesi fotosintesi monoossigenasimonoossigenasiperossidasiperossidasi. .
A differenza di quanto accade nell'emoglobina, in A differenza di quanto accade nell'emoglobina, in questi casi lo ione ferro cambia valenza.questi casi lo ione ferro cambia valenza.
Coenzimi per il trasferimento di gruppi
I nucleosidi fosfatoI nucleosidi fosfato non sono solo inon sono solo i precursori precursori della biosintesi degli acidi nucleicidella biosintesi degli acidi nucleici,, ma possiedono ma possiedono anche funzionianche funzioni coenzimatichecoenzimatiche
Essi servono per laEssi servono per la conservazione dell'energiaconservazione dell'energia e e rendono possibili processirendono possibili processi endoergoniciendoergonici, mediante , mediante accoppiamento energeticoaccoppiamento energetico (CTP, GTP,UTP)(CTP, GTP,UTP)
I metaboliti vengono spesso resi piùreattivi (attivatti) mediante il trasferimento nella loro molecola di residui fosfatidici (fosforilazione).
Il legame di zuccheri a nucleosidi difosfato genera molecole reattive che si comportano da precursori nella sintesi deipolisaccaridi e dei lipidi.
L’energia presente nei nucleosidi trifosfatoviene utilizzata nelle reazioni di formazione di legami chimici catalizzate dalle ligasi.
I residui acilici vengono attivati mediante il legame al coenzima A
In questo composto, la In questo composto, la pantoteinapantoteina èè legata al legata al 3'3'--fosfofosfo--ADPADP mediante un legame estere. mediante un legame estere.
La La pantoteinapantoteina èè formata da tre componenti formata da tre componenti uniti da legami ammidici:uniti da legami ammidici:
1.1. una vitaminauna vitamina
2.2. la la ββββββββ--alaninaalanina che si forma dalla che si forma dalla decarbossilazione dell'decarbossilazione dell'aspartatoaspartato
3.3. lala cisteamminacisteammina,, un'ammina che trae origine un'ammina che trae origine dalla decarbossilazione della cisteina. dalla decarbossilazione della cisteina.
Mediante la reazione del gruppo tiolicodel residuo cisteamminico con un gruppo carbossilico si forma un tioestere, per esempio l'acetil-CoA.
Questa reazione è fortemente endoergonica e di conseguenza accoppiata a processi esoergonici.
I I tioesteritioesteri rappresentano la forma attivata rappresentano la forma attivata degli acidi organici, quando i residui degli acidi organici, quando i residui aciliciacilicidevono essere trasferiti da una molecola ad devono essere trasferiti da una molecola ad un'altra.un'altra.
Nel metabolismo, questo processo viene Nel metabolismo, questo processo viene utilizzato frequentemente.utilizzato frequentemente.
Questo Questo derivatoderivatodelldell’’adenosinaadenosinatrasporta trasporta gruppi gruppi aciliciaciliciuniti in modo uniti in modo covalente covalente mediante mediante legami legami tioesteritioesteri al al suo gruppo suo gruppo sulfidrilicosulfidrilico..
CoACoA
La tiamina pirofosfatoèè in grado diin grado di attivareattivare aldeidi o chetonialdeidi o chetoni sotto sotto forma di forma di gruppi gruppi idrossialchiliciidrossialchilici e di donarli poi e di donarli poi ad altre molecole.ad altre molecole.
�� Questo tipo di trasferimento di gruppi Questo tipo di trasferimento di gruppi èèimportante per esempio nella reazione dellaimportante per esempio nella reazione dellatranschetolasitranschetolasi..
�Residui idrossi-alchilici si formano anche nella decarbossilazione deichetoacidi.
� Essi vengono liberati sotto forma di aldeidi o trasferiti al gruppo prostetico lipoammide, come nel caso delle 2-chetoacido deidrogenasi
Il Il piridossalfosfatopiridossalfosfato
EE’’ il coenzima piil coenzima piùù importante nel metabolismo importante nel metabolismo degli amminoacidi.degli amminoacidi.
Il Il piridossalfosfatopiridossalfosfato partecipa anche ad altre partecipa anche ad altre reazioni in cui sono coinvolti glireazioni in cui sono coinvolti gli amminoacidiamminoacidi, , come le lorocome le loro decarbossilazioni decarbossilazioni o o deidratazionideidratazioni..
�La forma aldeidica del piridossalfosfato non esiste in forma lineare.
�In assenza di substrati il gruppo aldeidico è legato, con formazione dialdimmina (base di Schiff protonata), al gruppo εεεε-amminico di un residuo di lisina dell'enzima.
Le carbossilasiLe carbossilasiHanno come enzima la biotina unita all'enzima con un Hanno come enzima la biotina unita all'enzima con un legame ammidico tra il gruppolegame ammidico tra il gruppo carbossilicocarbossilico della sua della sua catena laterale ed uncatena laterale ed un residuo di lisina dell'enzima. residuo di lisina dell'enzima.
LaLa biotinabiotina reagisce con il bicarbonatoreagisce con il bicarbonato (HCO(HCO33--)) per per
formareformare NN--carbossibiotinacarbossibiotina. .
La reazione richiedeLa reazione richiede ATPATP..
QuestaQuesta forma attivata dell'anidride carbonicaforma attivata dell'anidride carbonica può può essere trasferita ad altre molecole. essere trasferita ad altre molecole.
La sintesi diLa sintesi di malonilmalonil--CoACoA dall'dall'acetilacetil--CoACoA
oppureoppure
la formazione di ossalacetato dal piruvato
sono esempi di reazioni dipendenti dalla biotina
Il tetraidrofolato ((THFTHF))
è un coenzima che può trasferire unitàmonocarboniose a vari livelli di ossidazione.
Il THF deriva dalla vitamina acido folico, mediante duplice idratazione dell'anello pterinico.
Le unitLe unitàà monocarboniosemonocarboniose possono essere possono essere legate agli atomi dilegate agli atomi di azoto Nazoto N--55 oo NN--1O1O o, o, in alcuni casi, adin alcuni casi, ad entrambi.entrambi.
I derivati piI derivati piùù importanti del THF sono:importanti del THF sono:
a.a.NN1010--formilformil--THFTHF, , in cui l'unitin cui l'unitààmonocarboniosamonocarboniosa ha lo stato di ossidazione ha lo stato di ossidazione di undi un gruppogruppo carbossilico;carbossilico;
b.b.NN55,N,N1010--metilenemetilene--TFHTFH in cui l'unitin cui l'unitààmonocarboniosa ha lo stato di ossidazione monocarboniosa ha lo stato di ossidazione di undi un gruppo aldeidico;gruppo aldeidico;
c.c. N5N5--metilemetile--THFTHF in cui l'unitin cui l'unitààmonocarboniosamonocarboniosa ha lo stato di ossidazione di ha lo stato di ossidazione di unun gruppo alcolicogruppo alcolico..
Le unitLe unitàà monocarboniosemonocarboniose che vengono che vengono trasferite dal THF servono nelle sintesitrasferite dal THF servono nelle sintesi
�� di di nucleotidi purinicinucleotidi purinici
�� del del dTMPdTMP
�� delladella metioninametionina..
