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Scarica appunti appunti appunti appunti appunti appunti e più Appunti in PDF di Biometria solo su Docsity! METABOLISMO E BILANCIO ENERGETICO METABOLISMO Insieme delle trasformazioni di materia ed energia che si compiono negli organismi viventi MATERIALE ENERGETICO ANABOLISMO Sintesi delle grandi molecole organiche a partire da piccole molecole (significato plastico) CATABOLISMO Demolizione delle grandi molecole organiche per produrre piccole molecole ed energia (significato plastico ed energetico)  Qual è il peso giusto e quanti sarebbero i chili di troppo da perdere? L’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) Body Mass Index (BMI) BMI (IMC) = — PESO 9) Indice di Massa Coprporea ALTEZZA” (metri?) IMC 24, 9 LIMITE SUPERIORE DI NORMALITA’ PER DETERMINARE UNA CORRETTA DIAGNOSI DI OBESITA’ OCCORRE CONOSCERE LA COMPOSIZIONE CORPOREA IN MODO DA POTER DISCRIMINARE L'ECCESSO DI ADIPOSITA’ (OBESITA' VERA) DALL'ECCESSO PONDERALE LEGATO AD ALTRI FATTORI NON “GRASSI”, QUALI L'IPERTROFIA MUSCOLARE DELL’ATLETA, LA RITENZIONE IDRICA E LA COSTITUZIONE SCHELETRICA  Utilizzazione dei Macronutrienti • Digestione  riduzione in composti semplici • Assorbimento  internalizzazione • Metabolismo  utilizzazione a scopo energetico o/e plastico • Il grado di utilizzazione di un nutriente che tiene conto di tutti e tre questi processi prende il nome di biodisponibilità… BIODISPONIBILITA' DEI NUTRIENTI Si definisce biodisponibilità la frazione di un nutriente che l'organismo è in grado di assorbire e di utilizzare per le proprie funzioni fisiologiche. La biodisponibilità può variare in relazione a numerosissimi fattori, dipendenti in parte dalla natura dell'alimento ed in parte dalle caratteristiche dell'organismo che lo assume. Come tali, questi fattori si distinguono in: - intrinseci, legati cioè all'individuo: età, sesso, stato fisiologico, nutrizionale e di salute, microflora intestinale, genotipo, eventuali intolleranze ecc. - ed estrinseci, legati cioè alla fonte nutrizionale: forma chimica del minerale, interazione con altri nutrienti, cottura, pH, trattamenti tecnologici, presenza di fattori antinutrizionali che ne limitano l'assorbimento o, viceversa, di altri che lo esaltano. BILANCIO ENERGETICO DELL’ORGANISMO ENTRATE DI ENERGIA DIETA e Fame/appetito e Sazietà e Fattori sociali e psicologici CALORE (-50%) ® Termogenesi obbligatoria ® Termogenesi regolata LAVORO (-50%) ® Trasporto di membrana ® Lavoro meccanico e Movimento ® Lavoro chimico ® Sintesi per la crescita e il mantenimento e Energia accumulata * Legami fosfato ad alta energia (ATP, fosfocreatina) e Legami chimici (glicogeno, grassi) FIGURA 22.2 O BILANCIO ENERGETICO (I) £ ENERGIA PRODOTTA = Energia termica + lavoro (+ ) energia chimica delle riserve organiche = U= ( ENERGIA INTRODOTTA = Energia chimica degli alimenti ° Si ENERGIA PRODOTTA = ENERGIA INTRODOTTA Energia termica + lavoro (£ ) energia chimica delle riserve organiche = Energia chimica degli alimenti x ( SC Îa n L'unità di misura utilizzata negli studi di bilancio energetico è la grande caloria Cal. Kcal & ) Si definisce grande caloria la quantità di calore necessaria per aumentare ra di pi __» DIRETTAMENTE VALORE CALORICO DEGLI ALIMENTI] _ ——* INDIRETTAMENTE di e _L INDIRETTAMENTE 2 I i £ ENERGIA PRODOTTA { & des * CALORIMETRIA DIRETTA di 1 °C (da 14,5 a 15,5 °C) la temperatura di 1 Kg, di acqua. * = CALORE PRODOTTO * OSSIGENO CONSUMATO * CONSUMODI OSSIGENO PRODUZIONE DI CO, AZOTO URINARIO » CALOREPRODOTTO I legami C-H, in seguito a rottura, rilasciano più energia di quando vengono rotti i legami C-O. I grassi contengono più legami C-H, mentre i carboidrati e le proteine contengono più legami C-O. Ne deriva che i grassi contengono più energia potenziale di carboidrati e proteine. Ha Ha Ha Ha Ha Ha Ha Ha O Minore ooo oo e Ho Ha Ha Ha Ha Hg Hg Ha OH Tabella 50.2 Composizione a contenuto energetico medio di alcuni alimenti somuni. | valori si riferiscono alla sola parte edibile dell'alimento crudo. Contenuto percentuale Alimento koal/100g Acqua Protidi Giucidi Lipidi Cami fresche Bue 76,5 19,8 - 26 105 Vitello 76,6 21,1 16 109 Maiale 82,4 21,6 - 46 131 Pollo 75,3 224 05 2,7 117 Cami insaccate Mortadella 35,5 23,4 04 342 417 Prosciutto cotto 34,2 20,7 08 382 444 Prosciutto crudo 30,2 30,4 03 30,9 398 Salame 32,2 30,0 - 294 398 ‘Animali di mare freschi Sardella 14,5 19,4 13 52 134 Acciuga 73,5 21,8 17 36 129 Dentice 76,4 214 07 33 121 Tonno fresco 72,2 21,8 08 68 155 Segliola 78,5 21,3 09 17 108 Galamaro 79,2 16,5 07 17 88 Ostrica 811 11,5 17 18 n Seppia 79,4 15,9 08 15 83 Aragosta 73,6 23,3 10 20 119 Gambero 81,2 16,0 13 09 79 ‘Animali di mare conservati Sardine all'olio 63,4 27,1 22 43 160 Tonno all'olio 53,5 34,1 25 98 241 Farinacei Pane comune 23,0 10,6 600 10 298 Pane integrale 33,5 9,2 51,5 13 260 Grissini all'olio 65 12,3 714 62 399 Pasta comune 12,4 10,7 725 12 351 Riso 13,3 TA 778 08 355 Frutta Arance 09 85 - 88 Banane 14 212 - 9 Castagne secche 5,6 809 30 382 Mele 04 119 - 50 Pere 0,2 106 - 50 Noci secche 19,3 3,1 67,8 721 Verdure Asparagi 85,4 0,6 68 - 52 Fagiolini 92,0 2,1 24 - 19 Fagioli secchi 12,6 23,6 482 25 317 Piselli scochi 13.0 20,8 536 39 334 Patate 15,0 2,5 162 04 81 Insalata verde 93,6 13 19 - 14 Latticini Latte di mucca 86,7 3,6 49 42 7a Mozzarella 44,1 26,9 17 24,7 346 Provolone 412 29,0 - 25,9 358 Parmigiano 22,0 43,4 28 23,9 ALL Burro 14,0 10 - 85,0 798 Vova Tuorio 50,8 15,6 20 30,1 351 Albume 86,5 114 13 02 55 Curtune, Cicirutu, Aicurdî Fo Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati Edisns  CALORIMETRIA DIRETTA Per la determinazione dell'energia dell'organismo Si basa sul principio secondo cui tutti i processi metabolici che si verificano nell’organismo portano alla produzione di calore Richiede l’utilizzo di una camera metabolica che rende possibile la misurazione del calore prodotto dal soggetto in esame, che viene fatto soggiornare nella camera per almeno 24 ore CALORIMETRIA DIRETTA CALORIMETRIA DIRETTA Vantaggi  Precisione ed Accuratezza della Misura (= metodica di riferimento per la validazione delle altre tecniche) Svantaggi  Costo elevato Difficoltà legate al funzionamento degli impianti  Complessità  Tempistiche d’esecuzione NON APPLICABILE A LIVELLO AMBULATORIALE Permette di stimare la spesa energetica a partire: dal consumo di ossigeno dalla produzione di anidride carbonica dall’escrezione urinaria di azoto CALORIMETRIA INDIRETTA Si basa sul principio della TERMOCHIMICA RESPIRATORIA: l’organismo ricava energia mediante l’ossidazione dei substrati energetici contenuti negli alimenti in reazioni stechiometriche conosciute in cui è consumato ossigeno e prodotta anidride carbonica Tabella 3.14 Valori riguardanti l'ossidazione di glucidi, lipidi, protidi. Unità di misura Glucidi Lipidi Protidi kcal/g (nella bomba cal.) 4,1 9,3 5,3 kcal/g (nell'organismo) 4,1 9,3 4,1 litri 02/g (nell'organismo) 0,75 2.03 0,97 litri €C0/9 (nell'organismo) 0,76 1,43 0,78 Quoziente resp. (nell'organismo) 1,0 0,71 0,80 kcal/litri Op (nell'organismo) 50 d,7 4G ii Quoziente Respiratorio Glucosio C,xH3,COOH + 23 O, Acido palmitico 6 CO, + 6 H,O 6 CO, R= =1.0 a 60, 16 CO, + 16 HO  E’ un parametro utile a valutare la miscela metabolica utilizzata a riposo o durante un esercizio fisico La completa metabolizzazione di grassi, proteine e carboidrati richiede quantità diverse di ossigeno  il tipo di substrato energetico ossidato andrà ad incidere anche sulla quantità di anidride carbonica prodotta QR carboidrati = 1 QR grassi = 0,7 QR proteine = 0,8 QR = CO2 prodotta/O2 consumato QUOZIENTE RESPIRATORIO TABELLA 36-Il, Equivalenti calorici dell'O; nell'organismo € Cal derivate da: 0.R. non proteico Call adi O; e i s "= | Gilucidi Lipidi 0,707 4,686 0 100 0,750 4,739 15,6 AA 0,800 4,801 33,4 66,6 0,850 4,862 50,7 | 49,3 0,900 4,924 67,5 32,5 0,950 4,985 84,0 16,0 1,000 | 5,047 100,0 0 DATO CHE LE PROTEINE SONO DEMOLITE SOLO FINO AD UREA, DETERMINANDO IL CONTENUTO DI AZOTO NELL’URINA E’ POSSIBILE DETERMINARE LA QUANTITA’ DI PROTEINE OSSIDATE ESEMPIO 1 GRAMMO DI AZOTO = 6,25 GRAMMI DI PROTEINE 6,25 g. x 4,1 Kcal/g = 25,6 Kcal liberate nell’organismo Per ossidare 6,25 g. servono circa 6 litri di O, Dall’ossidazione di 6,25 g. si producono circa 4,8 litri di CO, SE MISURO LA QUANTITA’ TOTALE DI O, CONSUMATO E DI CO, PRODOTTA E SOTTRAGGO QUELLE DETERMINATE NELL’OSSIDAZIONE DELLE PROTEINE POSSO CALCOLARMI........,.  Voo: totale © Voo: proteico Q.R. non proteico = Vorziotie = Vor proteico Dato che il Q.R. non proteico è espressione del tipo di miscela metabolica di glucidi e lipidi che viene ossidata, la quale a sua volta determina l'equivalente calorico di 1 litro di ossigeno posso calcolarmi l’energia termica (espresso in Kcal) prodotta dal soggetto durante la prova e dovuta al consumo di glucidi e lipidi.  CALORIMETRIA INDIRETTA M = 3,941 VO2 + 1,106 VCO2 - 2,17 uN2 EQUAZIONE DI WEIR Come risalire da VO2 e VCO2 al dispendio energetico ? M = dispendio energetico (Kcal/min) uN2 = escrezione urinaria di azoto (gr/die) VO2 e VCO2 misurate in l/min Equazione adeguata per lo stato di digiuno Trascurando l’effetto del metabolismo proteico: errore dell’1% per ogni 12-13% di kcal derivanti da proteine -> equazione semplificata: M = 3,941 VO2 + 1,106 VCO2 CALORIMETRIA INDIRETTA A CIRCUITO APERTO A CIRCUITO CHIUSO Misura del consumo di ossigeno e dell’anidride carbonica prodotta, calcolo del quoziente respiratorio e delle kcal/die Misura del solo consumo di ossigeno e calcolo delle kcal/die tenendo conto di un equivalente termico per litro di ossigeno di 4,82 kcal CALORIMETRIA INDIRETTA Se si vuole valutare solo il DISPENDIO ENERGETICO e NON la tipologia di nutrienti ossidati si può determinare solo il CONSUMO DI OSSIGENO Questo spiega il diffuso utilizzo di strumenti (facilmente applicabili a livello ambulatoriale) contenenti equazioni calorimetriche basate solo sul consumo di ossigeno 100 0 90 62,5 Metabolismo basale (W/m Età (anni) igura 14.2 La dipendenza del metabolismo basale dall'età. i noti che il metabolismo basale risulta più alto nel periodo eonatale, durante il quale si verifica un accrescimento più rapido iecondo #27).  Tabella 50.4 Equazioni per la determinazione del metabolismo basale {MB) a partire dal peso corporeo (Pc, espresso in kg) e dalla statura (A, espressa in metri). Il metabolismo basale risulta espresso in kcal/giorno. MASCHI Età in anni ME (a partire dal peso) ME (a partire da peso e statura) <3 59,5 Pc-31 16,7 Pc+1517 A - 616 39 22,7 Pc+ 504 19,59 Pc+131A+416 10-17 17,7 Pc+ 650 16,2 Pc+ 136 A + 516 18-29 15,3 Pc+ 679 30-59 11,6 Pc+ 879 60-74 11,9 Pc+ 700 > 75 8,4 Pc+ 819 FEMMINE Età în anni MB (a partire dal peso) MB (a partire da peso e statura) <3 58,3 Pc - 31 16,24 Pc+1022 A- 413 3-9 20,3 Pc+485 16,96 Pc+162 A + 370 10-17 13,4 Pc + 693 8,36 Pc+466 A + 201 18-29 14,7 Pc + 496 30-59 8,7 Pc+ 829 60-74 9,2 Pc+ 688 > 75 9,8 Po+ 624 Carbone, Cicirata, Aicardi Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati EdiSES  Tabella 50.6 Fabbisogno energetico di adulti italiani di 18-60 anni in funzione del peso e del tipo di attività svolta. | dati riportati in tabella hanno un valore indi- cativo, | limiti inferiori e superiori di fabbisogno energetico corrispondono ai limiti inferiori e superiori di peso corporeo riportati nella colonna a sinistra. Attività leggera: impiegati, studenti. Attività moderata: commessi e altri lavoratori che svolgono attività fisica moderata stando in piedi. Attività pesante: atleti, agricoltori. MASCHI Peso {kg} Fabbisogno energetico (kcal/giorno) Attività leggera Attività moderata Attività pesante 55 - 60 2140 - 2250 2575-2715 3045 - 3205 60 - 65 2220 - 2360 2675 - 2840 3160 - 3360 65-70 2300 - 2465 2770-2975 3280 - 3515 70-75 2380 - 2575 2870 - 3100 3395 - 3870 75-80 2465 - 2680 2970 - 3230 3510 - 3825 80-85 2545 - 2790 3070 - 3360 3630 - 3975 FEMMINE Peso (kg) Fabbisogno energetico (kcal/giorno) Attività leggera Attività moderata Attività pesante 40 - 45 1540 - 1730 1690 - 1900 1875-2110 45 - 50 1645 - 1795 1805 - 1970 2000 - 2185 50 - 55 1750 - 1855 1920 - 2040 2130 - 2260 55 - 60 1855 - 1960 2035 - 2150 2260 - 2385 60 - 65 1920 - 2060 2105 - 2265 2340 - 2510 65-70 1980 - 2165 2175-2380 2410 - 2640 Carbone, Cicirata, Aicardi Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati EdiSES Qual è il peso giusto e quanti sarebbero i chili di troppo da perdere? L’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) Body Mass Index (BMI) BMI (IMC) = PESO (Kg) Indice di Massa Coprporea ALTEZZA? (metri?) IMC 24, 9 LIMITE SUPERIORE DI NORMALITA’ BMI 25+29,9 OBESITA’'DI I° GRADO BMI 30-+39,9 OBESITA’'DI II° GRADO BMI > 40 OBESITA’ DI III° GRADO PER DETERMINARE UNA CORRETTA DIAGNOSI DI OBESITA’” OCCORRE CONOSCERE LA COMPOSIZIONE CORPOREA IN MODO DA POTER DISCRIMINARE L'ECCESSO DI ADIPOSITA’ (OBESITA' VERA) DALL’ECCESSO PONDERALE LEGATO AD ALTRI FATTORI NON “GRASSI”, QUALI L’IPERTROFIA MUSCOLARE DELL’ATLETA, LA RITENZIONE IDRICA E LA COSTITUZIONE SCHELETRICA  Magrezza grave Magrezza Sottopeso Normopeso Sovrappeso moderata Altezza {m}) ING 14,0 IMC 25,0 Obesità moderata IMC 30,0 IMC 40,0 75 80 Peso (kg) Figura 50.4 Diagramma per la valutazione del peso corporeo in un soggetto adulto. Carbone, Cicirata, Aicardi = Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati asd EdiSES POOL DI NUTRIENTI E METABOLISMO Sintesi proteica Depositi di glicogeno ES —m uu ECO Pool di glucosio_> i glucosio (< Giuconeogenesi____ | — Ambito normale Pool degli aminoacidi della glicemia Metabolismo nella maggior parte Metabolismo del sistema nervoso, — dei tessuti Eccesso FIGURA 22.3 DUPLICE CONTROLLO (PUSH-PULL) (a) Senza regolazione dell’attività enzimatica, la via seguirà un circolo vizioso. Non c’è produzione netta del substrato A o B. Enzima 1 x A > B Nessuna produzione x@m— netta di A o B Enzima 2 (b) Il metabolismo dello stato assimilativo è sotto l’influenza dell’insulina, aumenta l’attività enzimatica per la reazione verso l’avanti. Gli enzimi per la demolizione del glicogeno sono inibiti. Ne risulta sintesi netta di glicogeno. NoN © (c) Nel metabolismo dello stato post-assimilativo sotto l’influenza del glucagone, gli enzimi che demoliscono il glicogeno sono più attivi, e gli enzimi per la sintesi del glicogeno sono inibiti. Ne risulta sintesi netta di glucosio. © = ji Sintesi netta GLUCOSIO E glicogeno di glucosio GLICOGENO Sintesi netta glucosio di glicogeno FIGURA 22.4 CONTROLLO OMEOSTATICO DEL METABOLISMO PANCREAS GColedoco Dotto pancreatico { Intestino tenue — (duodeno) Cellule esocrine Cellule alta @ che secernono Cellule glucagone endocrine Cellule D @ Isola che secernono di Langerhans somatostatina. Cellule beta @) che secernono insulina, amilina. (b) Cellule delle isole di Langerhans, che costituiscono il pancreas endocrino FIGURA 22.13  L'amilina umana, o Human Islet Amyloid Precursor Polypeptide (hIAPP), è una proteina altamente conservata costituita da 37 residui amminoacidici secreta nelle cel lule beta del pancreas insieme all'insulina. Il gene che la codifica è situato nel braccio corto del cromosoma 12. ● L'amilina è un ormone cosecreto con l'insulina in risposta alla presenza di alte concentrazioni nutrienti nel sangue ed è assente sia nel diabete tipo 1 che in quello tipo 2. L'amilina è prodotta insieme all'insulina e la sua glicazione provoca deposito di sostanza amiloide a livello pancreatico) ● FUNZIONI: ● rallenta lo svuotamento gastrico ● riduce le secrezioni digestive (bile, succhi gastrici, enterici e pancreatici) ● riduce il glucagone plasmatico, ormone catabolico dagli effetti iperglicemizzanti ● aumenta il senso di sazietà AMILINA Biosintesi e struttura della insulina | Preproinsulin Proinsulin Mature 110 AA NH,y 86 AA insulin ZIAA + 30AA sequence ti HaN- N Ha A chain E B chain | COOT 00C- Signal sequence C peptide 24 AA sen INSULINA Aminoacidi coinvolti nel distacco del peptide C Figura 22.2 Struttura chimica dell'insulina. A) Struttura primaria della molecola di insulina, in cui sono riportate le posizioni delle cisteine coinvolte nella for- mazione dei punti disolfuro. B) Conformazione tridimensionale della molecola di insulina. ©) Struttura della proinsulina, in cui sono evidenziati gli aminoacidi coinvolti nel taglio operato dagli enzimi proteolitici. r Cartone, Cicirata, Aicandi SRI Fiologia dalle molecole a iste integrati [EINES cases  Tabella 22.1 Principali modulatori della secrezione insulinica e relativo meccanismo d'azione, Stimolatori Meccanismo d'azione Inibitori Meccanismo d'azione Glucosio Glut2 + glicolisi > Tapi permeabilità canali Somatosta- —Recettore accoppiato a proteine G inibitore — ini K.p > depolarizzazione —> T permeabilità canali tina bizione del segnale mediato da PKA — 4 libera- del calcio voltaggio-dipendenti —» Î ingresso calcio zione di insulina + Î liberazione di insulina Aminoacidi Trasportatori specifici > metabolismo —> Î ATP > |Catecolam- Recettore alfa, adrenergico accoppiato a proteine (Arg, Gli, Ala) come il glucosio (azione sinergica) mine G inibitorie — inibizione del segnale mediato da e acidi grassi PKA + Y liberazione di insulina Incretine Recettore accoppiato a proteine G stimolatorie > | Diminuzione Sia per azione diretta, sia per attivazione della (GIP, GLP1) | T cAMP— attivazione PKA —> T calcio intracellu- | della glicemia secrezione degli ormoni iperglicemizzanti lare — È liberazione di insulina (azione sinergica con glucosio) Acetilcolina —Recettore muscarinico > PLC + 1 calcio intracel- | Digiuno, eser- Azione mediata dalla diminuzione della glicemia lulare + T liberazione di insulina (azione sinergica | cizio fisico con glucosio) Catecolam- —Recettore beta adrenergico accoppiato a proteine G mine stimolatorie > Î cAMP — attivazione PKA > T calcio intracellulare — È liberazione di insulina (azione sinergica con glucosio) Glucagone Recettore accoppiato a proteine G stimolatorie > T cAMP — attivazione PKA — È calcio intracellu- lare > È liberazione di insulina (azione sinergica con glucosio) | Carbone, Cicirata, Aicardi Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati EdiSES O È) | glucosio (> 5mM) è trasportato all'intero della cellula Amminoacidi Acidi grassi Giucochinasi SUR1 Glu-6P Piruvato Raticole endoplasmatico: i livalli di ATP la DAG» 00,+H,0 I canala del K,jp @t si chiude PIE, Le cellula 5) _ si cepolarizza Fosforlazione Si aprono Fosfolipasi “9 proteica i canali del Ca” a a; la By ACchBD+- © Fosforilazione ®@ © proteica © Aumenta ! © la secrezione {Prosa ini) diinsulna Granuli di secrezione ;) Cv # Ss Adonito GT ® 9 cdlasi e Agonisi ‘Agonisti Glucagone Somatostatina 60 mv _ L Già Ere GLPI i Figura 22.4 Secrezione dell'insulina. L'ingresso di glucosio e il suo utilizzo nella glicclisi aumentano i livelli di ATP che chiudono un canale del potassio ATP-dipandente (K,,5). La depolarzzazione cellulare apre i canali voltaggio-dipandenti del calcio (VDCC). L'aumento della concentrazione intracellulare di calcio attiva il processo di esocitosi. Gi altri moduiztori cella secrezione ccoperano ella variazione del calcio intracellulare disattivando (agonisti alfa- adrenetgici, somatostatina) 0 attivando (agonisti beta-adrenergici, glucagone, GIP, GLP1, acetilcolina) meccanismi di tasduzione del segrale. A} Varia zioni del potenziale di membrana durante l’attività secretiva della cellula beta. Per un approfondimento del meccanismo cellulare alla base dell'accoppiamento tra aumento della glicemia e secrezone insulinica si veda la scheda seguente. 2 Carbone, Ciciata, Aicardì I Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati EdiSES basna SO Glucosio È o 8 Ò Potassio Aminoacidi Fosfato Magnesio Recettore Autofosforilazione dell'insulina Tirosina chinasi Segnali di membrana Fosforilazione/defosforilazione _ Trasportatori Segnali Segni |, GLUTA Attivazione/disattivazione Mmitogenici Acido piruvico. ——T_—____E;îtiberigio) | Sintesi proteica Induzione/soppressione Glicogeno Fattori di trascrizione Figura 22,5 Meccanismo d'azione dell'insulina sui tessuti bersaglio, Il legame dell'insulina alle subunità alfa del recettore causa l'autofosforilazione delle subunità beta, A seconda della cellula bersaglio, il recettore attivato è in grado di fosforilare in tirosina substrati differenti che a loro volta iniziano una cascata di fosforilazioni in serina/treonina di proteine cellulari ed enzimi determinando: la traslocazione delle vescicole contenenti i GLUTA (PI-3 chinasi) nel muscolo € nel tessuto adiposo; l'attivazione/disattivazione di numerosi enzimi del metabolismo glucidico, proteico e lipidico; l'attivazione di proteine coinvolte nella proliferazione cellulare. Viene inoltre attivata la trascrizione genica di numerose proteine ed enzimi cellulari e viene facilitato l'ingresso nella cellula di amminoacidi e ioni. Z| Carbone, Cicirata, Aicardi fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati EdiSES GLUCAGONE Gene Esone \ 29 aa. PM 3.5 KDa PROORMONI: Quando il proglucagone viene trasformato dalla PCS a livello endocrino da origine a: MPGF ( Major-proglucagon-fragmenter):attività biologica sconosciuta CP AVO EROGATE ORIO sconosciuta IP-1 ( Intervening-Peptide-1): attività biologica sconosciuta PROORMONI: Nelle cellule il proglucagone Sta SESte Estero ll OZ 5 differenti peptidi: | Polipeptide pancreatico | Glucagone —— Stimolazione == Inibizione Figura 22.8 Schema che illustra il controllo reciproco della secrezione degli ormoni prodotti nelle isole del Langerhans. E | Carbone, Cicirata, Aicardi mes Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati EdiSES  Tabella 22.3 Principali effetti di insulina e glucagone sul metabolismo glucidico, proteico e lipidico. Insulina Glucagone Glice mia Diminuzione Aumento Diffusione del glucosio nelle cellule muscolari e adipose Aumento Degradazione del glucosio Aumento Diminuzione Gluconeogenesi Diminuzione Aumento Glicogenolisi Diminuzione Aumento Glicogenosintesi Aumento Diminuzione Sintesi proteica Aumento Diminuzione Catabolismo proteico Diminuzione Aumento Produzione epatica di urea Diminuzione Aumento Lipogenesi Aumento Diminuzione Lipolisi Diminuzione Aumento Produzione di corpi chetonici Diminuzione Aumento | Carbone, Cicirata, Aicardi Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati EdiSES INSULINA E GLUCAGONE Il metabolismo è controllato dal rapporto tra insulina e glucagone (a) Stato assimilativo: domina l’insulina 4 ossidazione del glucosio 4 Sintesi del glicogeno # Sintesi dei lipidi È Sintesi delle proteine (b) Stato post-assimilativo: domina il glucagone 4 Glicogenolisi 4 Giuconeogenesi 4 Chetogenesi di glucosio, glucagone e insulina prima e dopo il pasto Pasto ; n Concentrazione plasmatica 125 | Concentrazione di guucosio plasmatica (mg/dl) di giucagone L 140 (pg/mL) 90 + Leo 130 + Concentrazione plasmatica di insulina Um) 10 H TITTI -60 0 60 120 180 240 Minuti LEGENDA -.-- Concentrazione plasmatica di glucosio —— Concentrazione plasmatica di glucagone FIGURA 22.14 —— Goncentrazione plasmatica di insulina Ho Deidroepiandrosterone (DHEA) O -idrossipregnenolone CH, 0 “i o 170 -OH-progesterone o y CH,OH 0S0 Deidroepiandrosterone solfato (DHEAS) 11 "| gio di Ho o OA Androstenedione Cortisolo Figura 23.3 Biosintesi degli ormoni della corteccia surrenale. Cicivata, Aicrndi a: dalle molecole a sistemi integrati Colesterolo AGTH CH, Ci è-0 > sab SE sa idrossipregnenolone CH, I c=0 0 Progesterone CH, OH | Celi I co co Ho ——— o o Corticosterone 11-desossicorticosterone O puor î 6-0 qui d CH Ho CH R-CH,OH Aldosterone 18-idrossicorticosterone Figura 20.6 Steroidogenesi. A) Ciclopentanoperidrofenantrene, struttura chimica di riferimento di tutti gli ormoni steroidei; per una migliore compren- sione della biosintesi dei singoli ormoni, viene riportata anche la numerazione degli atomi di carbonio. B) Rappresentazione schematica delle prime tappe colesterolo circolante (colesteroloLDL) 0 quello prodotto dalla cellula stessa viene esterificato e accumulato nel citoplasma sotto forma di gocciole lipidiche. Da qui può essere recuperato e traslocato nei mitocondri grazie alla proteina StAR (Steroid Acute Regulatory protein). Nei mitocondti, l'enzima 20,22 desmolasi (definito anche P450-cholesterol-side chain cleavage [P450-C27scc], prodotto del gene CYP11A) taglia la catena laterale del colesterolo trasformandolo in pregnenolone. Successive tappe biosintetiche produrranno in modo tessuto-specifico i differenti ormoni steroi- dei. Ciascuna tropina ipofisarica stimola, nella ghiandola steroidogenica bersaglio, la captazione del colesterolo circolante e l'idrolisi del colesterolo della steroidogenesi: Desmolasi INS, N° atomi C Classe Residui (R) Ri: CHy Ra. CH Colesterolo | 27 | Colestani | 8% -CHHCHaxCH-CHs CH, CH, FCHy RS Hg Pregnenolone| | 21 Pregnani i POR Corticoidi 21 Pregnani Ù oi Hg; Testosterone | 19 Androstani a so LoncLo Estradiolo 18 Estrani libero via delta Via della 5 y [_Estadicio _] Tropine i | Iniermedi inattivi estere, aumentando quindi la disponibilità di colesterolo libero da avviare alla steroidogenesi. Z| Carbone, Cicirata, Aicardi Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati EdiSES  Il Cortisolo Tasso di secrezione del cortisolo 12:00 4:00 8:00 12:00 4:00 8:00 12:00 AM —!I_ pM—'! Mezzogiorno che è presente in molti tessuti e rende il cortisone esogeno una fonte efficace di attività cortisolica.  Mantenimento = = della funzione = = Assottigliamento muscolare: Diminuzione della formazione. ea della a e dei diminuzione della ossea Aumento del massa muscolare riassorbimento osseo que Cortisolo ——» Mantenimento della gittata cardiaca, “aumento del fono arteriolare; diminuzione della permeabilità endoteliale Prostaglandine. f NatK+ ATPAsI tfAdren. “Pressione arteriosa Volume circolante  Ghiandola [elet 1[p4Zz}t:1 [IENE] regione anteriore del collo, davanti alla trachea. Costituita da due lobi, destro e sinistro, uniti dall’istmo. Pesa circa 10-20 grammi E° formata dai seguenti tipi cellulari: producono producono *Fibroblasti, adipociti, linfociti La tiroide * La funzione principale della tiroide è la regolazione della velocità dell'intero metabolismo corporeo, compreso il suo aspetto più importante: il consumo di ossigeno. La tiroide svolge anche un ruolo importantissimo nei processi di accrescimento e di sviluppo. » La tiroide produce gli ormoni tiroidei T, e T, * Oltre che gli ormoni tiroidei, la tiroide produce la calcitonina, che partecipa al controllo dell'omeostasi del calcio e del fosfato ed ha effetti significativi sulla fisiologia dell'osso. Tyrosine ie ti 10-60-00 ° 4, Yo Fri-tÈ. H NHy H NHg (2 tyrosine +41) Tyrosine “rilodothyronine di HH : I 1° \ Ho-)-c-c-c, so-Y-0 ii c- c° H NH, OH H NHg (2 tyrosine +31) METABOLISMO DELLO IODIO E Lo iodio è assorbito attivamente: — ghiandola tiroidea — stomaco — ghiandole salivari 21 +H,0, SI, L'ossidante immediato (accettore di elettroni) per la reazione ioduro-iodio molecolare è l'acqua ossigenata. Il meccanismo attraverso cui si forma l'acqua ossigenata è oggetto di discussione, ma sembra che l'ossigeno sia ridotto ad opera del NADPH per azione della NADPH ossidasi. Sequenza di reazioni catalizzata dalla perossidasi tiroidea 0 tireoperossidasi (complesso enzimatico localizzato sulla membrana plasmatica apicale del tireocita) thyraglobulin Thyroid Thyroid peroxidase peroxidase tyrosine diiodoturosine thyroxine TBG I Tg and Tg TBPA Protein synthesis x hyroglobuli follicle cell I" + Thyroglobulin Tao 4 Colloid Tg T4 LT talia toe re] ate ate Ugo] ot Gli ormoni tiroidei agiscono attraverso il legame a recettori [ate (Stele ola EST SE ERE si associano a proteine Ult EEE PINA ed tiva ip eniione e — Tiroxina se FTSE Tm , . . Regolano ES I genica, promuovendo la ba Ed LU te gr (]2(3! di acidi Pio vlad leto] a["e=Xfe) messaggeri Î 07° sei (MRNA) tessuto-specifici, il cui JI messaggio è tradotto in fesa) < 400 lo) GIg(o) con funzioni Chmpieso recettore > Tana / enzimatica o strutturali (es. nel Na. 104 miocardio le catene pesanti REA” ne produce prose della miosina o del collagene correlare con la funzione ormonale (ol Rit[o/oRi} > Crescita e maturazione tissutale > Respirazione cellulare (consumo 02) > Ricambio di tutti i substrati essenziali LEE 2. Gluconeogenesi e glicogenolisi 3. Sintesi mobilizz. e catab. colesterolo uptake di glucosio gluconeogenesi assorbimento intestinale secrezione di insulina a e | colesterolo, fosfolipidi e trigliceridi nel plasma massa magra richiesta di vitamine | massa adiposa Vai output cardiaco frequenza cardiaca volume ematico rate respiratoria secrezioni e motilità gi Î mobilizzazione dei grassi dai tessuti ossidazione degli acidi grassi ASSE Ipotalamo-Ipofisi- Tiroide La sintesi degli ormoni tiroidei è sotto il controllo dell'asse ipotalamo-ipofisi- tiroide. Il REA 1944 L0) AIN 2,3 eo leuo UNTIL anteriore dove stimola la secrezione di TSH. II viene trasportato alla tiroide stimolandone la crescita e la produzione di Other Brain Centers | (egq.cold exposure) | Ae Hypothalamus Anterior Pituitary + + Thyroid Thyroid gland Hormones _ target cells throughout body