Le vitamine sono sostanze organiche essenziali, molte di queste infatti non possono essere sintetizzate dall organismo

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2 Le vitamine sono sostanze organiche essenziali, molte di queste infatti non possono essere sintetizzate dall organismo Sono precursori di molti coenzimi Il fabbisogno di queste sostanze dipende dalla vitamina ed è influenzato da età,, sesso, condizioni fisiologiche: allattamento gravidanza attività fisica ed alimentazione

3 con un alimentazione equilibrata, il fabbisogno giornaliero di vitamine è coperto; l alimentazione sbagliata (ad esempio poco variata) o anche disturbi nell assorbimento possono portare ad un apporto insufficiente di vitamine, la conseguenza è l ipovitaminosi che, in casi estremi sfocia nell avitaminosi il sovradosaggio di vitamine porta, solo nel caso delle vitamine A e D, ad ipervitaminosi con sintomi di intossicazioni

4 Le vitamine vengono classificate, in base alla loro solubilità,, in vitamine liposolubili e vitamine idrosolubili vitamine liposolubili: dal punto di vista chimico appartengono agli isoprenoidi,, tra queste ricordiamo le vitamine A, D, E, K ed F vitamine idrosolubili: classe variegata di vitamine formata da diversi tipi di molecole dal punto di vista chimico: B 1, B 2 (riboflavina, nicotinato, pantonenato), B 6, B 12, C ed H

5 Vitamine solubili in acqua

6 Vitamine solubili in acqua

7 Vitamine solubili in acqua

8 Le vitamine precursori di coenzimi

9 Vitamina B 1 La vitamina B 1, o tiamina, è formata da 2 sistemi ciclici un anello pirimidinico un anello tiazolico. N N N + S CH 3 H 3 C NH 2 OH

10 Vitamina B 1 La forma attiva della vitamina B 1 è la tiamina pirofosfato (TPP) Partecipa come coenzima gruppi aldeidici attivi per esempio di trasferimento di nella decarbossilazione ossidativa di α-chetoacidi nelle reazioni di transchetolasi nella via dell esosomonofosfato esosomonofosfato.

11 La transchetolasi trasferisce una unità bicarboniosa al sito dell anello tiazolico del coenzima, la tiamina pirofosfato l atomo di carbonio C-2 del TPP legato si ionizza facilmente per dare un carbanione Il risultante composto di addizione rilascia ilprodotto aldosico e si forma una unità di gliceraldeide attivata

12 Vitamina B 1 Una mancanza di questa vitamina causa il beriberi disturbi neurologici insufficienza cardiaca atrofia muscolare i cui sintomi sono

13 Vitamina B 2 La vitamina B 2, è un complesso di varie vitamine: O 1. Riboflavina 2. Folato 3. Nicotinato 4. Pantotenato O N N H H H N N CH 2 OH OH OH CH 2 OH CH 3 CH 3

14 Vitamina B 2 1. Riboflavina è un componente dei gruppi prostetici flavina mononucleotide (FMN)) e flavina adenina dinucleotide (FAD). FMN e FAD sono legati covalentemente a varie ossidoreduttasi e servono al trasferimento di elettroni e atomi di idrogeno. Avitaminosi specifiche non sono note

15 Vitamina B2 2. Folato (pteridina) è composto da 3 parti: H 2 N N OH N N N HN H O N COO- CH 2 H CH 2 COO- anello pteridinico gruppo dell acido para-ammino benzoico un residuo di glutammato Dopo riduzione a tetraidrofolato viene utilizzato come coenzima nel trasferimento di unità C1.

16 Vitamina B2 La mancanza di folato, che è abbastanza frequente, causa modificazioni nel quadro ematologico con: aumentata presenza di precursori anomali di megalociti (anemia megaloblastica), in quanto la sintesi degli acidi nucleici è alterata. In stadi avanzati della malattia si hanno ulteriori danni generali, in quanto anche la sintesi dei fosfolipidi e il metabolismo degli aminoacidi subiscono modificazioni

17 Vitamina B2 3. Nicotinato e nicotinammide: denominati anche niacina sono necessari per la biosintesi dei 2 coenzimi: nicotinammide adenina dinucleotide (NAD + ) nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADP + ), Hanno la funzione di trasferire elettroni e atomi di idrogeno (ioni idruro o equivalenti riducenti). O COO- NH 2 N N

18 Vitamina B2 Gli animali sono in grado di trasformare il triptofano in nicotinato,, anche se con una resa bassa. Per questo motivo si riscontra avitaminosi solo quando nell alimentazione mancano contemporaneamente: nicotinato/nicotinammide e triptofano L avitaminosi si manifesta con disturbi della pelle pellagra) con disturbi della digestione depressione

19 Vitamina B2 Acido pantotenico C H 3 CH 3 O OH OH è l ammide acida di β-alanina e 2,4 diidrossi-3,3- dimetilbutirrato (pantoinato). Questa vitamina serve per la biosintesi del coenzima A (CoA) Partecipa al metabolismo di molti acidi carbossilici La proteina trasportatrice di acili (ACP) contiene pantotenato nel suo gruppo prostetico A causa dell ampia diffusione del pantotenato negli alimenti, le ipovitaminosi sono rare N H COO-

20 CH 3 B 1 H 3 C N N NH 2 N + S OH O N N CH 3 B 2 H H H CH 2 OH OH OH CH 2 OH O N N CH 3 Pteridina N OH N HN H O N COO- CH 2 H H 2 N N N CH 2 COO- Nicotina, Nicotinammide N COO- N O NH 2 Pantotenato C H 3 CH 3 O OH OH N H COO-

21 Vitamina B 6 La vitamina B 6, è costituita da un gruppo di 3 piridine sostituite: il piridossale il piridossolo O H la piridossamina HO CH 2 OH H 3 C N

22 Vitamina B 6 La forma attiva della vitamina B 6, il piridossalfosfato, coenzima importante nel metabolismo degli aminoacidi. Anche la glicogeno fosforilasi, l enzima della degradazione del glicogeno, contiene piridossalfosfato. L avitaminosi è rara

23 Vitamina B 12 Detta anche cobalamina, è un sistema ciclico complesso (corrina) contenente cobalto come atomo centrale. La vitamina viene sintetizzata esclusivamente dai microrganismi Si trova prevalentemente nel fegato ed anche nella carne, nelle uova e nel latte; non è invece presente nei prodotti di origine vegetale

24 Vitamina B 12 La vitamina viene assorbita solo se la mucosa gastrica secerne il cosiddetto fattore intriseco, una glicoproteina capace di legare la vitamina e la protegge così dalla degradazione. Anche nel sangue la vitamina è legata ad una proteina specifica, la transcobalamina. Il fegato può immagazzinare la vit. B 12.

25 La cobalamina partecipa al metabolismo dando reazioni di trasposizione Agisce come coenzima nella trasformazione di metilmalonil-coa in succinil- CoA Nella formazione di metionina ad omocisteina. I derivati della cobalamina partecipano anche nella riduzione di ribonucleotidi a deossiribonucleotidi. Avitaminosi o disturbi sono di solito causati dalla mancanza del fattore intrinseco e portano all anemia perniciosa

26 Vitamina C La vitamina C è l acido ascorbico. Solo gli esseri umani, le scimmie e i porcellini d India hanno bisogno di questa vitamina perché manca loro la l-gluconolattone ossidasi L enzima che catalizza l ultima reazione della trasformazione del glucosio in ascorbato La vitamina C si trova in particolare nella frutta e nella verdura fresca; a molte bevande rinfrescanti e alimenti viene aggiunto acido ascorbico sintetico. La bollitura distrugge lentamente la vitamina.

27 Nell organismo serve come riducente in varie reazioni, tra cui : HO O la sintesi del collageno la degradazione della tirosina la sintesi delle catecolamine la biosintesi degli acidi biliari HO HO Il fabbisogno giornaliero di vitamina C è di 60 mg ed è quindi relativamente alto per una vitamina. L ipovitaminosi C non è rara, si manifesta dopo alcuni mesi sotto forma di scorbuto, malattia caratterizzata da danni del tessuto connettivo, emorragie e perdita di denti O H CH 2 OH

28 O Vitamina H HN NH La vitamina H, o biotina, si trova nel fegato, nel tuorlo d uovo ed in altri alimenti e viene anche sintetizzata dalla flora intestinale. Nell organismo la biotina è legata covalentemente, attraverso una catena laterale della lisina, ad enzimi che catalizzano reazioni di carbossilazione, ad esempio la piruvato carbossilasi. S COO-

29 Vitamina H La biotina viene legata con alta specificità dall avidina, una proteina che si trova nel bianco d uovo. La bollitura denatura l avidina, quindi solo il consumo di albume crudo porta alla mancanza della vitamina.

30 O H B 6 HO CH 2 OH H 3 C N B 12 HO O C HO HO O H CH 2 OH O H HN NH S COO-

31 Coenzimi In molte reazioni catalizzate da enzimi vengono trasferiti elettroni o gruppi di atomi da un substrato donatore ad un accettore. A queste reazioni partecipano sempre altre molecole che legano temporaneamente il gruppo da trasferire. Queste molecole di assistenza vengono dette coenzimi

32 Sulla base dell'interazione con l'enzima, questi composti possono essere suddivisi in: (1) coenzimi solubili (2) gruppi prostetici (3) Coenzimi redox (1) I coenzimi solubili durante il ciclo catalitico, si legano all'enzima come substrati, vengono modificati chimicamente e poi rilasciati nella soluzione. La forma iniziale del coenzima viene rigenerata attraverso una seconda reazione indipendente.

33 (2) I coenzimi saldamente legati ad un enzima non si dissociano alla fine del ciclo catalitico e vengono chiamati gruppi prostetici Il gruppo legato dal coenzima viene poi trasferito ad un substrato accettore dello stesso enzima.

34 (3) Coenzimi redox Tutte le ossidoreduttasi coenzimi. utilizzano Nelle reazioni redox,, insieme agli elettroni,, vengono trasferiti da una molecola ad un'altra anche uno o due protoni. Per questo motivo si dice che vengono trasferiti equivalenti riducenti.

35 I nucleotidi piridinici NAD + e NADP + (1) sono i coenzimi di molte deidrogenasi. Essi trasportano ioni idruro (2e- e 1H + ) e agiscono sempre in forma solubile. NAD + trasporta equivalenti riducenti dalle vie cataboliche alla catena respiratoria e serve per il metabolismo energetico. NADP + invece raccoglie elettroni da utilizzare nelle più importanti biosintesi

36 Questi nucleotidi contengono adenosina legata ad un nucleotide nicotinamidico. Il NADP+ contiene un ulteriore gruppo fosforico sull ossidrile in posizione 2 dell adenosina

37 I coenzimi flavinici FMN e FAD (2) sono per lo più saldamente legati ad enzimi. Il gruppo redox attivo dei due coenzimi è costituito dalla flavina (isoallossazina), un sistema a tre anelli che può assumere nella forma ridotta due eletttoni e due protoni. FMN contiene il ribitolo un polialcol a cinque atomi di carbonio in forma fosforilata;

38 FAD si forma dall'fmn mediante legame con l'amp. I due coenzimi sono funzionalmente paragonabili e sono utilizzati dalle deidrogenasi ossidasi monoossigenasi

39 Flavina adenina dinucleotide (FAD). L adenosina è legata alla riboflaviva mediante due gruppi fosforici.

40 (3) Nell'acido lipoico il centro redox attivo è rappresentato da un ponte disolfuro intramolecolare. L'acido lipoico attivo è legato covalentemente ad un residuo di lisina (R') dell'enzima e partecipa soprattutto alla decarbossilazione ossidativa di 2-chetoacidi2 chetoacidi.

41 La funzione dell'ubichinone o coenzima Q è quella di trasportatore mobile di elettroni e protoni nell ambito della catena respiratoria. Con la riduzione, il chinone si trasforma nella forma aromatica di idrochinone.

42 Emogruppi che svolgono la funzione di cofattori redox sono presenti nella catena respiratoria fotosintesi monoossigenasi perossidasi. A differenza di quanto accade nell'emoglobina, in questi casi lo ione ferro cambia valenza.

43 Coenzimi per il trasferimento di gruppi I nucleosidi fosfato non sono solo i precursori della biosintesi degli acidi nucleici, ma possiedono anche funzioni coenzimatiche Essi servono per la conservazione dell'energia e rendono possibili processi endoergonici,, mediante accoppiamento energetico (CTP, GTP,UTP)

44 I metaboliti vengono spesso resi più reattivi (attivatti) mediante il trasferimento nella loro molecola di residui fosfatidici (fosforilazione). Il legame di zuccheri a nucleosidi difosfato genera molecole reattive che si comportano da precursori nella sintesi dei polisaccaridi e dei lipidi.

45 L energia presente nei nucleosidi trifosfato viene utilizzata nelle reazioni di formazione di legami chimici catalizzate dalle ligasi.

46 I residui acilici vengono attivati mediante il legame al coenzima A In questo composto, la pantoteina è legata al 3'-fosfo fosfo-adp mediante un legame estere. La pantoteina è formata da tre componenti uniti da legami ammidici: 1. una vitamina 2. la β-alanina che si forma dalla decarbossilazione dell'aspartato 3. la cisteammina, un'ammina che trae origine dalla decarbossilazione della cisteina.

47 Mediante la reazione del gruppo tiolico del residuo cisteamminico con un gruppo carbossilico si forma un tioestere, per esempio l'acetil-coa. Questa reazione è fortemente endoergonica e di conseguenza accoppiata a processi esoergonici.

48 I tioesteri rappresentano la forma attivata degli acidi organici, quando i residui acilici devono essere trasferiti da una molecola ad un'altra. Nel metabolismo, questo processo viene utilizzato frequentemente.

49 Questo derivato dell adenosina trasporta gruppi acilici uniti in modo covalente mediante legami tioesteri al suo gruppo sulfidrilico. CoA

50 La tiamina pirofosfato è in grado di attivare aldeidi o chetoni sotto forma di gruppi idrossialchilici e di donarli poi ad altre molecole. Questo tipo di trasferimento di gruppi è importante per esempio nella reazione della transchetolasi.

51 Residui idrossi-alchilici si formano anche nella decarbossilazione dei chetoacidi. Essi vengono liberati sotto forma di aldeidi o trasferiti al gruppo prostetico lipoammide, come nel caso delle 2- chetoacido deidrogenasi

52 Il piridossalfosfato E il coenzima più importante nel metabolismo degli amminoacidi. Il piridossalfosfato partecipa anche ad altre reazioni in cui sono coinvolti gli amminoacidi, come le loro decarbossilazioni o deidratazioni.

53 La forma aldeidica del piridossalfosfato non esiste in forma lineare. In assenza di substrati il gruppo aldeidico è legato, con formazione di aldimmina (base di Schiff protonata), al gruppo ε-amminico di un residuo di lisina dell'enzima.

54 Le carbossilasi Hanno come enzima la biotina unita all'enzima con un legame ammidico tra il gruppo carbossilico della sua catena laterale ed un residuo di lisina dell'enzima. La biotina reagisce con il bicarbonato (HCO 3- ) per formare N-carbossibiotina. La reazione richiede ATP. Questa forma attivata dell'anidride carbonica può essere trasferita ad altre molecole.

55 La sintesi di malonil-coa dall'acetil acetil-coa oppure la formazione di ossalacetato dal piruvato sono esempi di reazioni dipendenti dalla biotina

56 Il tetraidrofolato (THF) è un coenzima che può trasferire unità monocarboniose a vari livelli di ossidazione. Il THF deriva dalla vitamina acido folico, mediante duplice idratazione dell'anello pterinico.

57 Le unità monocarboniose possono essere Le unit possono essere legate agli atomi di azoto N-5N o N-1O o, in alcuni casi, ad entrambi. I derivati più importanti del THF sono: a.n formil-thf, in cui l'unità monocarboniosa ha lo stato di ossidazione di un gruppo carbossilico; b.n 5,N,N 10 -metilene-tfh in cui l'unità monocarboniosa ha lo stato di ossidazione di un gruppo aldeidico;

58 c. N5-metile metile-thf in cui l'unità monocarboniosa ha lo stato di ossidazione di un gruppo alcolico. Le unità monocarboniose che vengono trasferite dal THF servono nelle sintesi di nucleotidi purinici del dtmp della metionina.