MetabolismoIl metabolismo è l’insieme delle migliaia di reazioni chimiche che
avvengono in tutte le cellule.
Le reazioni chimiche che compongono il metabolismo sono
organizzate nelle :
VIE METABOLICHE
le molecole sono trasformate attraverso una serie di reazioni
chimiche in altre molecole per mezzo dell’azione sequenziale di
enzimi.
Ogni reazione chimica rappresenta uno stadio metabolico
Metabolismo
pag. 2
Il metabolismo si divide in tre insiemi di processi:
anabolismo,
che produce
molecole
complesse utili
alla cellula a
partire da
molecole più
semplici
metabolismo
energetico, che
comporta il
recupero
dell'energia
producendo
molecole di ATP
catabolismo,
che comporta la
degradazione di
molecole
complesse in
molecole più
semplici e
produce energia
Catabolismo
Nutrienti
(composti che
vengono
ossidati )
Carboidrati
Lipidi
Proteine
Prodotti finali
del
metabolismo
CO2
H20
NH 3
Biomolecole
cellulari
Carboidrati
Lipidi
Proteine
Acidi nucleici
Molecole semplici
precursori
Amminoacidi
Monosaccaridi
Acidi grassi
Basi azotate
Anabolismo
ADPNAD +
FAD
ATP
NADH
FADH2
Energia chimica per
svolgere varie forme di
lavoro che richiedono ATP
Ruoli
dell’ATP Contrazione
muscolare
Attivazione di vie metaboliche
(es. Sintesi di acidi grassi,
proteine etc..)
Trasporto attivo di metaboliti
attraverso le membrane
biologiche
Le ATPasi di trasporto, dette anche pompe
ioniche, sfruttano l'idrolisi di ATP per
trasportare ioni o protoni contro il
gradiente di concentrazione.
Dall’ATP si forma
l’AMP ciclico, una
molecola che
funge da
“secondo
messaggero”
nella trasduzione
del segnale
ormonale
Metabolismo dei carboidrati:
Glucosio
Glucosio 6-fosfato
Acido
piruvico
AcetilcoA
Glicolisi (via metabolica
ubiquitaria)Gluconeogenesi
(fegato e reni)
Glicogeno (fegato e muscolo)
glicogenosintesiglicogenolisi
Ribosio-5-fosfato
Ciclo dei
pentosi
Ciclo di Krebs (avviene nei
mitocondri) CO2 + H20
Metaboliti che possono entrare
in altre vie metaboliche
Metabolismo del glucosio
e di altri carboidrati
Nucleotidi
La glicolisi
E’ una via catabolica ubiquitaria
si svolge nel citoplasma, sia delle cellule
procarioti che eucarioti, in assenza di
ossigeno.
Per ogni molecola di glucosio che viene
ossidata, la cellula puo’ sintetizzare 2 molecole
di ATP
Ciclo di Krebs
Ciclo di
Krebs
AcetilcoA
è una via metabolica che consente di degradare
gli acidi grassi con produzione di acetil-CoA.
La β-ossidazione porta alla riduzione dei coenzimi
FAD e NAD+.
β-ossidazione degli acidi grassi
L’ acetil-CoA diventa uno dei metaboliti del
ciclo di Krebs
Catabolismo
Nutrienti
(composti che
vengono
ossidati )
Carboidrati
Lipidi
Proteine
Prodotti finali
del
metabolismo
CO2
H20
NH 3
Biomolecole
cellulari
Carboidrati
Lipidi
Proteine
Acidi nucleici
Molecole semplici
precursori
Amminoacidi
Monosaccaridi
Acidi grassi
Basi azotate
Anabolismo
ADPNAD +
FAD
ATP
NADH
FADH2
Energia chimica per
svolgere varie forme di
lavoro che richiedono ATP
Catena respiratoria mitocondriale
Come cambia il Metabolismo in diverse
condizioni fisiologiche?
•Condizioni di buona alimentazione
•Digiuno breve e prolungato
Che ruolo hanno gli ormoni nella regolazione
del metabolismo?
Integrazione metabolica tra organi e tessuti
diversi ( es. fegato, tessuto adiposo, tessuto
muscolare etc..)
Integrazione e regolazione delle vie metaboliche
Diverse vie metaboliche sono comuni a molti
tessuti ma non avvengono contemporaneamente
e con la stessa intensità in tutti i tipi di cellule.
All’interno di uno stesso tessuto il peso di una
via metabolica rispetto ad un’altra dipende da
molti fattori come lo stato nutrizionale e il quadro
ormonale
Quadro metabolico nella fase di alimentazione
•Dopo un pasto avviene la digestione e poi
l’assorbimento dei nutrienti.
•Seguono dei meccanismi di regolazione
favoriscono la sintesi di glicogeno, trigliceridi
e proteine.
Quadro metabolico nella fase di alimentazione
•l’aumento dei livelli ematici di glucosio, e
di aminoacidi che si verifica in questa fase
provoca, a livello del pancreas, un
aumento della secrezione dell’ormone
insulina e una diminuzione della
secrezione dell’ormone glucagone.
Entrambi sono secreti dal pancreas
Quadro metabolico nella fase di alimentazione
•Sotto il controllo dell’insulina,molti tessuti
adeguano il proprio corredo enzimatico per
favorire il passaggio dei nutrienti dal sangue
alle cellule e per regolarne il flusso verso
l’ossidazione (es. glicolisi) e/o
l’immagazzinamento (glicogenosintesi)
I livelli plasmatici di glucosio (GLICEMIA) devono
rimanere sempre costanti .
60-119 mg/dl plasma glicemia
normaleUna glicemia di 70 mg/dl corrisponde a ~ 3,9 mmol/l
Definizione di diabete WHO (4/2000)
Il termine diabete mellito descrive un disordine metabolico, ad eziologia multipla, caratterizzato
da un’iperglicemia cronica e da alterazioni del metabolismo lipidico e proteico, che conseguono
al difetto della secrezione insulinica, del suo effetto biologico o di ambedue.
DIABETE
Diabete di tipo 1 o insulino dipendente:
• Scomparsa delle funzioni delle cellule beta del pancrease quindi assenza di risposta insulinemica postprandiale.
• E`meno frequente del tipo 2 (<0,5%)
• E’ rappresentato per la quasi totalita`dalla formaimmuno-mediata (presenza di autoanticorpi)
• L’eta` di esordio e` tipicamente < 30 anni (picco tra 12 e14 anni)•
Ruolo dell’insulina nel modulare il trasporto del
glucosio mediate dal carrier GLUT4
In assenza di insulina come si osserva nei pazienti affetti da
diabete insulino- dipendente, il glucosio non viene
trasportato all’interno della cellula
DIABETE
Diabete di tipo 2 o non insulino dipendente:
• Rappresenta quasi il 90% di tutti i casi di diabete• è associato a obesità (presente in oltre l’80% deipazienti)• Ma manca evidenza di autoimmunità (Non presentanoanticorpi)
• Caratterizzato dalla presenza di insulino-resistenza e/osecrezione insulinica non sufficiente al controllometabolico
•Si parla di insulino-resistenza quando le cellule
dell’organismo presentano una minore sensibilità
all’azione dell’insulina
• ne consegue che il rilascio dell’ormone, in dosi
note, produce un effetto biologico inferiore rispetto
a quanto previsto, il che può portare a diabete
mellito di tipo 2
•le cause possono essere ormonali (le più
comuni), genetiche, o farmacologiche
insulino-resistenza
INSULINO _ RESISTENZA il glucosio non viene trasportato
all’interno della cellula perché i recettori
Recettori alterati
Markers biochimici per valutare il
metabolismo dei carboidrati
Glicemia
Emoglobina glicata (HbA1C )Curva di tolleranza al glucosio
(curva da carico)
Glicazione non enzimatica (reazione tra glucosio e proteine)
•Avviene in vivo
•Sono suscettibili sia le proteine intracellulari che quelle extracellulari
•Nei pazienti diabetici si evidenziano livelli maggiori di proteine glicate
Glicazione non enzimatica (reazione tra glucosio e proteine)
Relazione tra i livelli di emoglobina
glicata (HbA1C ) e i livelli di glucosio
nel sangue
Il processo di glicazione è lento, il dosaggio dei livelli di HbA1C rappresenta un indice dei valori di glicemia
svincolato dalle fluttuazioni giornaliere e fornisce una stima della condizione glicemica delle 4-6
settimane precedenti il prelievo. Andrebbe ripetuto ogni 2-3 mesi.
Relazione tra i livelli di emoglobina glicata e i livelli di glucosio nel
sangue
Il valore mediodell’emoglobina neisoggetti non diabeticisi aggira intorno al6%.
Valori > 8% sonoconsiderati patologici
La figura mostra le variazione della concentrazione del glucosio
plasmatico che seguono l’ingestione di glucosio.
Quadro metabolico nella fase di digiuno -1
Nel digiuno l’abbassamento della glicemia provoca un
aumento di secrezione del glucagone e una diminuzione
della secrezione di insulina.
Questa condizione permette di soddisfare l’esigenza
fondamentale di mantenere il glucosio ematico a livelli
adeguati per il metabolismo energetico del cervello e di
altri tessuti che dipendono da questo nutriente.
Quadro metabolico nella fase di digiuno
.
.
Fase iniziale del digiuno
Viene attivata la glicogenolisi epatica mentre processi
lipogenici (sintesi di trigliceridi) sono interrotti
L’ormone che attiva questi processi è il glucagone
Quadro metabolico nella fase di digiuno
Fase avanzata
•Viene attivata la gluconeogenesi epatica e il glucosio formato
viene riversato nel sangue
•Viene attivata la degradazione delle proteine nel muscolo e
gli scheletri carboniosi degli amminoacidi utilizzati per la sintesi
di glucosio nel fegato (via metabolica della gluconeogenesi)
Gluconeogenesi
È la via opposta alla glicolisi e permette la sintesi di
glucosio a partire da molecole che non appartengono
alla famiglia dei carboidrati come glicerolo, acido lattico
e l’aminoacido alanina.
Avviene nel fegato principalmente e nei reni
E’ regolata da ormoni ( Es. cortisolo)
diversi dai carboidrati
Piruvato
Lattico deidrogenasi
Trigliceridi
Lipolisi
Aumento LDH
glicolisi
Enzima
Lattico
deidrogenasi
gluconeogenesi
Relazioni tra organi
Cori fu un biochimico che studiò la
relazione tra fegato e muscolo
Enzima Lattico deidrogenasi
Quadro metabolico nella fase di digiuno
Fase avanzata
•Nel tessuto adiposo viene attivata la lipolisi che porta alla
formazione di glicerolo (precursore della gluconeogenesi) e
di acidi grassi che vengono immessi in circolo e saranno
utilizzati dalle cellule per ricavare energia (beta-ossidazione
mitocondriale)
•L’utilizzazione massiccia di acidi grassi porta alla formazione
dei corpi chetonici che possono essere utilizzati a scopo
energetico nel cervello e in altri tessuti
Il tessuto adiposo ha un ruolo importante nel
metabolismo dei trigliceridi
Acidi grassi liberi
Lipolisi e lipogenesi sono
controllate da ormoni in
diverse condizioni
fisiologiche (es. digiuno)
Lipasi ormone
sensibile
Tessuti
Lipolisi - Mobilizzazione dei
trigliceridi nel tessuto adiposo.
regolazione ormonale
L’enzima viene
fosforilato e
attivato
Es.
glucagonerecettore