Appunti VERIFICATO
Biochimica dispense
Università degli studi di Firenze biologia molecolare e applicata curriculum biosanitario e della nutrizione 2022
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Di cosa parla
- Metabolismo Generale
- Insieme di processi (catabolismo ed anabolismo) che usano ATP e sono catalizzati dagli enzimi.
- Le vie metaboliche sono irreversibili (ΔG<0) e regolate.
- Energia di Gibbs: ΔG = ΔH - TΔS. ΔG<0 per reazioni spontanee.
- ATP: Trasportatore di energia per accoppiare reazioni eso/endoergoniche. Non un accumulatore, ma un carrier transitorio.
- Idrolisi: ATP → ADP + Pi (-30kJ/mol) o ATP → AMP + PPi (-32kJ/mol, con ulteriore idrolisi di PPi).
- Sintesi: Fosforilazione a livello del substrato e Fosforilazione ossidativa.
- Metabolismo dei Carboidrati
- Digestione: Inizia in bocca (α-amilasi salivare), continua nell'intestino (α-amilasi pancreatica, disaccaridi). La cellulosa è indigeribile.
- Glicogeno e Amido: Polimeri del glucosio. Glicogenolisi (degradazione) e Glicogenosintesi (sintesi).
- Glicogenolisi: Glicogeno → Glucosio-1-fosfato → Glucosio-6-fosfato. Regolata da glicogeno fosforilasi (attiva, fosforilata da PKA, attivata da glucagone/adrenalina, inibita da insulina) e enzima deramificante.
- Glicogenosintesi: Glucosio → Glucosio-6-fosfato → Glucosio-1-fosfato → UDP-Glucosio → Glicogeno. Regolata da glicogeno sintasi (attiva, defosforilata da PP1, attivata da insulina, inibita da glucagone/adrenalina).
- Metabolismo del Lattosio: Lattosio → Glucosio + Galattosio (lattasi). Galattosio entra in glicolisi tramite conversione a Glucosio-6-fosfato (coinvolge galattochinasi, epimerasi).
- Metabolismo del Fruttosio: Fruttosio → Fruttosio-6-fosfato (esochinasi) o Fruttosio-1-fosfato (fruttochinasi) → diidrossiacetone fosfato + gliceraldeide (aldolasi A). Bypassa i controlli ormonali della glicolisi.
- Trasporto del Glucosio: GLUT1, GLUT2, GLUT3 (ad alta affinità), GLUT4 (insulino-dipendente, nel muscolo e tessuto adiposo).
- Glicolisi: Glucosio → 2 Piruvato. Produce 2 ATP (netti) e 2 NADH. Avviene nel citoplasma. Regolata da esochinasi, PFK1, piruvato chinasi.
- Fasi: Preparatoria (consuma 2 ATP) e di recupero energetico (produce 4 ATP e 2 NADH).
- Destino del Piruvato: In presenza di O2 → Acetil-CoA (mitocondri). In assenza di O2 → Fermentazione lattica (lattato) o alcolica (etanolo).
- Gluconeogenesi: Sintesi di glucosio da precursori non glucidici (lattato, piruvato, glicerolo, amminoacidi). Principale nel fegato. Bypassa reazioni irreversibili della glicolisi.
- Ciclo di Cori: Muscolo (lattato) → Fegato (glucosio). Ciclo Glucosio-Alanina: Muscolo (piruvato → alanina) → Fegato (alanina → piruvato → glucosio).
- Via dei Pentosi Fosfati: Produce NADPH e Ribosio-5-fosfato. Ossidativa (G-6-PDH) e Non-ossidativa (transchetolasi, transaldolasi). NADPH essenziale per sintesi riduttive e detossificazione (es. eritrociti).
- Metabolismo dei Lipidi
- Funzioni: Riserva energetica, termica, strutturale, regolatoria.
- Digestione e Assorbimento: Lipasi pancreatica, colesterolo esterasi, fosfolipasi A2. Lipidi trasportati da chilomicroni.
- Lipoproteine: Chilomicroni, VLDL, IDL, LDL (trasportano colesterolo ai tessuti), HDL (trasporto inverso del colesterolo).
- Mobilizzazione Acidi Grassi: Lipolisi nei tessuti adiposi (trigliceridi → acidi grassi liberi + glicerolo). Regolata da glucagone/adrenalina (attivano PKA, fosforilano perilipina/lipasi ormone-sensibile) e insulina (inibisce).
- Beta-Ossidazione: Degradazione degli acidi grassi a Acetil-CoA, NADH, FADH2 nei mitocondri. Cicli ripetitivi di 4 reazioni. Variazioni per acidi grassi insaturi o a catena dispari.
- Carnitina Shuttle: Trasporta Acil-CoA nei mitocondri per la β-ossidazione. Inibita dal Malonil-CoA (intermedio sintesi acidi grassi).
- Corpi Chetonici: Acetone, Acetoacetato, β-idrossibutirrato. Prodotti nel fegato da Acetil-CoA (digiuno prolungato, diabete). Usati come combustibile da altri tessuti.
- Sintesi Acidi Grassi (Lipogenesi): Nel citoplasma (fegato, adiposo) da Acetil-CoA. Intermedio chiave Malonil-CoA (Acetil-CoA carbossilasi, enzima limitante). Utilizza NADPH.
- Sintesi Colesterolo: Nel citoplasma (fegato). Acetil-CoA → Mevalonato (HMG-CoA reduttasi, enzima limitante) → Squalene → Colesterolo.
- Sintesi Fosfolipidi/Sfingolipidi: Nelle membrane cellulari.
- Ciclo di Krebs (Ciclo dell'Acido Citrico)
- Avviene nella matrice mitocondriale. Ossida Acetil-CoA a CO2. Produce NADH, FADH2, GTP.
- Regolazione: Disponibilità substrato (Acetil-CoA), intermedi, potenziale energetico (rapporto NAD+/NADH, ADP/ATP).
- Via anfibolica: fornisce intermedi per biosintesi (es. amminoacidi).
- Fosforilazione Ossidativa
- Fase terminale della respirazione aerobica. Ossidazione di NADH/FADH2, riduzione di O2 a H2O, sintesi ATP. Nella membrana mitocondriale interna.
- Catena di Trasporto degli Elettroni (ETC): Composta da 4 complessi proteici e trasportatori mobili (CoQ, Citocromo c). Trasferisce elettroni generando gradiente protonico.
- Pompe Protoniche: Complessi I, III, IV pompano protoni nello spazio intermembrana.
- Sintesi ATP: Avviene tramite ATP sintasi che sfrutta il gradiente protonico (modello chemiosmotico).
- ROS: Produzione di specie reattive dell'ossigeno (O2-, H2O2). Detossificazione tramite superossido dismutasi, glutatione perossidasi, catalasi.
- Metabolismo degli Amminoacidi
- Degradazione: Proteolisi (digestione gastrointestinale, lisosomiale, ubiquitina-proteasoma). Amminoacidi → α-chetoacidi + NH4+.
- Transamminazione: Trasferimento gruppo α-amminico a α-chetoglutarato (transaminasi, PLP dipendente).
- Deamminazione Ossidativa: Rilascio di NH4+ da glutammato (L-glutammato deidrogenasi).
- Ciclo dell'Urea: Nel fegato, converte NH4+ tossico in urea per escrezione. Consume ATP. Collegato al ciclo di Krebs.
- Biosintesi: Non-essenziali sintetizzati da intermedi di glicolisi e ciclo di Krebs. Essenziali assunti con la dieta.
- Nucleotidi
- Sintesi De Novo:
- Purine (IMP): Da Ribosio-5-P → PRPP → IMP (precursore di AMP e GMP). Costoso (ATP, Glutammina, Glicina, Aspartato).
- Pirimidine (UMP): Da Carbamoyl phosphate + Aspartato → Orotate → UMP (precursore di UTP, CTP). Meno costoso.
- Via di Recupero (Salvage Pathway): Ricicla basi libere. Importante (es. Lesch-Nyhan, deficit HGPRT).
- Sintesi Deossiribonucleotidi: Ribonucleotide reduttasi converte ribonucleotidi in deossiribonucleotidi. Utilizza NADPH.
- Sintesi TMP: dUMP → dTMP (timidilato sintasi, metilen-THF). Bersaglio di farmaci antitumorali (es. fluorouracile, metotrexato).
- Degradazione Purine: Purine → Acido urico. Gotta (iperuricemia, deposizione cristalli di urato).
- Degradazione Pirimidine: Pirimidine → prodotti solubili (beta-alanina, succinil-CoA).
- Sintesi De Novo:
- Sistema Ormonale
- Classificazione: Lipofili (recettori intracellulari) e Idrofili (recettori di membrana).
- Recettori: GPCRs (attivano secondi messaggeri), recettori tirosino-chinasici (RTKs, attivano vie di segnalazione), canali ionici, recettori ad attività proteolitica limitata.
- Secondi Messaggeri: cAMP, cGMP, DAG, IP3, Ca2+.
- Asse Ipotalamo-Ipofisario: Ipotalamo rilascia ormoni (TRH, CRH, GHRH, GnRH) che regolano l'ipofisi (TSH, ACTH, GH, LH, FSH, Prolattina, ADH, Ossitocina).
- Ormoni Tiroidei (T3, T4): Regolano metabolismo basale, termogenesi, energia. Sintetizzati nella tiroide. Regolazione TSH.
- ACTH: Stimola sintesi ormoni steroidei surrenalici (cortisolo, aldosterone).
- Ormoni Surrenalici: Mineralcorticoidi (aldosterone), Glucocorticoidi (cortisolo), Androgeni. Regolano Na+/H2O, glucosio, infiammazione, sessualità.
- Insulina: Ormone peptidico (β-cellule pancreas), ipoglicemizzante, anabolico. Agisce tramite RTK, attiva glicogenosintesi, lipogenesi, GLUT4. Effetti mitogenici.
- Glucagone: Ormone peptidico (α-cellule pancreas), iperglicemizzante, catabolico. Agisce tramite GPCR, attiva glicogenolisi, gluconeogenesi, lipolisi.
- Adrenalina/Noradrenalina: Catecolammine, ormoni/neurotrasmettitori. Regolano risposta allo stress, metabolismo. Agiscono tramite recettori adrenergici (α, β).
- Tessuto Adiposo: Bianco (stoccaggio), Bruno (termogenesi), Rosa. Produce adipochine (leptina, adiponectina).
- Metabolismo Etanolo: Etanolo → Acetaldeide → Acetato → Acetil-CoA. Consumo eccessivo causa accumulo di acetaldeide e squilibri NAD+/NADH, porta a steatosi epatica.
- Metabolismo in Tessuti Specifici
- Fegato: Centrale per omeostasi glucosio, detossificazione, urea, lipoproteine, bile.
- Muscolo Scheletrico: Fibre lente (aerobiche), rapide (anaerobiche). Usa fosfocreatina, glicogeno, acidi grassi. Attività secretoria (citochine).
- Miocardio: Aerobico, usa acidi grassi, lattato, glucosio. Sintetizza carnitina.
- Rene: Recupero nutrienti/acqua, escrezione, gluconeogenesi, ormoni (renina, eritropoietina, Vit D3).
- Tessuto Nervoso: Elevata richiesta energetica (glucosio). Sintesi neurotrasmettitori (acetilcolina, GABA, glutammato, biogene). Trasporto glucosio con GLUT1/3.
- Patologie Correlate
- Diabete: Tipo 1 (insulino-dipendente), Tipo 2 (insulino-resistenza), MODY. Iperglicemia, chetoacidosi.
- Glicogenosi: Difetti enzimatici nel metabolismo del glicogeno (es. Von Gierke, Pompe).
- Galattosemie: Difetti nel metabolismo del galattosio.
- Lactose Intolerance: Carenza di lattasi.
- Porfirie: Difetti nella biosintesi dell'eme.
- Sindrome di Zellweger: Difetti nei perossisomi, accumulo di acidi grassi a catena lunga.
- Favism: Carenza di G6PD, stress ossidativo, emolisi.
- Dislipidemie: Problemi nel trasporto lipidico (es. ipercolesterolemia, ipertrigliceridemia).