ACIDO L-ASCORBICO (VITAMINA C) C chirale, enantiomero L. dienolo (tautomeria) pk a 4,17

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1 COENZIMI L attività di alcuni enzimi richiede solo la parte proteica, mentre altri richiedono cofattori, costituiti da una molecola organica e/o da uno ione metallico. Lo ione metallico può agire come centro catalitico, formando un complesso di coordinazione che consente l unione del substrato all enzima oppure stabilizzando la conformazione attiva della proteina. I coenzimi organici in genere agiscono come trasportatori di gruppi funzionali, di specifici atomi o di elettroni. I principali coenzimi organici sono le vitamine, soprattutto quelle idrosolubili, e inoltre il coenzima A e il coenzima Q.

2 VITAMINE Molecole organiche essenziali che devono essere introdotte con la dieta. Molte di esse sono coenzimi o vengono trasformate in coenzimi. Idrosolubili e liposolubili. Le idrosolubili, se in eccesso, vengono escrete mentre le liposolubili possono accumularsi e dar luogo a problemi di ipervitaminosi.

3 ACIDO L-ASCORBICO (VITAMINA C) C chirale, enantiomero L dienolo (tautomeria) pk a 4,17 E un cofattore essenziale per l ossidrilazione della prolina e della lisina nella sintesi del collagene. E un riducente (si ossida ad acido deidroascorbico) coinvolto nell ossidoriduzione di ioni metallici. E un antiossidante per la sua capacità di rimuovere i radicali liberi. Si degrada con il calore.

4 VITAMINE DEL GRUPPO B Nei tempi passati si pensava che le vitamine B fossero una sola vitamina: ulteriori ricerche hanno dimostrato che sono diverse molecole, che spesso si trovano insieme, negli stessi alimenti. Attualmente sono considerate propriamente vitamine solo otto di queste. Il gruppo delle vitamine B comprende: vitamine B 1 : Tiamina B 2 : Riboflavina B 3 : Niacina B 5 : Acido pantotenico B 6 : Piridossina B 7 : Biotina B 9 : Acido folico B 12 : Cobalamina non propriamente vitamine B 4 : Adenina B 8 : Mioinositolo B 10 : Acido p-amminobenzoico o PABA B 11 : Acido pteroil-eptaglutammico

5 TIAMINA (VITAMINA B 1 ) Idrosolubile, in acqua forma soluzioni debolmente acide (N dell'anello tiazolico è molto elettronegativo per cui forma un legame molto polare, che spinge CH a comportarsi da acido rilasciando un protone) e, in tali condizioni, ha una buona stabilità al calore ed all'ossidazione, ma si inattiva in tempi rapidi a ph > 7. Una volta arrivata nei tessuti viene fosforilata a tiamina difosfato (o pirofosfato), la forma attiva, dalla tiaminapirofosfato sintetasi. SITO ACIDO SITO FOSFORILATO La tiamina pirofosfato (TPP) è il coenzima delle decarbossilasi dei chetoacidi e delle transchetolasi. La vitamina B1 è necessaria per la sintesi dell'emoglobina nel sangue, e per la produzione di acido gamma-amminobutirrico (GABA) a partire dall'acido glutammico. La tiamina è poco immagazzinata nell'organismo, per cui la sua mancanza nella dieta dà problemi metabolici, in particolare a livello del metabolismo dei carboidrati, già in pochi giorni.

6 RIBOFLAVINA (VITAMINA B 2 ) La riboflavina è un composto eterociclico cui è legata una catena formata da ribitolo. È un composto giallo stabile al calore (la cottura determina l'inattivazione di solo il 10-20% del quantitativo totale). Dal sangue raggiunge il fegato ed altri tessuti dove viene trasformata in flavin-mononucleotide (FMN) e flavin-adenin-dinucleotide (FAD), le due forme coenzimatiche. I nucleotidi flavinici funzionano come gruppi prostetici di enzimi ossidoriduttivi (flavoproteine) impegnati nella degradazione ossidativa di vari acidi carbossilici e anche nei processi di trasporto degli elettroni.

7 NIACINA (VITAMINA B 3 O VITAMINA PP) La nicotinammide è un componente fondamentale di due molecole coenzimatiche: la nicotinammide adenina dinucleotide (NAD) la nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADP) NAD + NADH Il NADH/NAD, come coenzima ossidoriduttivo, agisce in reazioni di ossidazione e riduzione. Le reazioni di ossidazione vedono impegnato il NAD +, in quanto riducendosi a NADH, riceve due elettroni e due protoni dalla molecola substrato e ne agevola quindi l ossidazione.

8 Nella reazione di riduzione di un substrato, il coenzima si ossida da NADH a NAD +, donando due protoni e due elettroni. La reazione di ossidazione è la favorita, in quanto il sistema NAD/NADH ha E = -0,32 V. La forma ossidata, diversamente dalla forma ridotta, è infatti aromatica e quindi più stabile. NADP Mentre il NAD + è utilizzato primariamente nei processi catabolici (reazioni di ossidazione del metabolismo), il NADP(H) viene utilizzato nei processi anabolici (reazioni riduttive), particolarmente nelle reazioni di biosintesi di lipidi ed acidi nucleici.

9 COENZIMA A (CoA) ATP mercaptoetilammina acido pantotenico (vitamina B 5 )

10 Il coenzima A (spesso indicato come CoA, CoASH, o HSCoA) è una molecola fondamentale nel metabolismo. È derivato da β-mercaptoetilamina, pantotenato e ATP e usato in vie metaboliche basilari quali l'ossidazione degli acidi grassi. Per la sua sintesi sono quindi necessari vitamina B5 e cisteina (e ATP). La sua funzione è di trasportare gruppi acile, quali l'acetile, sotto forma di tioesteri (ad alta energia). Quando la molecola di coenzima A trasporta un gruppo acetilico viene definita acetil-coa. Quando non viene trasportato alcun gruppo, per contrasto si usa la notazione CoASH o HSCoA, per indicare che il gruppo -SH è libero sulla molecola. AT acetilcoa

11 PIRIDOSSINA (VITAMINA B 6 ) sito di fosforilazione PIRIDOSSINA PIRIDOSSALE PIRIDOSSAMMINA La piridossina viene trasformata in piridossale e/o piridossamina le quali, una volta fosforilate al CH 2 OH, costituiscono la forma biologicamente attiva della vitamina B 6 (piridossalfosfato), funzionando come coenzimi. Le reazioni in cui sono coinvolte riguardano sia il metabolismo degli amminoacidi che di vari altri composti. Il coenzima si lega covalentemente all'apoenzima, formando una base di Schiff con il gruppo (epsilon)-amminico di una lisina, che viene poi sostituito da quello del substrato. Il gruppo amminico viene poi utilizzato per diverse vie metaboliche a seconda dell'enzima coinvolto nella reazione.

12 BIOTINA (VITAMINA B 7 / H) La biotina è solubile in acqua, resistente al calore, alle basi ed agli acidi. Svolge il ruolo di cofattore di diverse carbossilasi ATP-dipendenti funzionando come trasportatore di CO 2. Si lega al sito attivo dell'enzima tramite un legame ammidico che si forma tra il gruppo carbossilico dell'acido valerianico ed un gruppo aminico di un residuo di lisina. Viene sintetizzata anche dai batteri intestinali, ma viene sequestrata dall avidina, una proteina presente nell albume d uovo crudo, che la lega specificamente impedendone l assorbimento.

13 ACIDO FOLICO (VITAMINA B 9 ) L'acido folico, unica forma attiva dei folati alimentari assorbita dall'organismo, è una vitamina idrosolubile del gruppo B necessaria per tutte le reazioni di sintesi, riparazione e metilazione del DNA; per il metabolismo dell'omocisteina (rimetilazione), e di altre importanti reazioni biochimiche, specialmente quando sono implicati intensi periodi di divisione cellulare in caso di crescita rapida. La molecola si compone di tre parti: un nucleo eterociclico, l acido p-amminobenzoico (PABA) e l acido glutammico viene ridotta ad acido tetraidrofolico FH 4, trasportatore di gruppi CH 2 OH, -CHO o CH 3.

14 COBALAMINA (VITAMINA B 12 ) E costituita da un anello di corrina (simile al gruppo eme) che coordina uno ione Co e da un ribonucleotide. L'atomo di cobalto (un elemento altrimenti estremamente tossico per l'organismo) nell'idrossicobalamina si trova nello stato di ossidazione +3. Per ottenere la forma attiva, una flavoproteina reduttasi, utilizzante NADH, riduce il cobalto prima a +2 e poi a +1. Sotto questo stato di ossidazione Co si può legare a una molecola di ATP formando la 5-deossiadenosilcobalamina. In questa forma, la vitamina B 12 è un coenzima necessario all azione di molti enzimi, tra cui alcuni preposti alla sintesi dei 2-desossiribonucleotidi.

15 VITAMINE LIPOSOLUBILI Sono tutti composti isoprenoidi, ossia derivanti dall isoprene (2-metilbutadiene) H 2 C C C CH 2 H H 3 C Svolgono svariate funzioni per le quali vengono utilizzate tal quali, senza modificazioni. La loro caratterizzazione è stata più difficile e il loro ruolo è meno noto rispetto alle vitamine idrosolubili.

16 VITAMINA A -carotene scissione ossidativa OH VITAMINA A (trans-retinolo) Sembra probabile che la vitamina A abbia un ruolo nel trasporto degli ioni Ca 2+ attraverso le membrane.

17 il retinolo viene ossidato a retinale, importante nel meccanismo della visione notturna. H O trans-retinale H cis-retinale O L 11-cis-retinale forma un complesso, detto rodopsina, con la proteina opsina, ma assorbe luce trasformandosi nella forma trans (transizione * che permette la rotazione con isomerizzazione del doppio legame), dando luogo a scissione del complesso con la proteina, che dà luogo a una risposta nervosa. In seguito, una sequenza di reazioni enzimatiche rigenera l 11-cis-retinale, che si riassocia all opsina riformando la rodopsina.

18 VITAMINE DEL GRUPPO D Per vitamina D si intende un gruppo di pro-ormoni liposolubili 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 (D 3 ), derivante dal colesterolo, è sintetizzato negli organismi animali, mentre l'ergocalciferolo (D 2 ) è di provenienza vegetale. COLECALCIFEROLO Queste sono le forme principali che costituiscono il gruppo vitaminico D: vitamina D1 : composto costituito in parti 1:1 di ergocalciferolo e lumisterolo vitamina D2 : ergocalciferolo vitamina D3 : colecalciferolo vitamina D4 : diidroergocalciferolo vitamina D5 : sitocalciferolo ERGOCALCIFEROLO

19 luce 7-deidrocolesterolo colecalciferolo (D 3 ) La vitamina D ha un ruolo nel metabolismo degli ioni Ca 2+ luce ergosterolo ergocalciferolo (D 2 )

20 VITAMINA E La vitamina E ( -tocoferolo) ha la funzione di rimuovere i radicali dell ossigeno e altri radicali liberi. Quest azione antiossidante è importante perché impedisce il danneggiamento degli acidi grassi polinsaturi delle membrane biologiche. Il deficit di vitamina E si manifesta con un indebolimento dei globuli rossi. Gli oli vegetali contengono diversi tocoferoli e tocotrienoli, fra cui l -tocoferolo è il più abbondante e il più attivo

21 VITAMINA K La vitamina K prende parte ad una via di sintesi che porta alla proteina trombina, responsabile della coagulazione del sangue. Sembra anche che possa funzionare come coenzima in una catena di trasporto di elettroni. Fillochinone (vitamina K 1 ) O O Menadione (vitamina K 3 ) vitamina K 2 (n = 6-10)

22 Strutturalmente la vitamina K è un chinone, in quanto tale può dar luogo ad un equilibrio redox chinone-idrochinone. ox red + H 2 Questa reazione reversibile consente al chinone di servire da trasportatore di elettroni.

23 COENZIMA Q (UBICHINONE) E strutturalmente simile alla vitamina K Coenzima Q in forma ossidata forma radicalica Coenzima Q in forma ridotta

24 Come nel caso della vitamina K, si conoscono diversi ubichinoni, differenti per la lunghezza della catena laterale isoprenoide. Anche in questo caso, la molecola può prender parte a processi reversibili di ossidoriduzione, e rappresenta quindi un coenzima trasportatore di elettroni liposolubile. Il nome ubichinone fa riferimento alla sua ubiquitarietà in piante, animali e microrganismi.

25 IL GRUPPO EME: UN COENZIMA METALLORGANICO CLOROFILLA LA PORFIRINA L'eme costituisce il gruppo prostetico, cioè la parte non proteica (quella proteica è detta apoproteina), di una serie di proteine tra cui l'emoglobina, la mioglobina e i citocromi. Questa molecola deve la sua importanza al fatto che può legare l'ossigeno, sia in forma molecolare sia in altri composti (biossido di carbonio CO 2, monossido di carbonio CO, H 2 O, ecc) proprio grazie all'atomo di ferro. EME

26 ATP È uno dei reagenti necessari per la sintesi del RNA, ma soprattutto è il collegamento chimico fra catabolismo e anabolismo e ne costituisce la "corrente energetica". L'ATP è il composto ad alta energia richiesto dalla quasi totalità delle reazioni metaboliche endoergoniche. Esso viene prodotto secondo la reazione endoergonica: ADP + P i + E => ATP