Catabolismo dei lipidi: lipolisi e ossidazione degli acidi grassi

Catabolismo dei Lipidi e Ossidazione degli Acidi Grassi

CATABOLISMO DEI LIPIDI: LIPOLISI E
OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI
I LIPIDI COPRONO CIRCA IL 30% DELLA SPESA
ENERGETICA DELL'INTERO ORGANISMO A RIPOSO.
QUESTA PERCENTUALE AUMENTA:

• CON L'ATTIVITA' FISICA
• NEL DIGIUNO
• CON DIETE IPERLIPIDICHE

GLI ENZIMI CHE IDROLIZZANO I LIPIDI ASSUNTI NELLA
DIETA LIBERANDO ACIDI GRASSI SONO LE LIPASI

Processo di Digestione dei Grassi

i grassi
arrivano dallo
stomaco
i sali biliari prodotti
dal fegato entrano
con la bile
intestino tenue
-
le lipasi pancreatiche
agiscono sui lipidi

I TRIGLICERIDI SONO IN PARTE IDROLIZZATI

O
=
H
H
R-C-OH
H-C-OOR
lipasi
H-C-OH
H-C-OOR
O
R-C-OH
H-C-OH
H-C-OOR
H
0
H
R-C-OH
TRIGLIGERIDE
ACIDI GRASSI
H-C-OH
GLICEROLO
1B-48

Lipoproteine Plasmatiche e Caratteristiche

Apolipoproteine
C-III
c-IL
Colesterolo
Fosfolipidi
Triacilgliceroli
ed esteri del colesterolo

Tabella 19.1 Lipoproteine plasmatiche e loro caratteristiche.

Chilomicroni: Trasportano principalmente trigliceridi dopo i pasti
VLDL (bassissima densità) Trasportano trigliceridi dal fegato ai tessuti (adiposo,
muscolare ... )
LDL (bassa densità, derivano da VLDL) trasportano colesterolo dal fegato ai tessuti
HDL (alta densità) trasportano colesterolo al fegato, rimuovendolo dal sangue.
Differiscono anche per la componente proteica : LE APOLIPOPROTEINE HANNO
SPECIFICI RECETTORI NELLE CELLULE BERSAGLIO, CHE LE LEGANO E
INTERNALIZZANO IL CONTENUTO LIPOPROTEICO
2

Immagazzinamento dei Trigliceridi negli Adipociti

I TRIGLICERIDI SONO
IMMAGAZZINATI
NEGLI ADIPOCITI DEL
TESSUTO ADIPOSO
VISCERALE
SOTTOCUTANEO

Struttura e Funzione degli Adipociti

GOCCIA DI GRASSO (TRIGLICERIDI)
NEL CITOPLASMA DI UN ADIPOCITA
pocyte.
10 um
ADIPOCITI:
- BIANCHI (grandi)
BEIGE (piccoli)
- BRUNI
GLI ADIPOCITI HANNO UNA FUNZIONE
ALTAMENTE INTEGRATA CON FEGATO, CUORE
E MUSCOLO
3

Tipi di Adipociti e Loro Funzioni

Location
Visceral
Subcutaneous
Adipocyte number and size
Hypertrophy
Hyperplasia
Energy storing vs. burning
Beige
White
Brown

La trasformazione degli
adipociti bianchi in beige è
stimolata dall'esercizio fisico
e dal freddo.
L'imbrunimento cambia il
metabolismo dell'adipocita:
- gli adipociti bianchi (grandi)
accumulano trigliceridi
- gli adipociti beige sono piccoli e
frammisti a quelli bianchi e
consumano (ossidano) i lipidi.
Gli adipociti bruni sono cellule
differenti e hanno localizzazioni
specifiche.

L'aumento del gli adipociti
bruni è principalmente
attivato dal freddo
Tessuto adiposo viscerale e
sottocutaneo rispondono in modo
diverso a ormoni (insulina)
Il tessuto adiposo ha un ruolo
fondamentale nella regolazione
dell'omeostasi energetica a lungo
termine e regola anche la glicemia, il
metabolismo di altri tessuti e le
risposte infiammatorie.
Gli effetti sul metabolismo
dell'intero organismo sono differenti
Gli adipociti bianchi attraverso
l'imbrunimento (o inbeigemento)
diventano beige: possono shiftare
tra due programmi metabolici.
4

Metabolismo Lipidico e Risposta Ormonale

b
-
b
b
upper body fat
lower body fat
b
b
11- 110

Il metabolismo lipidico e la risposta agli ormoni (insulina) è
differente nei sessi e dipende anche dalla localizzazione del
tessuto adiposo
Nell'esercizio c'è una maggiore tendenza a mobilizzare grassi
dalla parte superiore del corpo

Trigliceridi Intramuscolari

Sezione di una fibra del
muscolo tibiale anteriore
miofibrille
lipidi (trigliceridi)
mitocondri
li
glicogeno
9
TRIGLICERIDI
INTRAMUSCOLARI
O INTRAMIOFIBRILLARI
(IMTG)
5

Lipolisi: Processo e Regolazione

LIPOLISI
La lipolisi è attivata nelle situazioni di:
- carenza di nutrienti (digiuno)
- Aumentata richiesta di energia (freddo ed esercizio
fisico )
Lipolysis is the process of hydrolyzing triacylglycerols into
glycerol and FFAs.
Lipolysis is regulated by several endocrine factors:
Glucagon,
Leptin,
Growth hormone (GH),
adrenocorticotropic hormone,
cortisol,
thyroid hormones,
parathyroid hormone,
By contrast, insulin signaling functions as the major anti-
lipolytic factor
NEGLI ADIPOCITI SONO PRESENTI ENZIMI DEPUTATI A
DIGERIRE I TRIGLICERIDI DI RISERVA LIBERANDO GLI
ACIDI GRASSI DA LIBERARE NEL SANGUE
(GLI STESSI ENZIMI SONO PRESENTI ANCHE NELLE
CELLULE MUSCOLARI E SI ATTIVANO NELL'ESERCIZIO)
6

Enzimi Coinvolti nella Lipolisi

ATGL (TRIGLICERIDE LIPASI DEGLI ADIPOCITI)
è sempre attivo e idrolizza i trigliceridi a digliceridi e acidi grassi,
ma catalizza anche la reazione opposta
HSL (TRIGLICERIDE LIPASI ORMONE SENSIBILE)
ATTIVATA DALL'ADRENALINA E DAL GLUCAGONE
E' IL PIU' IMPORTANTE PER LA REGOLAZIONE
MGL (MONOGLICERIDE LIPASI)
CATALIZZA LA TAPPA FINALE DELLA LIPOLISI,
STACCANDO L'ULTIMO ACIDO GRASSO

Trigliceride
Digliceride + acido grasso
ATGL
HSL
Adrenalina
Glucagone
Monogliceride + acido grasso
MGL
Glicerolo + acido grasso

glycerol
An example of a triglyceride.
H
I-0-0-0-I
O
H-CO-C
O
H-CO-C
O
H-CO-C
H
fatty acid
LIPOLYSIS
(triglyceride breakdown)
QO Lipase
Glycerol
Fal
Fatty acid
7

Trasporto e Metabolismo degli Acidi Grassi

Hormone
Receptor
Adenylyl cyclase
Adipocyte
CAMP
ATP
protein kinase
Fatty acids
triacylglycerol
lipase
Glycerol
Serum
albumin
Bloodstream
ATP
CO2
Fatty acid
transporter
ß oxidation,
citric acid cycle,
respiratory chain
Myocyte (muscle)
Lipolisi
Trasporto nel
sangue
Metabolismo
muscolare
GLI ACIDI GRASSI SONO
TRASPORTATI NEL SANGUE LEGATI
A LIPOPROTEINE ED ARRIVANO AL
MUSCOLO DOVE SONO OSSIDATI
PER PRODURRE ENERGIA.
L'uptake muscolare di acidi grassi
dipende dalla loro concentrazione
plasmatica
O
O
C
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
e
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
00
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
8

Ossidazione degli Acidi Grassi

NELLE CELLULE MUSCOLARI (SPECIALMENTE NELLE
FIBRE LENTE ) SONO PRESENTI 3 PROTEINE DI
TRASPORTO DI ACIDI GRASSI CHE FACILITANO LA
LORO ENTRATA
I trasportatori di acidi grassi specifici del muscolo
scheletrico (FABPpm, FAT/CD36, FATP)
Sono attivati dall'insulina e dall'esercizio

Trasporto di Acidi Grassi nella Cellula Muscolare

SANGUE
CELLULA MUSCOLARE
ATP
FABPPM
Î
ACIDI
GRASSI
CD36
ACIDI
GRASSI
- B-OSSIDAZIONE
FATP
TRIGLICERIDI
INTRAMUSCOLARI
MEMBRANA
CELLULARE
GLI ACIDI GRASSI ALL'INTERNO DELLA CELLULA
MUSCOLARE DERIVANO ANCHE DALLE RISERVE DI
TRIGLICERIDI, CHE VERRANNO POI RICOSTITUITE AL
TERMINE DLL'ESERCIZIO
Nell'esercizio, il muscolo ossida prevalentemente acidi grassi a
catena media e lunga
9

Fasi della Beta-Ossidazione

GLI ACIDI GRASSI SONO POI OSSIDATI NELLA VIA
CATABOLICA DEGLI ACIDI GRASSI CHE E' LA
B-OSSIDAZIONE
LA B-OSSIDAZIONE E' DIVISA IN 3 FASI
- ATTIVAZIONE DELL'ACIDO GRASSO
- TRASFERIMENTO NEI MITOCONDRI
- OSSIDAZIONE

Attivazione dell'Acido Grasso

ATTIVAZIONE DELL'ACIDO GRASSO
0
R-CH2-CH _- C-OH
CoA-SH
7
R-CH -CH -C-S-CoA
acido
ATP AMP
+ 2Pi
acil-CoA
grasso
SONO CONSUMATI 2 LEGAMI ALTAMENTE
ENERGETICI
10

Trasferimento nei Mitocondri tramite Carnitina

TRASFERIMENTO
PER ESSERE OSSIDATO, L'ACIL COA DEVE ENTRARE NEI
MITOCONDRI
VIENE UTILIZZATO UN TRASPORTATORE SPECIFICO:
LA CARNITINA
CH3
CH3
OH
Intermembrane
space
Carnitine
acyltransferase II
O
=
TR-C
S-CoA
Carnitine
S-CoA
Carnitine
R-C
Carnitine
R-C
CoA-SH
CoA-SH
Carnitine
Carnitine
acyltransferase I
Matrix
Spazio
Intermembrana
membrana
interna
matrice
mitocondriale
R-CO-SCOA +
carnitina
R-CO-camitina + CoASH
Carnitina aciltransferasi i
R-CO-camitina + CoASH
Camitina aci ltransferasi II
R-CO-SCOA
+
carnitina
[mitocondri)
La carnitina trasporta preferibilmente acidi grassi a catena
lunga e media
11
CH3-N+ CH2-CH-CH2-COO
O=0
0=0
0=0

Ossidazione e Produzione di Acetil-CoA

OSSIDAZIONE
NELLA B-OSSIDAZIONE IN UN CICLO DI 4 REAZIONI
SONO STACCATI DUE ATOMI DI CARBONIO COME
ACETIL-CoA
(C16) R-CH2-CH2-CH2-C-S-CoA
O Palmitil-CoA
acil-CoA
deidrogenasi
FAD
· FADH2
H
R-CH2-C=C-C-S-CoA
H Ö
trans-42.
Enoil-CoA
H2O
enoil-CoA
idratasi
OH
R-CH2-C-CH2-C-S-CoA
H
Ö
L-B-Idrossi-
acil-CoA
NAD+
B-idrossiacil-CoA
deidrogenasi
NADH + H+
R-CH2-C-CH2-C-S-CoA
O
Ö
B-Chetoacil-CoA
- CoA-SH
acil-CoA
acetiltransferasi
(tiolasi)
(C14) R-CH2-C-S-CoA + CH3-C-S-CoA
Ő
Ö
Acetil -CoA
(C14) Acil-CoA
(miristil-CoA)
ACIL-CoA
ACIL-CoA + ACETIL-CoA
(N ATOMI DI C) (N-2 ATOMI DI C) (2 ATOMI DI C)
12.

Esempi di Ossidazione di Acidi Grassi

PALMITOIL-CoA 16 ATOMI DI C (ACIDO PALMITICO)
8 ACETIL-CoA (2 ATOMI DI C)
STEAROIL-CoA 18 ATOMI DI C (ACIDO STEARICO)
9 ACETIL-CoA (2 ATOMI DI C)
PALMITOIL CoA (16 C)
C14
Acetyl -CoA
C12
Acetyl -CoA
C10
Acetyl -CoA
Cg
Acetyl -CoA
C6
Acetyl -CoA
C4
Acetyl -CoA
Acetyl -CoA
L'ACETIL-COA VERRA' POI ULTERIORMENTE
OSSIDATO NEL CICLO DI KREBS E QUINDI TUTTI GLI
ATOMI DI CARBONIO DELL'ACIDO GRASSO SARANNO
OSSIDATI A CO2
13

Ciclo TCA e Carnitina

Fatty acid
CoA
Fatty Acyl CoA
Carnitine
Acyl Carnitine
FAO
Fatty Acyl CoA
Citrate
Oxaloacetate
NAD+
Isocitrate
NADH
A-ketoglutarate
TCA Cycle
Malate
NAD+
NADH
Fumarate
Succinyl CoA
Succinate

LA CARNITINA
CH3
CH3-N+ CH2-CH-CH2-COO"
CH3
OH
La L-carnitina è stata scoperta nei tessuti muscolari nel
1905
E' presente come carnitina libera non esterificata e come
carnitina esterificata con acidi grassi (acil-carnitina).
La carnitina riveste un ruolo importante nel metabolismo
del cuore e del muscolo scheletrico ed è una molecola di
primaria importanza nel metabolismo dello sportivo.
Le maggiori concentrazioni si trovano nel muscolo, sia
scheletrico che cardiaco. Nell'uomo si trovano circa 20
grammi in di cui il 90% nei muscoli e nel fegato.
La dieta è la fonte primaria di carnitina, ma gli organismi
animali sono in grado di sintetizzarla
Le principali fonti alimentari di carnitina sono la carne, il
pesce ed i latticini.
Gli individui con dieta variata assumono 2-12 umoli di
carnitina per chilo di peso corporeo al giorno
il fabbisogno giornaliero di carnitina dell'uomo viene
coperto al 75% con la dieta ed il restante 25% mediante la
biosintesi endogena .
Gli individui vegetariani assumono < 0,1 moli per chilo di
peso corporeo al giorno.
i vegetariani ottengono oltre il 90% della loro carnitina
mediante la biosintesi endogena.
I livelli plasmatici di carnitina nei soggetti a dieta
vegetariana sono notevolmente inferiori rispetto a quelli dei
soggetti a dieta mista.
14

Resa Energetica dell'Acido Palmitico

Acetyl CoA
ESEMPIO DI RESA ENERGETICA:
L'ACIDO PALMITICO (16 C) DEL PALMITOIL CoA
IN 7 CICLI VIENE TRASFORMATO IN 8 MOLECOLE
DI ACETATO (2 C) SEMPRE LEGATO AL CoA SOTTO
FORMA DI ACETIL-CoA
INOLTRE SI RIDUCONO
7 NAD a NADH (ciascuno porta a 3 ATP nella fosf. ossidativa)
7 FAD a FADH2 (ciascuno porta a 2 ATP nella fosf. ossidativa)

Calcolo dell'ATP Prodotto

Fase 1
Fase 2
CH3
CH2
CH2
8 Ossidazione
8 Acetil-CoA
CH2
CH2
`CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
Ciclo
dell'acido citrico
CH2
CH2
CH2
7 x 5 ATP = 35 ATP
CH2
64e-
16CO0
CH2
C=0
131 ATP formati
O
- 2 ATP consumati
NADH, FADH2
Fase 3
129 ATP resa netta
2H+ + 202
Catena respiratoria
(trasferimento
degli elettroni)
H20
ADP + Pi
ATP
-8 x 12ATP = 96 ATP
15