METIONINA FOLATI VITAMINA B 12 ZINCO

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1 DIETA e METILAZIONE Unità monocarboniosa -CH 3 -CH 2 - -CHO metile metilene formile Coinvolti nella sintesi di basi puriniche e pirimidiniche, amminoacidi, altri importanti composti cellulari (creatina, carnitina, colina, ) METIONINA FOLATI VITAMINA B 12 ZINCO

2 Amminoacidi solforati

3 interesse per il metabolismo degli amminoacidi solforati IPEROMOCISTEINEMA determinata da cause genetiche o nutrizionali fattore di rischio per Ø patologie cardiovascolari (indipendente da ipercolesterolemia o ipertensione) Ø esito infausto per gravidanza alterazione di sviluppo fetale e neonatale (alterata vascolarizzazione della placenta e quindi diminuita funzionalità: aborto, sottopeso neonatale, difetti tubo neurale,) Ø sindrome di Alzheimer e altri disturbi neurologici Ruolo della dieta nella prevenzione o nel contenimento del danno

4 COO - I + H3 N-CH I CH 2 I CH 2 -S-CH 3 COO - I + H3 N-CH I CH 2 I CH 2 -SH COO - I + H3 N-CH I CH 2 -SH metionina Met omocisteina Hcy cisteina Cys legame tioetere -CH 2 -S-CH 3 gruppo sulfidrilico -SH

5 Ruolo di Met, Cys, Hcy Via unidirezionale Met (amminoacido essenziale) Ú Cys (amminacido semiessenziale) Met e Cys nella struttura delle proteine Hcy non entra nella struttura delle proteine ma è indispensabile per il metabolismo della metionina e la sintesi della Cys. S-adenosilmetionina (SAM ) forma attiva della metionina donatore di gruppi metilici -CH 3 I gruppi sulfidrilici della Cys hanno reazioni redox reversibili: regolazione tiolo / disolfuro 2 -SH / -S-Sfondamentale per il controllo dello stato redox cellulare sulfidril switch (ad esempio: glutatione)

6 metionina + ATP Ú SAM + 3 molecole fosfato Carenza dell enzima metionina adenosil transferasi causa persistenti alti livelli di metionina con danni neurologici ATP P~P + P SH adenosina H 2 O

7 THF metionina S-adenosil metionina X METILAZIONE > 50 reazioni metionina sintasi vit B 12 metiltransferasi N 5 -metilthf + serina cistationina sintasi omocisteina cistationina cisteina vit B 6 vit B 6 S-adenosil omocisteina adenosina metil-x creatina quantitativamente più importante colina - fosfolipidi (membrane, VLDL) - neurotrasmettitori (acetilcolina) carnitina adrenalina - istoni -CH 3 - citosina -CH 3 (controllo epigenetico)

8 METIL TRANSFERASI metile utilizzato per la sintesi di una grande varietà di composti Ø Creatina (quantitativamente la più importante) Ø Colina - fosfolipidi (membrane cellulari, VLDL, segnali lipidici) - neurotrasmettitori (acetilcolina) Ø Carnitina Ø Adrenalina Ø istoni, citosina Enzimi specifici per l accettore del metile

9 Nell adulto sintetizzati de novo in quantità sufficiente se precursori assunti in quantità adeguate; abbondanti come tali negli alimenti condizionatamente essenziali in casi particolari COLINA CH 3 CH 3 N + CH 2 CH 2 OH CH 3 etanolammina metionina CARNITINA CH 3 OH esteri di acidi grassi acil~carnitina CH 3 N + CH 2 CH CH 2 COO CH 3 lisina, metionina O NH 2 + CREATINA O = P NH C N CH 2 COO O CH 3 arginina glicina metionina

10 DNA-metiltransferasi Metilazione della citosina presente in un promotore inibisce la trascrizione: impedisce il legame di proteine che stimolano la trascrizione. STRUMENTO DI REGOLAZIONE GENICA. Metilazione degli istoni rende la cromatina compatta, non disponibile alla azione dei fattori di trascrizione Metilazione ) modifica il genoma senza alterare la sequenza, e permette un adattamento rapido e permanente a modifiche ambientali Glicina-metiltransferasi (fegato e pancreas) Formazione di metil glicina o sarcosina Funzione regolatoria di tampone di eccesso di metili

11 Dopo la cessione del metile, la S- adenosil metionina diventa S- adenosil omocisteina Affinchè possa essere riutilizzata, la omocisteina si deve staccare dalla adenosina - interviene l enzima S-ADENOSIL OMOCISTEINA IDROLASI S-adenosil omocisteina à omocisteina + adenosina A questo punto la omocisteina ha varie opzioni v essere METILATA e ridiventare METIONINA v andare incontro a TRANSULFURAZIONE e diventare CISTEINA v essere esportata nel plasma ed eliminata dal rene

12 Vitamine e Metabolismo dell unità monocarboniosa

13 zinco e metabolismo dell unità monocarboniosa Nel fegato: enzima ZINCO dipendente: betaina-omocisteina metil transferasi

14 BETAINA Nel fegato il 50% della omocisteina viene riciclata utilizzando come donatore la betaina (o trimetilglicina) che si forma dalla ossidazione della colina fosfatidilcolina à colina (CH 3 )-N + -CH 2 -CH 2 OH à betaina (CH 3 ) N + -CH 2 -COO - betaina-omocisteina metil transferasi - enzima ZINCO dipendente Importante in carenza della via folato- B 12 Usata come SUPPLEMENTO per quei pazienti con elevata Hcy plasmatica dovuta ad alterazioni metaboliche dipendenti dal folato (ad esempio deficienza in N 5,N 10 metilene THF reduttasi)

15 I. la omocisteina viene ritransformata metionina ad opera della METIONINA SINTASI L enzima non può funzionare in caso di inadeguato apporto di gruppi -CH 3 a causa di Ø mancanza di donatori - folati, betaina Ø carenza del cofattore - metilcobalammina o zinco Conseguenza: accumulo di omocisteina e bassi livelli di SAM

16 II. LA OMOCISTEINA VIENE TRANSFORMATA IN CISTEINA 1 tappa irreversibile - CISTATIONINA β -SINTASI Hcy + serina (cistationina β-sintasi - B 6 ) à cistationina + H 2 O OOC-CH(NH 2 )-CH 2 -CH 2 -S-CH 2 -CH(NH 3+ )-COO Difetto enzimatico della cistationina β-sintasi PLP dipendente porta ad accumulo di Hcy, esportata nel plasma Capacità di discriminare fra metilazione e transulfurazione tramite SAM - REGOLATORE ALLOSTERICO inibitore della N 5,N 10 metilenethf reduttasi attivatore della cistationina β-sintasi (per rimuovere eccesso di metionina)

17 2 tappa: CISTATIONINA γ-liasi (PLP dipendente) Cistationina + H 2 O à cisteina + α -chetobutirrato + ammoniaca FONTE ENERGETICA α -chetobutirrato (decarbossilazione ossidativa) à propionilcoa à succinil CoA

18 Regolazione allosterica della cistationina β-sintasi un dominio N terminale regolatorio contenente eme: risponde allo stato redox cellulare un dominio catalitico con il PLP un dominio C teminale regolatorio che lega la SAM ü Attivazione da alti livelli di SAM - rimuove Met in eccesso ü Regolazione redox - sintesi glutatione (γ Glu-Cys-Gly) meccanismo indipendente dallo stato di metilazione: cambiamento dello stato redox del Fe -eme funziona da sensore e permette di sintetizzare cisteina per il GSH durante stress ossidativo

19 Regolazione ormonale a livello trascrizionale della cistationina β-sintasi Inibita da insulina (nel diabete alti livelli epatici) Indotta da AMPc, glucagone, glucorticoidi La regolazione ormonale della cistationina sintasi serve a: Ø durante lo stato di nutrizione: per conservare la metionina Ø durante lo stato di digiuno: per promuovere il catabolismo energetico con formazione di α-chetobutirrato

20 TRANSMETILAZIONE vs TRANSULFURAZIONE dipende dallo stato di metilazione: in una dieta normale 38 % verso la rimetilazione e 62 % verso la transulfurazione La Cys risparmia la Met quando il rapporto Met:Cys nella dieta varia fra 1:1e 2:1 Eccesso di SAM -regolatore allosterico - attiva enzimi del catabolismo (cistationina β-sintasi). Catabolismo molto ristretto in carenza di amminoacidi e riciclato più volte, priorità alla sintesi proteica La scissione del glutatione (γglu-cys-gly, GSH) contribuisce a fornire Cys in presenza di bassi livelli di Cys

21 IPEROMOCISTEINEMIA dovuta a Difetto di sintesi del 5 metil THF Difetto di rimetilazione della omocisteina a metionina Difetto nella transulfurazione Evidenziata nel 1962 Causa o indicatore di malattia? Nel sangue : - libera 1-2% - coniugata a proteine (albumina) - disolfuri misti Hcy-Hcy; Hcy-Cys soglia iperomocistinemia = 12 µmol/l valori desiderabili 9-10 µmol/l

22 Ipometilazione Meccanismi biochimici del danno vascolare Addotti a gruppi tiolici plasmatici, inibizione enzimi antiossidanti cellulari, stress ossidativo Alcune conseguenze fisologiche (endotelio e piastrine) Aumento della risposta infiammatoria (endotelio) Alterata funzionalità piastrinica (aumentata sintesi trombossani), Anormalità della coagulazione e della fibrinolisi Diminuzione dei livelli di ossido nitrico dovuto a formazione di S-nitroso-Hcy NO ha azione vaso dilatatoria dovuta a rilassamento della muscolatura vasale

23 DIFETTI GENETICI (rari) Iperomocisteinemia elevata omocistinuria congenita: forma classica dovuta a difetto della cistationina sintasi (lieve innalzamento nell eterozigote) diminuita rimetilazione a metionina per carenza della metilen- THF reduttasi (MTHFR) o della metionina sintasi Iperomocisteinemia moderata nella forma termolabile di MTHFR NUTRIZIONALI: carenza di vit B 6, B 12 o folati ALTERATA FUNZIONALITA RENALE con dimuita clearance FARMACI CON ATTIVITA ANTIVITAMINICA teofillina -usata per l asma- per la B 6 valproato - usato per la epilessia- per il folato

24 CISTEINA Ø sintesi di proteine Ø glutatione (γglu-cys-gly) (antiossidante) Ø CoASH (metabolismo acidi grassi) Ø taurina (SO 3- -CH 2 -CH 2 -NH + 3 ) (formazione dei sali biliari) Ø zolfo inorganico (sintesi di solfolipidi) α-chetoacido (βmercaptopiruvato) à piruvato + H 2 S H 2 S à solfato tramite l enzima solfito ossidasi MOLIBDENO (Mb) dipendente

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26 Molibdeno Presente in legumi e cereali, latte, fegato Scarso in frutta, pesce EFSA 2013 AI = 65 µg/die (adulto M e F anche in gravidanza e allattamento) Xantina deidrogenasi/ossidasi purine à acido urico Solfito ossidasi solfitoà solfato Carenze genetiche della solfito ossidasi portano a danni neurologici e morte a 2-3 anni dovute a - concentrazioni tossiche di solfito - insufficiente solfato per la sintesi di solfolipidi

27 Sindrome di Down o trisomia del cromosoma 21 Sovraespressione di geni fra cui cistationina b sintasi superossido dismutasi (SOD) geni della sintesi basi puriniche Alterazioni metaboliche fra cui alterazione del metabolismo della unità monocarboniosa, spostato verso la transulfurazione diminuiti livelli di metionina aumento 5 metil THF e trappola dei folati aumento specie radicaliche elevati livelli di acido urico Dieta ad hoc fra cui supplementazione di metionina, folato, B12, selenio

28 Sindrome di Down Û stress ossidativo Û perossidazione lipidica (neuroni) Û compensatorio della glutatione perossidasi e via del pentosop