Biochimica sistematica umana:

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1 Biochimica sistematica umana: il fegato

2 Fegato come tessuto metabolicamente attivo (proteine plasmatiche, lipidi, VLDL, glucosio, ciclo Cori ed alanina, escrezione azoto, sintesi colesterolo, sintesi corpi chetonici) Fegato come ghiandola esocrina (bile, catabolismo eme, acidi biliari) Fegato come ghiandola endocrina (acidi grassi a funzione endocrina, adipochine)

3 Le vie di utilizzo del glucosio-6p nel fegato 1. Liberazione del glucosio da parte della glucosio- 6P-fosfatasi f 2. Glicogenosintesi 3. Glicolisi + TCA 4. Lipogenesi 5. Via dei pentosi-p

4 Metabolismo degli acidi grassi nel fegato 1. Sintesi lipidi 2. Sintesi di lipoproteine ote e 3. Formazione ed esportazione corpi chetonici 4. TCA ed FO 5. Sintesi colesterolo e Sali biliarii

5 Metabolismo degli aminoacidi nel fegato 1. Sintesi di proteine endogene e plasmatiche 2. Esportazione aminoacidi ai tessuti 3. Sintesi di nucleotidi ed eme 4. Deaminazione e ciclo dell urea 5 Ci l d ll l i 5. Ciclo dell alanina (5a) e gluconeogenesi (5b)

6 Sintesi acidi biliari Gli acidi biliari primari (glicocolico e taurocolico) sono convertiti in secondari dai batteri della flora intestinale per ossidazione dell idrossile in C7 (riassorbiti dal circolo entero epatico)

7 ACIDI BILIARI PRIMARI CO-NH-CH 2 -CH 2 SO 24 SO 3 2- OH 12 CO-NH-CH 2 -CH 2 SO 24 SO HO 3 7 OH HO 3 7 OH Acido taurochenodesossicolico (45%) Acido taurocolico (30%) ACIDI BILIARI SECONDARI OH 12 COO - 24 COO - 24 HO 3 Acido desossicolico (24%) formato nell intestino dal metabolismo batterico HO 3 Acido litocolico

8 Sintesi colesterolo Sintesi colesterolo (possibile in altri tessuti ma avviene per lo piu nel fegato)

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11 Corpi chetonici

12 Sintesi dei corpi chetonici: a liver affair!

13 Qualcosa non e in grado di fare! Questo enzima manca nel fegato, che di conseguenza NON puo utilizzare i corpi chetonici come carburante per il ciclo di Krebs

14 Metabolismo specialistico dei glicidi Catabolismo galattosio Catabolismo fruttosio

15 ATP ADP Glucochinasi ATP citrato IL FRUTTOSIO PUO ENTRARE NELLA GLICOLISI: 1. DOPO FOSFORILAZIONE IN 6 DA PARTE DELLA ESOCINASI 2. DOPO FOSFORILAZIONE IN 1 DALLA FRUTTOCINASI E SCISSIONI ALDOLICA DA PARTE DELLA FRUTTOSIO 1P ALDOLASI (con questa via escude il controllo insulinico: il fruttosio viene utilizzato dai diabetici e come dolcificante)

16 1.Carenza fruttochinasi: FRUTTOSURIA EREDITARIA forma rara, benigna con perdita di fruttosio nelle urine 2. Carenza aldolasi B: INTOLLERANZA AL FRUTTOSIO rara, ereditaria, caratterizzata da ipoglicemia, steatosi epatica e cirrosi eliminare fruttosio e saccarosio dalla dieta

17 IL GALATTOSIO ENTRA NELLA GLICOLISI: 1. DOPO FOSFORILAZIONE IN 1 DA PARTE DELLA GALATTOCINASI 2. REAGISCE CON IL UDP-GLUCOSIO (ESCE GLU-1P CHE ENTRA NELLA GLICOLISI E SI FORMA UDP GALATTOSIO) 3. L UDP-GALATTOSIO VIENE EPIMERIZZATO A UDP-GLUCOSIO CHE RIENTRA IN CICLO ALLA GLICOLISI CON FOSFOGLUCO- MUTASI

18 La glicemia Normoglicemia: i 4,5 mm mg\100ml

19 I primi sistemi tampone: gli enzimi Glucocinasi (alta Km..funziona solo in iperglicemia) Glucosio-6-fosfatasi (libera immediatamente glucosio che puo uscire dal citoplasma)

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22 Il muscolo sfrutta il fegato con 2 extralavori allo scopo di rifornire il muscolo di glucosio

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24 NB: il glucagone agisce anche nel tessuto adiposo sulla TLHs con liberazione di FFA e glicerolo

25 La regolazione della gluconeogenesi la molecola chiave: il Fruttosio 2-6BP Agisce sul bypass 2 + -

26 La regolazione della gluconeogenesi: il Fruttosio 2-6BP Regolatore allosterico bifunzionale: attiva la glicolisi attraverso la stimolazione di PFK-1 Inibisce la gluocneogenesi attraverso la inibizione di FBPasi-1

27 Il 2-6 FBP Sintetizzato da un enzima bifunzionale (PFK2 + FBP2)

28 Regolazione del livello di 2-6 FBP a livello ormonale (Glucagone, adrenalina e tutti gli ormonbi che aumentano la concentrazione di camp) Segnala la necessita

29 Il ruolo del 2-6 BPF nel controllo della glicemia

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35 Il metabolismo post-prandiale prandiale

36 Metabolismo post-prandiale (digiuno notturno)

37 Il digiuno prolungato ed il g p g sostentamento della glicemia

38 Il diabete mellito

39 La idrossilazione di molecole da parte del fegato: viene utilizzata per generare un gruppo reattivo (OH) per il trasferimento di acido glucuronico o solfati. Il fine e di inattivare e rendere piu solubili tali molecole che vengono cosi escrete

40 citocromo P450 è una monoossigenasi che catalizza la reazione di ossidrilazione Sub-H + O 2 + NADPH + H + Sub-OH + NADP + + H 2 O Coinvolto nel metabolismo di numerosi composti idrofobici - sostanze endogene come il colesterolo, steroidi e lipidi - sostanze esogene come farmaci, inquinanti ambientali Localizzazione d organo Localizzazione cellulare Fegato Apparato gastrointestinale Ghiandola surrenale Mitocondrio: colesterolo, ormoni steroidei Enzimi specifici Reticolo endoplasmatico: xenobiotici Enzimi poco specifici

41 Il cytp450 e una fonte di radicali liberi La sintesi e la attivita di cytp450 e indotta da etanolo, ergo negli etilisti c e una produzione cronica di ROS (stress ossidativo epatico) I ROS reagiscono con l etanolo stesso per produrre il radicale idrossietile, che determina ossidazione delle proteine epatiche e malfunzionamento

42 CYP450 superfamiglia di geni - 60 geni nell uomo Famiglie (geni differenti) 1,2,3,etc < 40% identità Sottofamiglia 2A,2B,2C etc 40-55%identità Stessa famiglia 2A1, 2A2, 2A3 etc >55% identità Substrati endogeni. Acido arachidonico ed acidi grassi Sali biliari (CYP 7A1 = 7 idrossilasi) Ormoni steroidei Vitamine liposolubili retinolo acido retinoico CYP3A4 = Vit D325-idrossilasi Xenobiotici CYP2E1: metabolizza etanolo CYP3A4: metabolizza il >30% dei farmaci CYP 2C9. CYP 2D6: esistenza di forme polimorfiche

43 METABOLISMO degli XENOBIOTICI Gli xenobiotici sono SOSTANZE LIPOFILE Il metabolismo è essenzialmente mirato a renderle più idrofile attraverso: Metabolismo di fase I : introduzione di un gruppo ossidrilico (-OH) Citocromo P450 del R.E. Metabolismo di fase II: coniugazione con un composto endogeno polare (acido glucuronico, solfato, glutatione) U DP glucuronil transferasi Solfotransferasi f Glutatione S-transferasi Diventano solubili in acqua- eliminati con la bile o con le urine

44 I livelli di P450 del R.E. variano da individuo ad individuo per fattori genetici e/o ambientali Diminuzione: i i - mutazioni i del gene - esposizione a fattori ambientali - inibitori Aumento: - duplicazione del gene - esposizione a fattori ambientali - induttori

45 Controllo trascrizionale degli enzimi di fase I e II tramite recettori nucleari: recettori per gli steroidi/xenobiotici ti i attivati dai ligandi Sensori degli xenobiotici AhR = recettore per gli idrocarburi i PXR = recettore X del pregnano ACR = recettore costitutitvo per gli androstani formano eterodimeri con RXR (recettore per l acido retinoico) riconoscono nel promotore dei geni CYP XRE = xenobiotic reasponse element

46 Metabolismo etanolo: e un alimento, e un tossico, e psicoattivo!!!! 10% eliminato con respiro, sudore, urine 90 % Metabolizzato nel fegato in piccola parte nella mucosa gastrica CH 2 OH I CH 3 NAD + NADH + H + H-C=O - alcol deidrogenasi I citosolica CH 3 - (MEOS microsomiale) ) NAD + aldeide deidrogenasi (matrice mitocondriale) HO-C=O I CH 3 NADH + H + acetil CoA sintasi C=O~SCoA I CH 3

47 Sintesi dell acetaldeide - due diverse vie metaboliche in base al consumo 1. Consumo moderato ALCOL DEIDROGENASI (enzima costitutivo) Enzima citosolico Zn 2+ dipendente; Km =1mM CH 3 CH 2 OH + NAD + CH 3 CHO + NADH + H + ALDEIDE DEIDROGENASI. ENZIMA LIMITANTE. Bassi livelli in donne ed asiatici: si accumula acetaldeide, anche in presenza di bassa assunzione - conseguenti vari disturbi (nausea, mal di testa, vampate, aumento battito cardiaco.) assunzione di alcol dà sensazione di calore: Vasodilatazione dei vasi periferici per rilascio catecolammine, rapida dissipazione i i di calore, diminuzione i i della temperatura t interna, rischio di assideramento alle basse temperature

48 2. Consumo elevato SISTEMA MICROSOMIALE CHE OSSIDA L ETANOLO (MEOS microsomal ethanol oxidizing system) sistema inducibile CH 3 CH 2 OH + NADPH + H + +O 2 CH 3 CHO + NADP + +H 2 O cit P 450 Meccanismo generale del metabolismo degli xenobiotici 1. idrossilazione mediante MONOOSSIGENASI R-H + NADPH + H + + O 2 R-OH + NADP + +H 2 O 2. Coniugazione con composti polari (es. glucuronato) 3. Eliminazione Circa il 50% dei farmaci metabolizzato da questa via - competizione alcol - farmaco (droga) ETILISTA aumenta il sistema cit P450 - più rapido metabolismo farmaci

49 MODIFICAZIONI METABOLICHE massiccia riduzione del NAD + a NADH e calo dell attivita degli enzimi NAD + dipendenti NAD + /NADH citosolico ~ 1000 NAD + /NADH citosolico ~ in presenza di etanolo aumenta il rapporto lattato/piruvato, diminuisce il piruvato e quindi -calo della gluconeogenesi ed ipoglicemia assunzione di alcol dopo esercizio intenso aumenta rischio di ipoglicemia - calo dell ossalacetato e quindi del ciclo di Krebs - eccesso di acetil ~ CoA e calo ossidazione ed aumentata lipogenesi iperlipidemia e steatosi epatica - lattato compete con urato per escrezione renale e quindi iperuricemia - lattato compete con urato per escrezione renale e quindi iperuricemia dovuta anche ad aumentato catabolismo dell ATP

50 ETANOLO ACETALDEIDE ACIDO ACETICO NAD + NADH + H + NAD + NADH + H + Ac. LATTICO Ac. GRASSI CICLO DI KREBS Ac. PIRUVICO TRIGLICERIDI ACETIL CoA ACIDOSI LATTICA gluconeogenesi IPOGLICEMIA IPERLIPIDEMIA STEATOSI EPATICA CHETOSI lattato compete con urato per escrezione renale e quindi IPERURICEMIA dovuta anche ad aumentato catabolismo dell ATP INDUZIONE DEL MEOS DEFICIT DI O 2 DANNO CELLULARE E TISSUTALE RALLENTAMENTO CATENA RESPIRATORIA PRODUZIONE DI ROS

51 EFFETTI TOSSICI DA ABUSO -ALTERAZIONI METABOLICHE ACUTE E CRONICHE Intossicazione cronica aumento del NADH porta a diminuita gluconeogenesi e ipoglicemia -incremento piruvato, aumento ciclo di Krebs, limitazione lipolisi ed accumulo di FFA nel fegato (steatosi epatica) - AZIONE DIRETTA DELL ACETALDEIDE: - alterazione fluidità di membrana - tossicità da acetaldeide (addotti con proteine, produzione di radicali, perossidazione lipidica - induzione i di ROS e radicale idrossietile i per malfunzionamenti cytp450 Conseguenze Danno cellule intestinali (gastrite alcolica, malassorbimento per danno diretto o indiretto per alterati enzimi) Danno epatico - alterato metabolismo vitaminico e carenza vitaminica diffusa ( in particolare folato per diminuito assorbimento).

52 La concentrazione nel sangue (alcolemia) dipende da : quota ingerita concentrazione alcolica della bevanda modalità di assunzione (digiuno/pasto) composizione corporea (acqua) peso sesso fattori genetici, capacità individuale di metabolizzare l alcol abitudine al consumo di alcol assunzione di alcol dà sensazione di calore: I. vasodilatazione dei vasi periferici per rilascio di catecolammine, II. III. IV. rapida dissipazione di calore, diminuzione della temperatura interna, rischio di assideramento alle basse temperature

53 UNITÀ ALCOLICA = 12 grammi di alcol %vol=mldi alcol / 100 ml di bevanda BEVANDA ALCOLICA Grado alcolico (% vol) Misura standard (ml) grammi di alcol = % vol per 0,8 (peso specifico dell alcol) Quantità di alcol (g) Apporto calorico (kcal) Vino Birra Birra doppio malto Porto, aperitivi Brandy,cognac, grappa whisky, vodka, rhum 4,

54 valori indicativi di alcolemia (mg/ml) in funzione della quantità di alcol ingerito (UA) e del tempo trascorso dall ingestione in condizioni di digiuno (col pasto: + 1 UA per la stessa alcolemia) UOMINI DONNE ORE DALL ASSUNZIONE ORE DALL ASSUNZIONE UA ,13 0, ,38 0,26 0,14 0, ,63 0,51 0,39 0,27 0,15 4 0,88 0,76 0,64 0,52 0,40 5 1,13 1,01 0,89 0,77 0,65 UA ,23 0, ,57 0,45 0,33 0,21 0,09 3 0,92 0,79 0,67 0,56 0,44 4 1,26 1,14 1,02 0,91 0,78 5 1,61 1,49 1,37 1,25 1,1 Dal 2002 il Codice della strada fissa il limite massimo del tasso alcolico in 0,5 mg/ml (multa, sospensione della patente, arresto)

55 LINEE GUIDA INRAN e OMS Una dose accettabile giornaliera da consumarsi durante i pasti può essere indicata entro il limite it di : 2-3 unità alcoliche per gli uomini 1-2 unità alcoliche per le donna 1 unità alcolica per gli anziani 10% calorie totali Per gli adolescenti fino a 15 anni, l OMS raccomanda l astensione totale dal consumo di alcol Gravidanza.Nelle prime fasi della gravidanze, anche assunzioni moderate possono portare a danno. Non è possibile stabilire la dose non tossica e pertanto l alcol va completamente eliminato.

56 CONSUMO DI BEVANDE ALCOLICHE IN ITALIA RELAZIONE DEL MINISTRO DELLA SALUTE AL PARLAMENTO ( ) WHO-HFA: in Italia il consumo medio pro-capite di alcol è stato pari a 8,02 litri nell anno 2006 nella popolazione al di sopra dei 15 anni di età (media europea: 11,6) TUTTAVIA CATEGORIE a RISCHIO molto cresciuta nell ultimo decennio la quota di consumatori che bevono alcol al di fuori dei pasti, con un incremento tra le donne i ragazzi italiani di 11, 13 e 15 anni sono ai primi posti per il consumo settimanale di alcol su 40 paesi europei esaminati. consumo femminile per le giovanissime al di sotto dei 16 anni, tra le quali l abuso di alcol risulta più diffuso che tra i coetanei maschi anziani (in particolare maschi)

57 La detossificazione di alogenuri e nitrocomposti Il glutatione viene coniugato a tali composti dalla GLUTATIONE TRANSFERASI con la conseguenza di renderli inattivi e solubili ed eliminabili con le urine. In alcuni casi viene invece eliminato con la bile l acido mercapturico corrispondente (eliminazione glutammato e glicina da peptidasi e acetilazione dell NH2 della cisteina rimasta).