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Capitolo 1:
Catabolismo degli acidi grassi:
digestione, mobilizzazione e
trasporto; ossidazione;
i corpi chetonici
2
Valore calorico degli alimenti
• carboidrati = 4,1 kcal/g
• lipidi = 9,3 kcal/g
• proteine = 4,1 kcal/g
• alcol = 7 kcal/g
La chilocaloria (kcal) è l’energia richiesta per
aumentare di 1°C (da 14,5 a 15,5°C) la temperatura di
1 kg di acqua ed equivale alla Caloria nutrizionale
(Cal) e a 4,18 kJ.
Destino dei lipidi della dieta nei vertebrati
Nelson • Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2014
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5
Adipociti del tessuto adiposo bianco e bruno
Nelson • Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2014
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Distribuzione del tessuto adiposo bruno in un neonato e in un adulto
Nelson • Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2014
23 | 7
Stato di digiuno: il fegato glucogenico
Nelson • Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2014
23 | 8
Stato di buona nutrizione: il fegato lipogenico
Nelson • Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2014
23 | 9
Punti di controllo nel mantenimento di una massa corporea costante
Nelson • Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2014
23 | 10
Un difetto nella produzione di leptina porta all’obesità
Nelson • Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2014
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Mobilizzazione dei triacilgliceroli depositati nel tessuto adiposo
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Altri induttori di lipolisi:
•
•
•
•
tumor necrosis factor (TNF)-alfa
glicocorticoidi
ormone della crescita (GH)
ormoni tiroidei (T3/T4)
più grande è l’adipocita, più intensa è la lipolisi
obesità:
• Ipertrofica
(aumento della grandezza delle singole cellule con conseguente aumento del volume)
• Iperplastica
(aumento del numero delle cellule con conseguente aumento del volume)
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Metabolismo degli acidi grassi nel fegato
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La via di ingresso nella glicolisi del
glicerolo prodotto dalla demolizione
dei triacilgliceroli (nel fegato)
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Conversione di un acido grasso in un acil-CoA
pirofosfatasi
inorganica
2 Pi
H2O
O
C
O
CoA-SH ATP
PPi
+
AMP
O
C
S-CoA
acilCoA
sintetasi
(tiocinasi)
acido grasso
acilcoenzima A
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Meccanismo d’azione
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Ingresso degli acidi grassi nei mitocondri attraverso il trasportatore acil-carnitina
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+N(CH )
3 3
acil-CoA
+N(CH )
3 3
CoA
CH2
H
C
CH2
OH
CH2
H
C
O
O
C
R
CH2
-
COO
carnitina
-
COO
acil-carnitina
20
-ossidazione mitocondriale (1):

H3C

(CH2 )
CH2
12
CH2
C
SCoA
O
palmitoil-CoA
FAD
acil-CoA
deidrogenasi
FADH2
H
H3C
C
(CH2 )
12
C
C
H
O
SCoA
trans-2 -enoil-CoA
21
22
-ossidazione mitocondriale (2):
H
H3C
(CH2 )
C
12
C
C
H
O
SCoA
trans-2 -enoil-CoA
H2O
enoil-CoA
idratasi
OH H
H3C
C
(CH2 )
12
H
C
C
H
O
L-  -idrossiacil-CoA
SCoA
23
-ossidazione mitocondriale (3):
OH H
H3C
C
(CH2 )
12
H
C
C
H
O
SCoA
L-  -idrossiacil-CoA
+
NAD
 -idrossiacil-CoA
deidrogenasi
NADH + H+
H3C
C
(CH2 )
12
O
CH2
C
SCoA
O
-chetoacil-CoA
24
-ossidazione mitocondriale (4):
H3C
(CH2 )
C
12
O
CH2
C
SCoA
O
-chetoacil-CoA
CoA-SH
acil-CoA
acetiltransferasi
(tiolasi)
H3C
(CH2 )
C SCoA
12
O
miristoil-CoA
CH3
C
SCoA
O
acetil-CoA
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Sequenza di reazioni conservata per l’introduzione di un gruppo carbonilico sul C beta
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27
28
29
-ossidazione di un acido grasso monoinsaturo:
30
-ossidazione di un acido grasso poliinsaturo:
31
32
33
-ossidazione di un acido grasso con numero dispari di atomi di carbonio:
O
CH3 CH2 CH2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C
S-CoA
7 CoA-SH
O
7
CH3
C
S-CoA
acetil-CoA
H3 C
CH2
C
SCoA
O
propionil-CoA
34
latte
piante
organismi marini
propionato
(pane, cereali, etc.)
NEFA C dispari
valina
isoleucina
treonina
metionina
propionilCoA
colesterolo
succinilCoA
gluconeogenesi
glucoso
ossalacetato
ciclo del
citrato
malato
enzima
malico
piruvato
Pir DH
acetilCoA
35
cellulosa
glucoso
fermentazione
propionato
assorbimento
propionilCoA
glucoso
NEFA C dispari
lattoso
TAG
latte
36
Metabolismo del propionilCoA (1):
H3C
CH2
C
SCoA
O
propionil-CoA
ATP
HCO3
biotina
propionil-CoA
carbossilasi
ADP + Pi
H
H3C
C
C
C
O
SCoA
O O
D-metilmalonil-CoA
37
Meccanismo d’azione:
ruolo della biotina nella
reazione catalizzata dalla
piruvato carbossiliasi,
simile a quella della
propionil-CoA carbossilasi.
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Metabolismo del propionilCoA (2):
H
H3C
C
C
C
O
SCoA
O O
D-metilmalonil-CoA
metilmalonil-CoA
epimerasi
H
H3C
C
C
O
O
C
O
SCoA
L-metilmalonil-CoA
39
Metabolismo del propionilCoA (3):
H
H
H
C
C
H
C
O
O
O
C
SCoA
L-metilmalonil-CoA
metilmalonil-CoA
mutasi
H
O
CoA-S C
coenzima B12
(deossiadenosil-cobalamina)
H
C
C
H
H
C
succinil-CoA
O
O
40
deossiadenosil-cobalamina:
41
Regolazione coordinata della sintesi e della demolizione degli acidi grassi 1:
CO2
CH3
C
O
S-CoA
acetilcoenzima A
ADP + Pi
ATP
O
O
C
biotina
acetil-CoA
carbossilasi
(ACC)
CH2
C
O
S-CoA
malonilcoenzima A
42
Regolazione coordinata della sintesi e della demolizione degli acidi grassi 2:
43
Regolazione coordinata della sintesi e della demolizione degli acidi grassi 3:
 AMP
AMPK
44
OH H
H3C
(CH2 )
C
12
H
C
C
H
O
SCoA
H3C
CH2
C
SCoA
O
-chetoacil-CoA
L-  -idrossiacil-CoA
+
NAD
 -idrossiacil-CoA
deidrogenasi
(CH2 )
C
12
O
CoA-SH
acil-CoA
acetiltransferasi
(tiolasi)
NADH + H+
H3C
C
(CH2 )
12
O
CH2
C
O
SCoA
H3C
(CH2 )
C SCoA
12
O
miristoil-CoA
CH3
C
SCoA
O
acetil-CoA
-chetoacil-CoA
45
46
-ossidazione perossisomale (1):
H3C
(CH2 )
CH2
12
CH2
C
SCoA
catalasi
O
palmitoil-CoA
H 2O2
FAD
H 2O
acil-CoA
ossidasi
FADH2
O2
H
H3C
(CH2 )
C
12
C
C
H
O
SCoA
trans-2 -enoil-CoA
47
-ossidazione perossisomale (2):
H2O
H
H3C
(CH2 )
C
12
OH H
C
C
H
O
trans-2 -enoil-CoA
H3C
SCoA
enoil-CoA
idratasi
(CH2 ) C
12
H
C
C
H
O
L-  -idrossiacil-CoA
+
NAD
 -idrossiacil-CoA
deidrogenasi
H3C
C SCoA
(CH2 )
12
O
miristoil-CoA
CH3
C
SCoA
O
acetil-CoA
CoA-SH
NADH + H+
H3C
acil-CoA
acetiltransferasi
(tiolasi)
SCoA
(CH2 )
C
12
O
CH2
C
SCoA
O
-chetoacil-CoA
48
Confronto tra la -ossidazione dei mitocondri, dei perossisomi e dei gliossisomi:
tiocinasi
shuttle
carnitina
tiocinasi
shuttle
carnitina
49
Alcuni ruoli dei perossisomi:
• ossidazione acidi grassi con C > 20
• ω-ossidazione degli acidi grassi
• ossidazione degli acidi grassi ramificati (α-ossidazione)
• conversione colesterolo in acidi biliari
• sintesi dei plasmalogeni
sindrome di Zellweger: impossibilità di produrre i perossisomi.
Adrenoleucodistrofia legato al cro. X: manquanza di ossi. degli a.g a
50
catena molto lunga, assenza del trasportatore.
ω-ossidazione:
citocromi P450
reticolo endoplasmatico
(fegato e rene)
51
α-ossidazione:
perossisomi
citocromi P450
malattia di Refsum: accumulo di
acido fitanico (derivato dal fitolo della
clorofilla) per deficit di un enzima
perossisomale: gravi problemi
neurologici, cecità e sordità
52
I corpi chetonici:
53
Chetogenesi (1):
54
Chetogenesi (2):
55
Chetolisi:
56
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A digiuno:
catecolammine
glucagone
lipolisi
adipocita
NEFA plasmatici
epatocita
acetil-CoA
glucoso
corpi chetonici
ossalacetato
citrato
ciclo del
citrato
59
Dopo un pasto:
adipocita
lipolisi
insulina
NEFA plasmatici
acetil-CoA
glucoso
epatocita
corpi chetonici
ossalacetato
citrato
piruvato
ciclo del
citrato
insulina
glucoso
60
Diabete e sovrapproduzione di corpi chetonici
• L’aumento di acetoacetato e di D-β-idrossibutirrato
abbassa il pH del sangue (acidosi).
• I corpi chetonici possono raggiungere, nel sangue e
nelle urine dei soggetti diabetici non trattati,
concentrazioni molto elevate:
– Nel sangue 90 mg/mL rispetto al livello normale
inferiore a 3 mg/mL
– Un escrezione urinaria di 5000 mg/24 ore rispetto alla
quantità normale inferiore o uguale a 125 mg/24 ore.
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