Molti enzimi sono proteine coniugate la cui funzione catalitica dipende da cofattori. Cofattore

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1 Molti enzimi sono proteine coniugate la cui funzione catalitica dipende da cofattori Ione metallico Cofattore coenzima legato covalentemente gruppo prostetico I coenzimi * Partecipano alla reazione enzimatica * Dopo la reazione sono riconvertiti nella forma originale Le vitamine idrosolubili sono precursori metabolici di diversi coenzimi Alcuni coenzimi contengono nella loro struttura un nucleotide

2 I nucleotidi Composti ricchi di energia Segnali chimici di risposta a stimoli extracellulari Componenti di acidi nucleici Componenti di coenzimi

3 Struttura generale di un nucleotide Base azotata Purina o pirimidina Fosfato - Ribosio - Deossiribosio (DNA) Nucleoside base azotata/zucchero Nucleotide base azotata/zucchero/fosfato monofosfato, difosfato, trifosfato

4 Basi azotate puriniche e pirimidiniche Purine Adenina Guanina Pirimidine Citosina Timina (DNA) Uracile (RNA) Importanza dei gruppi funzionali: - gruppo carbonilico - gruppo amminico - azoto dell anello Vedi figura delle strutture sui libri di testo

5 Nei ribonucleotidi lo zucchero è il ribosio (zucchero a 5 atomi di carbonio) Lo zucchero è legato alla base azotata mediante legame N-glicosidico Il legame è tra l atomo di carbonio in posizione 1 del ribosio atomo di azoto in posizione 1 delle pirimidine atomo di azoto in posizione 9 delle purine Nei deossiribonucleotidi lo zucchero è il deossiribosio Vedi figura delle strutture sui libri di testo

6 Nucleotidi Composti ricchi di energia I nucleotidi trifosfato (NTP) sono composti ricchi di energia Idrolisi liberazione di energia Legame ribosio-p legame estere (14 KJ/mol) Legame P α -P β legame anidridico (30 KJ/mol) Legame P β -P γ legame anidridico (30 KJ/mol) Vedi figura delle strutture sui libri di testo

7 La molecola di ATP è costituita da una molecola di adenina ed una di ribosio a cui sono legati tre gruppi fosforici αβe γ mediante legami ad alta energia

8 Nucleotidi come segnali chimici I nucleotidi ciclici sono AMP Ciclico (camp) GMP Ciclico (cgmp) - Sono caratterizzati dalla presenza di un legame 3, 5 - Si formano a partire da ATP o GTP ad opera di specifici enzimi Mediatori chimici nella trasduzione del segnale (adenilato cilasi e guanilato ciclasi) Cascata di reazioni Attivazione di proteine bersaglio Vedi figura delle strutture sui libri di testo

9 Metabolismo del camp Il camp ha una vita molto breve Rapidamente viene degradato e il segnale finisce

10 Nucleotidi nei coenzimi Nella struttura di alcuni coenzimi (Coenzima A, NAD + e FAD) è presente un nucleotide adenilico Il nucleotide adenilico non partecipa alla reazione enzimatica - aiuta a posizionare il substrato nella tasca del sito attivo - stabilizza il complesso enzima/substrato - è coinvolto nel legame del coenzima all enzima

11 Coenzimi contenenti una componente nucleotidica - Nicotinamide adenina dinucleotide NAD + - Flavina adenina dinucleotide FAD - Coenzima A CoA La componente di derivazione vitaminica del NAD è la Nicotinamide del FAD la Riboflavina del CoA l acido pantotenico Vedi figure delle strutture sui libri di testo

12 VITAMINE Sostanze di natura organica molto eterogenee necessarie in piccola quantità L organismo è incapace di sintetizzarle in quantità sufficiente Vengono assunte con la dieta Fabbisogno giornaliero variabile Vitamine idrosolubili Vitamine liposolubili

13 Ipovitaminosi carenza di vitamine - insufficiente assunzione di vitamina con gli alimenti - aumentato fabbisogno (in gravidanza) - ridotto assorbimento a causa di alterazioni intestinali, come nel caso di alcune patologie o di alcolismo cronico Dieta/somministrazione di integratori specifici Ipervitaminosi eccessiva assunzione di integratori

14 Vitamine idrosolubili solubili in acqua vengono eliminate con le urine e non si possono accumulare non sono tossiche a causa del turnover veloce tiamina vit B1 riboflavina vit B2 niacina vit B3 acido pantotenico vit B5 piridossina vit B6 biotina vit B8 acido folico vit B9 cobalamina vit B12 acido ascorbico vit C le vitamine del gruppo B sono presenti come derivati nei coenzimi partecipano alle reazioni metaboliche

15 Tiamina (Vitamina B1) forma attiva Tiamina pirofosfato TPP indispensabile nella dieta partecipa come coenzima a reazioni di trasferimento di gruppi aldeidici presente nei coenzimi di enzimi del metabolismo dei carboidrati - piruvico deidrogenasi - alfa-chetoglutarato deidrogenasi del ciclo dell acido citrico tiamina TPP

16 Tiamina (Vitamina B1) Molto diffusa sia negli alimenti vegetali che in quelli animali (cereali, legumi, carne di maiale, prodotta in parte anche dalla flora intestinale) Deficienza cronica sindrome Beri-beri alterazioni sistema nervoso cardiocircolatorio e gastroenterico Deficienza acuta - determina lesioni al sistema nervoso centrale - legata spesso ad alcolismo o ad uso di droghe

17 Riboflavina (Vitamina B2) presente nei coenzimi flavinici (FAD, FMN) partecipa a reazioni di trasferimento di elettroni produzione di energia (ATP) presente in coenzimi di enzimi che catalizzano reazioni di ossidoriduzione (deidrogenasi) diffusa sia nel mondo animale che vegetale riboflavina

18 Riboflavina (Vitamina B2) Importante per lo stato di nutrizione della pelle e delle mucose La sua carenza causa alterazioni della pelle, lesioni alle mucose e al tubo digerente Diffusa nel lievito di birra, nel germe di grano, nei cereali integrali, nel fegato, nella carne, nel latte e nelle uova E prodotta anche dalla flora intestinale

19 Niacina (Acido nicotinico) ) Vitamina B3 presente nei coenzimi NAD e NADP partecipa a reazioni di trasferimento di elettroni produzione di energia presente in coenzimi di enzimi che catalizzano reazioni di ossidoriduzione (deidrogenasi) CONH 2 Acido nicotinico Nicotinammide

20 Niacina (Acido nicotinico) ) Vitamina B3 Presente in alimenti di origine animale (carne) e nei cereali Viene sintetizzata dall organismo a partire dall aminoacido triptofano Deficit determina la PELLAGRA - lesioni della pelle (dermatiti) - disturbi dell apparato digerente - disturbi sistema nervoso centrale (demenza) Dosi elevate danni al fegato vasodilatazione

21 Acido pantotenico Vitamina B5 costituente del Coenzima A (CoA) partecipa a reazioni di trasferimento di gruppi acilici coenzima in importanti reazioni del metabolismo dei carboidrati e degli acidi grassi largamente diffusa negli alimenti vegetali ed animali, soprattutto nel fegato, tuorlo d uovo, legumi e lievito di birra

22 forma attiva Piridossalfosfato PLP Piridossina (Vitamina B6) partecipa a reazioni di trasferimento di gruppi amminici NH 3 presente nel coenzima di enzimi che catalizzano reazioni di transaminazione (transaminasi) nel metabolismo degli amminoacidi largamente diffusa negli alimenti vegetali ed animali la carenza di vit B6 è piuttosto rara e causa apatia e debolezza CH 2 P piridossina piridossale piridossalfosfato piridossammina

23 Biotina Vitamina B8 partecipa a reazioni di trasferimento di gruppi carbossilici (carbossilazioni) presente in coenzimi di enzimi del metabolismo dei carboidrati e degli acidi grassi (carbossilasi) molto presente negli alimenti (fegato, pollo, tuorlo d uova, frutta secca, diversi ortaggi e frutta fresca, latte, formaggi abbondantemente prodotta anche dalla flora intestinale biotina

24 Acido folico Vitamina B9 forma attiva Tetraidrofolato (THF) coenzima in reazioni di trasferimento di unità monocarboniose gruppo formile gruppo metile gruppo idrossimetile coenzima in reazioni enzimatiche del metabolismo degli amminoacidi e dei nucleotidi purinici e pirimidinici

25 Cobalamina (Vitamina B12) struttura molto complessa derivato della vitamina B12 Coenzima B12 coenzima in reazioni di trasferimento di atomi di H e gruppi alchilici all interno della stessa molecola (riarrangiamenti molecolari) coenzima di un enzima del catabolismo degli acidi grassi a n dispari di atomi di carbonio la carenza è rara e si può manifestare solo nei casi di dieta vegetariana stretta La carenza può derivare anche dall assenza del fattore che ne facilita l assorbimento a livello intestinale Presente in tutti gli alimenti animali in minime quantità (fegato, carne, pesce, latte e uova

26 Acido Ascorbico Vitamina C struttura semplice molecola già in forma attivata non è componente di coenzimi agente riducente in varie reazioni importante nel - catabolismo della tirosina - nella sintesi degli acidi biliari - nelle reazioni di idrossilazione di aa Idrossilazione di prolina e lisina nella molecola di collageno importanza per la struttura e la stabilità del collageno idrossipro forma legami H intercatena nella tripla elica

27 La carenza di Vitamina C provoca lo scorbuto sintomi apatia, inappetenza anemia sanguinamento delle gengive caduta dei denti dolori muscolari fragilità dei capillari e emorragie sottocutanee La Vitamina C è presente negli alimenti freschi, frutta e verdura (kiwi, agrumi, pomodori e peperoni) Viene facilmente deteriorata durante i trattamenti di conservazione e cottura La vitamina C è un potente antiossidante neutralizza i radicali liberi

28 I radicali liberi sono molecole instabili, particolarmente reattive, responsabili di gravi danni alle cellule dell organismo Il loro comportamento è dovuto alla presenza di un elettrone spaiato nell orbitale più esterno Le fonti esogene principali dei radicali liberi sono: - radiazioni solari ultraviolette - radiazioni ionizzanti - fumo di sigaretta - smog, gas, impianti di riscaldamento - pesticidi, antiparassitari, inquinanti chimici - farmaci

29 I radicali liberi più importanti sono quelli derivati dall ossigeno, e tra questi il radicale superossido (O2.-), il radicale idrossilico (HO.), La produzione dei ROS è correlata ai normali processi di ossidazione che determinano un flusso di elettroni dalle sostanze ossidate verso quelle ossidanti (ossigeno) Un aumento di radicali liberi determina Stress ossidativo nella cellula I radicali liberi sono coinvolti in diverse patologie umane e nel processo fisiologico dell invecchiamento

30 Vitamine liposolubili Vitamine A D E K insolubili in acqua e solubili nei grassi e in solventi non polari vengono assorbite assieme ai grassi alimentari si possono accumulare tra i grassi delle cellule epatiche tossiche se in eccesso vitamina A e D svolgono svariate funzioni essenziali per l organismo

31 Vitamina A (retinolo( retinolo) deriva dal β-carotene (pigmento vegetale) esiste in molte forme derivato aldeidico cis-retinale (pigmento visivo dei bastoncelli della retina) derivato ossidato acido retinoico (fattore di crescita cellulare) Vit. A importante accrescimento visione Carenza Eccesso malformazioni fetali, ritardo della crescita, sensibilità alle infezioni, difetti alla vista (nei casi più gravi cecità) fragilità ossea

32 Vitamina A (retinolo( retinolo) Presente negli alimenti animali (fegato, formaggio, burro, uova, latte) Nei vegetali si trovano i carotenoidi (nella frutta e verdura di colore arancione, giallo e rosso) Si può accumulare a livello epatico Se assunta in eccesso può determinare ipervitaminosi con danni permanenti a fegato e milza

33 Vitamina D esiste in diverse forme ergocalciferolo, assunto con il cibo, colecalciferolo, sintetizzato dall organismo deriva dal colesterolo la vitamina D3 si forma nella pelle a partire dal colesterolo per effetto degli UV

34 Vitamina D Funzione Importante per regolazione del metabolismo del calcio e del fosforo - trasporto - assorbimento - mobilizzazione del calcio carenza rachitismo con ridotta calcificazione delle ossa e delle cartilagini osteomalacia negli adulti (decalcificazione ossea) eccesso eccessiva mobilizzazione del calcio dalle ossa e calcificazioni diffuse La normale esposizione ai raggi del sole è sufficiente a coprire il fabbisogno di vitamina D negli adulti Si lega a determinati recettori nucleari regola la trascrizione di geni

35 Vitamina E esiste in molte forme (tocoferoli) attività antiossidante azione protettiva nei confronti di agenti ossidanti ossigeno radicali liberi ione superossido Contenuta soprattutto in frutti oleosi, come le olive, e nella frutta secca

36 Vitamine liposolubili Vitamina E Importante per prevenire l ossidazione degli acidi grassi insaturi delle membrane cellulari, delle proteine e degli acidi nucleici Una carenza di vitamina E comporta difetti generali dello sviluppo, compresi disturbi al sistema nervoso e al metabolismo generale

37 Vitamina K esiste in molte forme ed è sintetizzata dalla flora batterica intestinale importante per la coagulazione del sangue determina carbossilazione dei residui di ac. glutammico della protrombina chelazione del calcio e formazione di complessi protrombina/calcio/fosfolipidi di membrana carenza aumento del tempo di protrombina emorragie Il decumarolo (anticoagulante) interferisce con l azione della vit. K rallenta la coagulazione e riduce i rischi di trombosi