Vitamine: tiamina e pantotenato, carenze e funzioni biologiche

Università San Raffaele Roma

Docente Federica Limana

Lezione
Vitamine 2U
Università San Raffaele
Roma
Federica Limana

VITAMINE

Giuseppe Arcimboldi
Natura morta con frutta e verdura di stagione

BIOTINA (VIT H)

NIACINA

TIAMINA

PANTOTENATO

RIBOFLAVINA

Vitamine 2
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BIOTINA

HN
NH
Biotina (vitamina H)
0
CH2
CH2
CH2
CH2
S
OH
Biotina
v Vitamina H - vitamina B,
v Idrosolubile
v Composto biciclico con un anello tiofenico e un anello ureidico fusi tra loro
v Presenza di una catena alifatica laterale con funzione carbossilica
v Presente soprattutto nel fegato, nel tuorlo d'uovo, nella soia e nel lievito
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FONTI DELLA BIOTINA

• dieta
• microbiota intestinale

HN
NH
H·
H
IZ
COOH
S
NH2
BIOTINA
ASSORBIMENTO
O
エ ー
„H
C-C-N
HO
H
CH2
HN
NH Biotina (vitamina H)
+
CH2
0
CH2
CH
CH2
CH2
CH2
CH2
NH2
S
OH
lisina
v Presente negli alimenti come biocitina (non assorbibile)
/La biotinidasi (secreta dal succo pancreatico e presente anche nelle secrezioni della mucosa intestinale) idrolizza la
biocitina per formare biotina e lisina
v Flora batterica sintetizza biotina
/L'assorbimento intestinale avviene grazie al trasportatore SMVT (Sodium-dependent multivitamin transporter)
presente sia nel tenue che nel colon (trasportatore anche dell'acido pantotenico e del lipoato-antiossidante)
Il trasportatore SMVT è coadiuvato da una proteina (PDZD11) che favorisce l'assorbimento della biotina a livello
intestinale (il suo silenziamento porta a un'inibizione dell'uptake).
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biotinidasi
biocitinaU
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BIOTINA ASSORBIMENTO

Current understanding of how biotin is transported across
human intestinal epithelial cells.
JN THE JOURNAL OF NUTRITION
Na+
Biotin-
Brush Border Membrane
Biotin-
- Basal-lateral Membrane
Said H M J. Nutr. 2009; 139:158-162
@2009 by American Society for Nutrition

ESCREZIONE DELLA BIOTINA

• Trasporto per la biotina a livello renale
• Riassorbimento
  della
  biotina
  libera
  presente nell'ultrafiltrato
  mediante un
  sistema di trasporto
• Quando il sistema è saturo, la biotina viene
  escreta con le urine
• Viene escreta insieme ai suoi derivati
  ovvero la bisnorbiotina e biotina sofossido
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BIOTINA FUNZIONI

• Funziona da gruppo prostetico in reazioni di carbossilazione effettuata dai seguenti enzimi
  principali:
• Acetil-CoA carbossilasi (nel citosol)
• Piruvato carbossilasi (nei mitocondri)
• Tutti catalizzano il trasferimento di CO2 dal coenzima al substrato, con consumo di ATP.
• La reazione catalizzata dall'acetl-CoA carbossilasi è la tappa limitante per la sintesi degli acidi
  grassi.
• La piruvato carbossilasi catalizza la trasformazione di piruvato in ossalacetato, tappa fondamentale
  per la gluconeogenesi.
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BIOTINA CARENZA

• La carenza spontanea di biotina è molto rara (sintesi flora batterica
  intestinale)(esiste in caso di alterazioni genetiche degli enzimi connessi
  con il metabolismo della biotina)
• Assottigliamento e perdita di capelli, sopracciglia e ciglia
• Cambiamenti della personalità
• Parestesie e iperestesie
  Anoressia e dermatite
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BIOTINA CARENZA E CURA

• Le manifestazioni da carenza possono essere curate in 3-5 giorni con
  iniezioni di 0,15 mg di biotina al giorno.
• In pazienti che manifestano alterazioni genetiche degli enzimi connessi
  con il metabolismo della biotina, sono state utilizzate dosi molto elevate
  (200 mg per os e fino a 20 mg endovena) senza che si manifestassero
  effetti tossici.
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Situazioni di deficienza di biotina

• Prolungato consumo di bianco d'uovo crudo
• Nutrizione parenterale totale senza supplementazione biotinica
• Terapia anticonvulsivante a lungo termine
• Malattia di Leiner
• Sindrome della morte improvvisa neonatale
• Dialisi renale malattie gastrointestinali
• Alcolismo
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NIACINA

COOH
4
5
3
6
2
1
N
Acido nicotinico
Niacina
O
Il
C
NH2
N
Nicotinammide

FONTI DELLA NIACINA

• Endogena (dal triptofano)
• Esogena (dieta)
  Vitamina B3 o vitamina PP (può essere presente come acido nicotinico o
  nicotinammide)
  L'acido nicotinico si trova nei vegetali e la nicotinamide è
  caratteristica dei tessuti animali.
• Presente in carni, legumi ed alcuni cereali
• Precursore dei coenzimi NAD+ e NADP (forme biologicamente attive
  della niacina)
• Anche sintetizzata a partire dal triptofano
• Carenza: pellagra
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NIACINA ASSORBIMENTO

Inizia:

• Nello stomaco:
• HCl idrolizza i prodotti contenenti niacina rendendola biodisponibile
• Nell'intestino:
• Cotrasporto con il Na+ di acido nicotinico e di nicotinammide
  (A basse concentrazioni l'assorbimento della niacina avviene per
  trasporto Na-dipendente saturabile, mentre ad alte concentrazioni
  prevale la diffusione passiva)
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NIACINA ASSORBIMENTO CELLULARE

Human intestinal cells (Caco-2)
Human colonic epithelial cells (NCM 460)
Il meccanismo di uptake:

• dipendente da un carrier
• dipendente dal pH (quindi probabile sistema di
  cotrasporto con H+)
• saturabile
• Regolato da un pathway mediato da una tirosin
  chinasi (PTK)
  300
  Uptake (fmol/mg protein/3 min)
  Q
  200 -
  100 -
  -0-
  - Vi
  6
  7
  8
  Incubation buffer pH
  Fig. 2. Effect of incubation buffer pH on the nicotinic acid uptake by Caco-2
  cells. Confluent monolayers of Caco-2 cells were incubated at 37℃ in
  Krebs-Ringer buffer of varying pH. [H]Niacin (6 nM) was added to the
  incubation medium at the onset of 3-min incubation (i.e., initial rate). Values
  are means ± SE of four to six separate uptake determinations. When not
  shown, error bars are smaller than the symbol.
  Nabokina et al., Am J Physiol Cell Physiol 2005
  Kumar et al., Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2013
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NIACINA METABOLISMO

• Da 60 mg triptofano > 1 mg niacina
• Precursore di:
• NAD+ (nicotinammide adenina
  dinucleotide)
• NADP (nicotinammide adenina
  dinucleotide fosfato)
• NAD+ e NADP sono coenzimi che
  svolgono un ruolo
  fondamentale
  nelle reazioni di ossido-riduzione
  NAD
  Forma ossidata
  Forma ridotta
  H
  O
  4
  NH2
  4
  NH2
  5'
  O
  CH2
  .O.
  Po-P=0
  H
  H
  H
  H
  31
  O
  OH
  OH
  NH2
  Po-P=0
  N.
  EN
  5
  0
  -CH2
  N-
  0
  H
  H
  H
  H
  3
  N
  OH OH(OPO3
  OH
  OH(OPO, 2
  NADO (NADPO)
  NADH (NADPH)
  FORME OSSIDATE E RIDOTTE DI NAD (NADP)
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  Nicotinamide
  Mononucleotide
  NMN
  5
  O
  CH2 O
  @0-P=0
  H
  H
  H
  H
  3
  2
  O
  OH
  OH
  NH2
  I
  O0-P=0
  N
  Z
  5
  0-
  -CH2 -O
  N
  H
  H
  H
  H
  3º
  Adenosina
  Monofosfato
  AMP
  NOU
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NIACINA CARENZA

• Pellagra
• 3D -> Dermatite - Diarrea - Demenza
• Diffusa nelle popolazioni che si cibano soprattutto di mais
• Si può manifestare anche in soggetti anziani, malnutriti e alcolisti
• In alcolisti cronici: pellagra sine pellagra (non tutti e 3 i sintomi sono presenti)
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TIAMINA

H
NH2
S
N
N
Tiamina
0-
CH3 N
CH3
H
ATP
AMP
Carbono
reactivo
H
NH2
S
N
Tiamina
pirofosfato
N
CH3 N
.PO3-
CH3
PO3-
Costituita da un anello pirimidinico legato ad un
anello tiazolico mediante un ponte metilenico
Gruppo OH della catena laterale può essere
esterificato con 1, 2, o 3 fosfati
Solubile in acqua
Stabilità dipendente dal pH del mezzo:
· pH<5 stabile
· pH>7 facilmente distrutta per bollitura
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Tiamina o vitamina B1U
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TIAMINA FUNZIONI

La tiamina è fosforilata enzimaticamente a tiamina pirofosfato dalla tiamina-pirofosfato sintetasi
che trasferisce un pirofosfato dall'ATP sul gruppo ossidrilico della tiamina. La tiamina pirofosfato è
il coenzima attivo.
La tiamina pirofosfato funge da coenzima in tre complessi multienzimatici nei mitocondri dei
mammiferi, tutti coinvolti in reazioni di decarbossilazione ossidativa di a-chetoacidi:

• Decarbossilazione ossidativa del piruvato in acetil-CoA
• Decarbossilazione ossidativa dell'a-chetoglutarato in succinil CoA
• Decarbossilazione ossidativa degli a-chetoacidi (che provengono dal catabolismo di
  aminoacidi ramificati: leucina, isoleucina e valina) in acil CoA
  La tiamina pirofosfato interviene anche nelle reazioni di transchetolazione (trasferimento di due
  atomi di carbonio tra un aldozucchero e un chetozucchero)
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TIAMINA ALIMENTARE

Presente in molti alimenti di origine animale e vegetale ma abbondante in pochi (migliori sorgenti:
carne di maiale magra, lievito, legumi).
Sensibile a

• PH alcalino (per cui l'aggiunta di bicarbonato per mantenere verdi certi ortaggi porta a una
  perdita della vitamina)
• Alte temperature (perdita durante trattamento dei cibi)
• Perdita nelle acque di lavaggio e bollitura per la sua idrosolubilità
  I derivati fosforilati della tiamina presenti negli alimenti sono idrolizzati da fosfatasi attive nel
  canale alimentare.
  La tiamina libera che ne risulta è assorbita nel duodeno e nel digiuno prossimale per trasporto
  attivo mentre l'assorbimento è molto scarso nel resto dell'intestino.
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TIAMINA ASSORBIMENTO

Extracellular
N63Q
N-linked Glycosylation sites
& E66A
N314Q_
D444A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
E1384+0
O
G172D
S143FO
E28A~
D93H
COOH-terminal
NH2-terminal
Cytoplasm
Balamurugan K, Said HM. Functional role of specific amino acid
residues in human thiamine transporter SLC19A2: mutational
analysis. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2002
Jul; 283(1): G37-43.
PRADEEP K. et al., Mechanism of thiamine uptake by human
jejunal brush-border membrane vesicles. Am J Physiol Cell
Physiol 281: C786-C792, 2001.

• Trasporto attivo (carrier) al livello della membrana apicale che
  richiede gradiente H+ verso l'interno della cellula (membrana
  apicale) (trasporto Na-indipendente ma pH-dipendente)
• Saturato a basse concentrazioni di tiamina (per cui dosi massicce
  hanno scarsi effetti
  sulla concentrazione plasmatica
  e
  sull'escrezione urinaria)
• Sistema simile sia a livello intestinale sia a livello renale
• Trasporto Na+-dipendente nella membrana basolaterale degli
  enterociti (concentrazione di tiamina negli enterociti più bassa di
  quella nei liquidi sul lato esterno della membrana)
  no accumulo
• Legata all'albumina nel sangue. La quota non legata, ultrafiltrata
  rapidamente a livello renale.
  Vitamine 2
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  Membrane