7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
1/14
APPUNTI DI BIOCHIMICA PER CORSO AGGIORNAMENTO
EDUCATORI PROFESSIONALI
Prof.ssa Elena Zocchi
Gli enzimi
Un enzima un catalizzatore (acceleratore) di reazioni biologiche. Lenzima accelera il
raggiungiment !ell"e#uili$ri* di una reazione chimica (spontanea) senza spostarlo. !uindi
accelera (da "#$ a "#"%&olte) della stessa entit' sia la reazione in un senso che uella in senso
opposto
+ , - +
/utti gli enzimi sono proteine (alcuni 01 hanno atti&it' catalitica).
*Leuilibrio di reazione raggiunto uando le concentrazioni relati&e di reagenti e prodotti non
cambiano pi2 nel tempo.
3olti enzimi richiedono c%attri per funzionare ad es. ini metallici o cenzimi. 4e legati
co&alentemente i cofattori sono detti gru&&i &r'tetici./utti i coenzimi (molecole non proteiche necessarie alla funzione dellenzima) contengono nella
loro molecola una parte &itaminica il nostro organismo non in grado di sintetizzare le (itamine5
che de&ono essere assunte con lalimentazione. Una &olta assorbite5 le nostre cellule sono in grado
di trasformarle nei corrispondenti coenzimi. ata la fondamentale importanza degli enzimi nel
consentire il metabolismo si capisce perch6 la carenza di &itamine coenzimatiche (le &itamine
idrosolubili) causi gra&i patologie (&edi tabella).
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
2/14
78/381 -9E1Z83 E1Z83:;U1Z891E 481/938
E;8-8/
0 (mg)
/iamina (,") /PP Piru&ato deidrogenasi e
deidrogenasi
(ciclo di #.%
c. nicotinico
(PP)
1+ eidrogenasi
(trasf. elettroni)
Pellagra dermatite
fotoreatti&a5
diarrea5
demenza
"D>"
0ibofla&ina
(,A)
; eidrogenasi
(trasf. elettroni)
-heilite5 dermatite5
glossite
".A>".$
Meccani'mi !i reglazine !ell"atti(it) enzimatica*
=li enzimi sono i semafori che regolano il traffico di
metaboliti lungo le &ie metaboliche. Latti&it' degli
enzimi de&e essere regolata5 in modo da rispondere alle
di&erse esigenze metaboliche (per es. stato alimentato>
digiuno). 8 meccanismi di regolazione dellatti&it'
enzimatica sono
0egolazione co&alente. 8l legame co&alente tra enzima e
regolatore (tipicamente un fosfato donato dall/P)
modifica (stimola o inibisce) latti&it' enzimatica. 8l
fosfato trasferito dall/P sullenzima ad opera di un
altro enzima (cinasi5 classe transferasi). Lidrolisi del
legame enzima>fosfato a&&iene ad opera di una fosfatasi
(classe idrolasi)5 che ripristina latti&it' enzimatica nati&a.
-inasi e fosfatasi sono controllate da ormoni ilglucagone stimola le cinasi e linsulina stimola le
fosfatasi (&edi schema)
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
3/14
0egolazione allosterica. 8l regolatore (atti&atore o inibitore)5 di solito un metabolita oppure /P o
3P5 si lega allenzima con legami deboli5 non co&alenti (ponti B5 legami ionici) e modifica
latti&it' enzimatica.
0egolazione ormonale. =li ormoni possono modificare latti&it' degli enzimi sia attra&erso
meccanismi di regolazione co&alente (regolando latti&it' di cinasi o fosfatasi che controllanolo stato di fosforilazione deglienzimi)5 che modificando la &elocit' di trascrizione dei geni checodificano per alcuni enzimi (induzione o repressione enzimatica).
Pr!uzine !i energia meta$lica
8l meccanismo generale di produzione di la&oro dallenergia deri&ante da un flusso elettronico
simile per un motore elettrico e per il nostro organismo.
+, Cata$li'm e ana$li'm*
8l metabolismo linsieme delle reazioni chimiche che si s&olgono nellorganismo. 4i di&ide in
cata$li'm (reazioni di demolizione5 producono energia) e ana$li'm (reazioni di sintesi5
consumano energia). Lenergia prodotta o consumata sotto forma di coenzimi ridotti (1B51PB e ;BA) e /P.
-, Mlecle energetic.e nella cellula*
LATP(adenosine triphosphate) la moneta corrente per tutte le atti&it' cellulari che producono o
consumano energia /P &iene prodotto nel catabolismo ossidati&o e /P &iene speso nelle reazioni
biosintetiche o nelle atti&it' cellulari (trasporto di metaboliti e ioni attra&erso la membrana5
contrazione muscolare5 produzione di calore).L/P energia FprontaG per tutte le esigenze energetiche della cellula.
8 cenzimi ri!tti1B e ;BAche si producono nelle reazioni di ossidazione dei substrati
catalizzate dalle ossidoreduttasi sono energia FpotenzialeG5 che sar' trasformata in /P nella catena
respiratoria mitocondriale (D /P:1B e A /P:;BA).
8l coenzima ridotto 1PB in&ece utilizzato come potere riducente nelle biosintesi e 191 per la
produzione di /P nella catena respiratoria.
/, Strategie &er la &r!uzine !i ATP nelle cellule*
-i sono due modi per produrre /P attra&erso reazioni del catabolismo ossidati&o
") 0eazioni di fosforilazione a li&ello del substrato.
8n ueste reazioni5 catalizzate da cinasi5 un intermedio metabolico fosforilato cede il fosfato
allP con formazione di /P secondo lo schema generale
ttra&erso le reazioni del catabolismo si
produce energia5 sotto forma di /P e
coenzimi ridotti (1B5 1PB e
;BA)5 che &iene utilizzata nelle reazioni di
biosintesi5 per sintetizzare molecole
complesse a partire da precursori semplici.
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
4/14
HP + PH + /P
Es. "5D bisfosfoglicerato e fosfoenolpiru&ato nella glicli'iC creatina fosfato (Friser&a di /PG nel
muscolo). 8l potenziale di trasferimento del fosfato di uesti composti fosforilati maggiore di
uello dell/P.
A) La fosforilazione ossidati&a.
1el processo della fosforilazione ossidati&a (che a&&iene nei mitocondri) lenergia FpotenzialeG deicoenzimi ridotti (1B e ;BA) trasformata nellenergia FprontaG dell/P attra&erso un
complesso meccanismo. 8 coenzimi ridotti sono stati prodotti in reazioni di ossidazione dei substrati
(glucoso5 fruttoso5 acidi grassi) nelle &arie &ie metaboliche del catabolismo (glicolisi5 ciclo di
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
5/14
Glicli'i anaer$ia riduzione del piru&ato a lattato per rigenerare il 1 (ossidato) che ser&e
nella glicolisiC uando non ci sono mitocondri oppure lapporto di ossigeno insufficiente.
Glucnegene'i sintesi di glucosio da precursori non glucidici con consumo di /P e 1B
Decar$''ilazine ''i!ati(a !el &iru(atad acetato (acetil coenzima 5 acetil -o) consente
lingresso del piru&ato nel ciclo di @>fosfato5 prodotto dalla demolizione del glicogeno5 a glucoso. 8l
glucosio libero puI uscire dalle cellule epatiche e raggiungere il sangue. 8n&ece il glicogeno
muscolare solo ad uso e consumo del muscolo perch6 il glucoso @>fosfato che si produce dalla
demolizione del glicogeno muscolare non puI essere defosforilato e uindi non puI uscire dalla
cellula muscolare &iene ossidato nella glicolisi per produrre /P nel muscolo stesso.
La glicgenli'i la demolizione del glicogeno con produzione di glucoso @>fosfato.
La glicgen'inte'i la &ia metabolica che produce glicogeno a partire da glucosio>@>fosfato conconsumo di /P.
/utti i coenzimi ridotti (1B e
;BA) che si producono nelle
reazioni di ossidazione dei &ari
substrati metabolici (glucoso5 acidi
grassi5 acetato) cedono i loro
elettroni alla catena di trasporto
mitocondriale al termine del
processo della fosforilazione
ossidati&a5 lossigeno (trasportatodallemoglobina a tutti i tessuti)
&iene ridotto ad acua e si produce
/P (D /P per ogni 1B e A
/P per ogni ;BA).
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
6/14
Reglazine*8nsulina e glucagone sono due ormoni proteici prodotti dalle cellule (insulina) e
(glucagone) del pancreas endocrino e sono i principali responsabili della regolazione della sintesi e
della demolizione del glucagone nel fegato.
8l glucagneatti&a nel fegato la demolizione del glicogeno e inibisce la sintesi. L in'ulina atti&a la
sintesi del glicogeno e inibisce la demolizione.
8l rapporto glucagone:insulina nel sangue controllato dalla glicemiaglicemia ele&atabasso rapporto glucagone:insulina
glicemia bassa alto rapporto glucagone:insulina
GLICOLISI
La glicolisi la &ia metabolica che ossida il glucoso a piru&ato (A molecole) con produzione di A
molecole di /P e A molecole di 1B. Presente in tutti i tessuti5 puI funzionare anche in assenza
(o carenza) di ossigeno glicolisi anaerobia (eritrociti5 muscolo in contrazione). 8l glucoso
(concentrazione nel sangue K#>"## mg:"##ml) entra nelle cellule grazie ad un trasportatore proteico
presente sulla membrana di tutte le cellule. Linsulina stimola il trasporto del glucoso in tutti i
tessuti5 tranne fegato5 cer&ello e globuli rossi.
Una &olta entrato nelle cellule il glucoso &iene fosforilato a spese di /P il glucoso @>fosfato non
puI pi2 uscire dalle cellule e &iene ossidato nella glicolisi con produzione di A molecole di piru&ato5
A molecole di 1B (che possono rendere @ /P totali nella fosforilazione ossidati&a)5 e A
molecole di /P (che si produce direttamente in reazioni di fosforilazione a li&ello del substrato).
Glicli'i anaer$ia*
8n presenza di mitocondri e di ossigeno il piru&ato &iene ossidato nel ciclo di
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
7/14
GLUCONEOGENESI
La gluconeogenesi la sintesi di nuo&o glucoso a partire da precursori non carboidrati (lattato5
piru&ato5 alcuni amminoacidi). &&iene solo nel %egat.La sintesi di una molecola di glucoso a
partire ad esempio da A molecole di piru&ato FcostaG @ /P e A 1B. !uando il fegato
impegnato nella gluconeogenesi FconsumaG ossalacetato5 che un intermedio di uesta &iabiosintetica. !uindi una gluconeogenesi molto atti&a puI causare carenza di ossalacetato e arresto
del ciclo di
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
8/14
-ondizioni metaboliche che determinano chetogenesi epatica.
OSSIDA1IONE DEGLI ACIDI GRASSI
8 trigliceri!i(glicerolo esterificato con D acidi carbossilici a lunga catena5 detti acidi grassi) sono la
principale scorta energetica del nostro organismo depositata nel tessuto adiposo5 come dimostrato
dal bilancio delle Qcal totali presenti nel nostro organismo sotto forma di molecole ossidabili
trigliceridi "A?### Qcal
proteine mobilizzabili A?### Qcal
glicogeno (muscolo) "A## Qcal
glicogeno (fegato) @## Qcal
glucoso (sangue) %# Qcal
8 legami estere che uniscono gli acidi grassi al glicerolo sono scissi per introduzione di acua
(idrolisi) da enzimi detti li&a'i5 atti&ati dal glucagone.
=li acidi grassi liberati nel tessuto adiposo entrano nel torrente circolatorio5 do&e sono &eicolati
dallalbumina a tutti i tessuti. Poich6 sono molecole lipofile attra&ersano liberamente la membrana
cellulare. Lossidazione degli acidi grassi a&&iene nei mitcn!ridi tutti i tessuti e produce acetil
-o e coenzimi ridotti (1B e ;BA). 8l bilancio energetico di A /P consumati (per
latti&azione) e "D" /P prodotti per ogni acido palmitico ("@ atomi di carbonio) ossidato.
Reglazine* 8l glucagone5 prodotto dal pancreas in condizioni di ipoglicemia5 stimola la
liberazione degli acidi grassi dai trigliceridi e la loro ossidazione in tutti i tessuti. 8l glucagonestimola anche la gluconeogenesi epatica5 che consuma 9 per uesto moti&o5 nel fegato5 si puI
&erificare uno suilibrio tra la concentrazione di 9 (bassa) e uella di acetil -o (alta5 perch6
continuamente prodotto dalla ossidazione degli acidi grassi). !uesta condizione porta allaccumulo
nel fegato dei corpi chetonici. /rasportati attra&erso il sangue uesti giungono al rene5 &engono
filtrati dal glomerulo e si ritro&ano nelle urine (chetonuria).
DEGRADA1IONE DEGLI AMMINOACIDI
=li amminoacidi contengono un gruppo amminico (>1BA)5 che non presente in alcun metabolita
intermedio delle &ie metaboliche (glicolisi5 gluconeogenesi5 ossidazione e sintesi degli acidi grassi5
ciclo di
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
9/14
+* Tran'aminazine e !eaminazine ''i!ati(a*
ei A# amminoacidi che costituiscono le proteine5 lunico che puI essere deaminato (distacco del
gruppo amminico) direttamente il glutammat5 con formazione di ammoniaca (1BD) e >
chetoglutarato (
chetoacido e l>chetoglutarato di&enta glutammato (con il gruppo amminico dellamminoacido ").
amminoacido " + >chetoglutarato chetoacido " + glutammato
transaminasi
Le transaminasi sono una famiglia di enzimi presenti in tutti i tessuti5 ma particolarmente
abbondanti nel fegatoe nel muscolo.
4/ e L/ sono enzimi di interesse diagnostico (epatite5 cirrosi5 infarto miocardio)5 perch6 si
ritro&ano in uantit' ele&ata nel siero a seguito di un danno cellulare epatico o muscolare. 8noltre5
poich6 la 4/ un enzima mitocondriale mentre la L/ citosolica5 un danno cellulare lie&e
liberer' atti&it' L/ mentre un danno cellulare gra&e (con rottura anche dei mitocondri) liberer'
anche atti&it' 4/. al rapporto 4/:L/ nel siero si rica&ano uindi anche informazioni sulla
gra&it' del danno cellulare.
!ual il destino dellammoniaca (1BD) R
Lammoniaca tossica5 perch6 uando presente in ele&ata uantit' nel sangue entra nelle cellule e
sposta &erso sinistra leuilibrio della reazione della glutammico deidrogenasi (&edi sopra) con
consumo di >
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
10/14
CORRELA1IONI METABOLICHE TRA ORGANI
Fegat e me'ta'i glicemica*
8l fegato responsabile del mantenimento di una glicemia costantedurante il giorno5 nonostante
lapporto saltuario di glucidi con lalimentazione.
8l fegato produce glucosio (con la gluconeogenesi) e lo esporta nel sangue ad uso e consumo deglialtri organi (primo fra tutti il cer&ello). La gluconeogenesi a&&iene a partire da alcuni amminoacidi5
glicerolo5 piru&ato e da acido lattico. 8l lattato il prodotto Fdi scartoG del muscolo e degli eritrociti5
che lo producono nella glicolisi anaerobia attra&erso il sangue il lattato giunge al fegato che lo
utilizza per fare nuo&o glucoso (ciclo del lattato tra muscolo e fegato). Lenzima glucoso @>fosfatasi
defosforila il glucoso @>fosfato5 alla fine della gluconeogenesi5 ed il glucoso libero passa nel sangue
e &iene utilizzato dal muscolo nella glicolisi.
8l fegato anche il deposito di glicogeno che &iene demolito nei periodi di ipoglicemia per rifornire
di glucoso il sangue e &iene sintetizzato nei periodi di iperglicemia per mettere da parte la riser&a di
glucoso.
Fegat e meta$li'm li&i!ic*Lipoproteine.
-on i grassi che arri&ano dal circolo portale (cio di origine alimentare5 assorbiti dallintestino) il
fegato produce ed esporta nel sangue le lipoproteine (LL5 BL e 7LL) che sono il &eicolo
attra&erso cui i grassi (trigliceridi e colesterolo) &iaggiano nel sangue e raggiungono i &ari tessuti. 8l
guscio proteico assicura la solubilit' in acua dei lipidi e ne consente la captazione da parte dei
tessuti attra&erso recettori specifici.
8l metabolismo del glucoso e del glicogeno nel fegato
regolato dagli ormoni pancreatici in'ulina e
glucagne. 8l glucagone (rilasciato dal pancreas
endocrino in condizioni di ipoglicemia) stimola la
gluconeogenesi e la glicogenolisi nel fegato il
glucoso @>fosfato prodotto dal glicogeno &iene
defosforilato dalla glucoso @>fosfato fosfatasi (enzima
solo epatico) e il glucoso libero puI uscire dalle
cellule epatiche e raggiungere con il sangue tutti i
tessuti. Linsulina (rilasciata dal pancreas endocrino
in condizioni di glicemia ele&ata) stimola la
glicogenosintesi.
glucnegene'i
8l tessuto adiposo assorbe dal sangue le
lipoproteine prodotte dal fegato e ne
utilizza i componenti lipidici per
accumulare trigliceridi negli adipociti.
Linsulina (che segnala abbondanza di
glucoso nel sangue) stimola la sintesi dei
trigliceridi negli adipociti. 8n caso diipoglicemia5 il glucagonestimola le lipasi
che idrolizzano i trigliceridi a glicerolo e
acidi grassi. !uesti ultimi attra&erso il
sangue raggiungono i tessuti e &engono
ossidati per fornire energia al posto dei
glucidi.
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
11/14
-hetogenesi.
8n uesto scenario metabolico (ipoglicemia5 alto rapporto glucagone:insulina nel sangue) il fegato
impegnato nella glicogenolisi e nella gluconeogenesi5 per rifornire di glucoso il sangue. Lagluconeogenesi consuma ossalacetato5 che anche necessario nel ciclo di
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
12/14
glucoso (nel digiuno) o nella infusione di insulina (nel diabete tipo 8) confondere le due situazioni
metaboliche puI a&ere esito mortale
8l !ia$ete !i ti& I(insulino>dipendente) una malattia metabolica gra&e causata dalla incapacit'
dei tessuti di utilizzare metabolicamente il glucoso5 perch6 manca linsulina5 che normalmente
stimola la glicogenosintesi epatica5 il trasporto del glucoso dentro le cellule dei tessuti T trannefegato e cer&ello T e la glicolisi in tutti i tessuti. 8l risultato un uadro sintomatologico gra&e.
8l deficit di insulina (pro&ocata5 si ritiene5 da una aggressione autoimmune ai danni delle cellule >
pancreatiche) riduce il trasporto del glucoso dentro le cellule dei tessuti (tranne fegato e cer&ello5
che non richiedono insulina per il trasporto del glucoso) e riduce la capacit' dei tessuti di utilizzare
metabolicamente il glucoso. 8l risultato una condizione di i&glicemia intracellulare5 che
contrasta paradossalmente con la i&erglicemia e2tracellulare(nel sangue).
Liperglicemia causa glic'uria(glucoso nelle urine5 normalmente assente) perch6 il tubulo renale
non in grado di riassorbire tutto il glucoso filtrato dal glomerulo. Lele&ata concentrazione diglucoso nel filtrato glomerulare richiama acua nel tubulo renale (per osmosi) e aumenta il &olume
dellescrezione urinaria (&liuria) fino a "# &olte il normale. La disidratazione che ne deri&erebbe
impedita solo dalla aumentata introduzione di liuidi (&li!i&'ia)5 indotta dal senso di sete. M8l
diabetico be&e tanto perch6 fa tanta pSpS5 non &ice&ersaN
8l deficit energetico causato dallassenza della fonte glucidica induce un aumento (rispetto al
normale) dellossidazione di acidi grassi (dai trigliceridi) ed amminoacidi (dalle proteine) per
produrre energia metabolica (!imagriment). La mancanza di glucoso (e uindi di 9)
impedisce la completa ossidazione dei prodotti del catabolismo lipidico e amminoacidico (acetil
-o e intermedi del ciclo di
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
13/14
dimagrimento (&edi sopra)5 il diabete tipo 88 ha esordio nellet' adulta:a&anzata ed associato a
so&rapeso. La tabella riassume le principali caratterisitiche del diabete tipo 8 e tipo 88.
Diabete Patogenesi Manifestaz. cliniche Terapia
8nsulino>
ipendente
(/ipo 8)
istruzione autoimmune cellule
(autoanticorpi anti>insulina ocell. nel ? dei casi)
eficit insulinico assoluto
(risp. a glucagone) gluco>
neogenesi e lipolisi chetosi
Poliuria
polidipsia
polifagia
dimagrimento
chetosi acidosi
-oma chetoacidosico
8nsulina5 dieta5 atti&it'
fisica5 monitoraggio
glicemiaauto>test DJdie
glicemia a digiuno
Bb glicosilata ogni %>@mesi
8nsulino>
indipendente
(/ipo 88)
8nsulino>resistenza associata
a ridotta secrez. insulinica
eficit insulinico relati&o
(no chetoacidosi)
sintomatico5 esordio
graduale (faticabilit'5
infezioni ricorrenti5
storia di diabete
gestazionale)
1o chetosi5 coma
iperosmolare
8poglicemizzanti orali
o insulinaC dieta5
regolare atti&it' fisica5
monitoraggio
auto>test
glicemia a digiuno
Bb glicosilata ogni %>@mesi
Dia$ete in gra(i!anza*8l diabete gestazionale una forma di diabete che insorge in gra&idanza
e termina5 generalmente5 con la fine di uesta. E una fra le complicanze pi2 freuenti della
gra&idanza (A>?)5 seconda solo allipertensione (?>"#). Una delle principali cause del diabete
gestazionale la produzione di ormoni (Lattogeno Placentare5 cortisolo e prolattina) che
interferiscono con lazione dellinsulina. 8n donne predisposte uesta interferenza molto
accentuata e determina linsorgenza del diabete gestazionale. 4&iluppare un diabete gestazionale
puI essere un fattore di rischio per s&iluppare negli anni un diabete di tipo 88.
Fegat e rganicazine !ell"ammniaca*
8l fegato lunico organo che puI trasformare lammoniaca deri&ante dal catabolismo degliamminoacidi (ma non solo) in urea. Lammoniaca prodotta nei &ari tessuti dalle reazioni di
transamminazione e deamminazione ossidati&a del glutammato &iene legata al glutammato5 con
formazione di glutammina5 dallenzima glutammina sintetasi (con spesa di /P).
Cncentrazini ematic.e !i alcune im&rtanti $imlecle*
=lucoso K#>"## mg:"## ml (? m3)
Urea A# mg:"## ml (D m3)
cido urico D>$ mg:"## ml
La glutammina raggiunge il fegato
attra&erso il sangue e nel fegato
lenzima glutamminasi libera
lammoniaca (1BD).
!uindi 1BD non &iaggia nel sangue
come tale5 ma sotto forma dellinnocuo
amminoacido glutammina.
7/25/2019 APPUNTI DI BIOCHIMICA PFS Educazione professionale.doc
14/14
mmoniaca @# g:"## ml (D# 3)
/rigliceridi $#>"%# mg:"## ml
-olesterolo "?#>A## mg:"## ml
-orpi chetonici "5? mg:"## ml (#5A m3)igiuno D>? mg:"## ml
iabete non controllato fino a "?# mg:"## ml (A# m3)