Unità monocarboniosa-CH3 metile
-CH2- metilene
-CHO formile
Coinvolti nella sintesi di basi puriniche e pirimidiniche, amminoacidi, altri importanti composti cellulari (creatina, carnitina, colina, …)
METIONINA FOLATIVITAMINA B12
COO- I
+H3N-CH I CH2
I CH2-S-CH3
metionina Met
COO-
I
+ H3N-CH I CH2
I CH2-SH
omocisteina Hcy
COO- I
+ H3N-CH I CH2-SH
cisteina Cysgruppo sulfidrilico -SH
legame tioetere-CH2-S-CH3
Met e Cys nella struttura delle proteine
Hcy non entra nella struttura delle proteine ma è indispensabile un intermedio del metabolismo
Amminoacidi solforati
metionina S-adenosilmetionina
S-adenosilomocisteina
omocisteina
metiltransferasi
X
metil-X
vit B12metionina
sintasi
cistationina
cisteina
vit B6
vit B6 + serina
cistationina sintasi adenosina
creatinaquantitativamente più importantecolina- fosfolipidi (membrane, VLDL)- neurotrasmettitori
(acetilcolina) carnitinaadrenalina- istoni -CH3
- citosina -CH3
(controllo epigenetico)
TRANSMETILAZIONE
THF
N5-metilTHF
TRANSULFURAZIONE
metionina + ATP SAM + 3 molecole fosfato
Carenza dell’enzima metionina adenosil transferasi causa persistenti alti livelli di metionina con danni neurologici
SH
Metilazione della citosina presente in un promotore inibisce la trascrizione: importante per la prevenzione del cancro
metilazione degli istoni rende la cromatina compatta, non disponibile alla azione dei fattori di trascrizione
Metilazione modifica il genoma senza alterare la sequenza, e permette un adattamento rapido e permanente a modifiche ambientali
)
DNA-metiltransferasi
I. L’omocisteina viene ritransformata in metionina ad opera della METIONINA
SINTASI (vit B12)
L’enzima non può funzionare in caso di inadeguato apporto di gruppi -CH3 a causa di
mancanza di donatori - folati
carenza del cofattore - metilcobalammina
accumulo di omocisteina e bassi livelli di SAM
– OOC-CH(NH3+)-CH2-CH2-S-CH2-CH(NH3
+)-COO– + H2O
cisteina + -chetobutirrato + ammoniaca
-chetobutirrato (decarbossilazione ossidativa) propionilCoA succinil CoA
2° tappa: CISTATIONINA -LIASI (PLP dipendente)
II. L’OMOCISTEINA E’ TRANSFORMATA CISTATIONINA1° tappa irreversibile - CISTATIONINA -SINTASI (PLP)
Hcy + serina (cistationina -sintasi -vit B6) cistationina + H2O
CISTEINA
sintesi di proteine
glutatione (Glu-Cys-Gly) (antiossidante)
CoASH (metabolismo acidi grassi)
taurina (SO3--CH2-CH2-NH3
+ ) (formazione dei sali biliari)
zolfo inorganico (sintesi di solfolipidi)
interesse per il metabolismo degli amminoacidi solforati
IPEROMOCISTEINEMA determinata da cause genetiche o nutrizionali
fattore di rischio per patologie cardiovascolari
(indipendente da ipercolesterolemia o ipertensione)
esito infausto per gravidanza alterazione di sviluppo fetale e neonatale (alterata vascolarizzazione della placenta e quindi diminuita funzionalità: aborto, sottopeso neonatale, difetti tubo neurale,)
sindrome di Alzheimer e altri disturbi neurologici
IPEROMOCISTEINEMIA dovuta a
• Difetto di rimetilazione della omocisteina a metionina• Difetto di sintesi del 5 metil THF• Difetto nella transulfurazione
Causa o indicatori di malattia?
Evidenziata nel 1962
Nel sangue : - libera 1-2% - coniugata a proteine (albumina) - disolfuri misti Hcy-Hcy; Hcy-Cys
soglia iperomocistinemia = 12 mol/Lvalori desiderabili ≤ 9-10 mol/L
Meccanismi biochimici del danno vascolare• Ipometilazione• Addotti a gruppi tiolici plasmatici, inibizione enzimi antiossidanti cellulari, stress ossidativo
Alcune conseguenze fisologiche (endotelio e piastrine)
• Aumento della risposta infiammatoria (endotelio) • Alterata funzionalità piastrinica (aumentata sintesi trombossani), • Anormalità della coagulazione e della fibrinolisi • Diminuzione dei livelli di ossido nitrico dovuto a formazione di
S-nitroso-Hcy NO ha azione vaso dilatatoria dovuta a rilassamento della muscolatura vasale
DIFETTI GENETICI (rari)
cistationina sintasimetionina sintasi metilen-THF reduttasi (MTHFR) (carenza o polimorfismo)
• NUTRIZIONALI: carenza di B6, B12 o folati
ALTERATA FUNZIONALITA’ RENALE con dimuita “clearance”
FARMACI CON ATTIVITA’ ANTIVITAMINICA teofillina -usata per l’asma- per la B6 valproato - usato per la epilessia- per il folato
FOLATITermine generico che comprende
-folati alimentari
si trova prevalentemente - nei vegetali verdi quali spinaci, asparagi, broccoli- arance- legumi, arachidi.
- acido folico presente in supplementi e cibi fortificati
Vitamina scoperta nel 1940
carenza: anemia megaloblasticaattualmente importante nella prevenzione
sistema nervo ( in particolare sviluppo fetalecancro (colon)
acido folico sintetico
supplementi, alimenti fortificati
R = unità monocarboniosa
tetraidrofolato (THF) cofattore enzimatico nelle fonti alimentari
Sostituzione agli N5 e N10
Forme enzimatiche specifichemetile – CH3 (posizione 5)
metilene – CH2 – (posizione 5 e 10) metenile – CH= (posizione 5 e 10) formile – CHO (posizione 5 o 10)
THF variabile perLivello di riduzioneCatena di poliGlu (1-14) legame peptidico intrappola la vitamina nella cellula aumenta l’affinità per gli enzimi dà specificità enzimatica
pteridina – ac. p-amminobenzoico – ac.glutammico
O
C N
H
COOHCH2C CH2
H
COOH
NH
O
N2HN
CH2N
N
HN
12
43 5
6
78
HN
OII
N C N
H
CCH2C CH2
H
COOH
O
N2HN
CH2N
N
5
10R
OII
OH
nHHH
metionina sintasi
N5(-CH3)THF
THF tetraidrofolatoMTHFR metilenTHFreduttasiTMP timidilato
MTHFRFAD, NADPH
N5,N10(-CH2-)THF
glicina serinavit B6
istidinaN5N10(-CH=) THF
glutammato
dUMP TMP
metionina
+ omocisteina
vit B12
glicina, colina fMet-tRNA mitocondrio
- sintesi proteica mitocondriale
metilentTHFdeidrogenasi - (NADP)
metenilTHFcicloidrolasi (H2O )PURINE (C-2, C-8) N10(-CHO)THF
formiltTHFsintasi (ATP)
FUNZIONI BIOCHIMICHEFUNZIONI BIOCHIMICHE- Sintesi della metionina dalla omocisteina - Sintesi delle pirimidine (dUMP TMP) tappa limitante per la replicazione del DNA- Sintesi delle purine
N5(-CH3)THF
metioninaS-adenosilmetionina
+ omocisteina
vit B12metionina
sintasi
cistationina
cisteina
vit B6
vit B6
TRANSULFURAZIONE
TRANSMETILAZIONE
MTHFRFAD, NAPH
metil-X colinacarnitinacreatinaadrenalinaIstoni-CH3 citosina-CH3
X
SINTESI BASI AZOTATE
metiltransferasi
N5,N10(-CH2-)THF
glicina serinavit B6
istidinaN5N10(-CH=) THF
glutammato
PURINE N10(-CHO)THF(C-2, C-8)
glicina, colina
TIMINA
RIMETILAZIONE
TRAPPOLA DEL FOLATOCARENZA SECONDARIA DI FOLATI IN PRESENZA DI CARENZA DI VITAMINA B12
N5-metilTHF deve essere convertito nella forma THF dall’enzima metionina sintasimetionina sintasi per poter essere riutilizzato.
In alternativa, essendo cattivo substrato per la folilpoliglutammato sintasi, non rimane nella cellula e viene perso con le urine
SUPPLEMENTAZIONE DI FOLATI MASCHERA LA EVENTUALE CARENZA DI VITAMINA B12
LA FUNZIONE DELLA VIT B12 e’ STRETTAMENTE LA FUNZIONE DELLA VIT B12 e’ STRETTAMENTE CORRELATA ALLA FUNZIONE DEL FOLATOCORRELATA ALLA FUNZIONE DEL FOLATO
Manifestazioni cliniche di carenza di folato e di B12 Manifestazioni cliniche di carenza di folato e di B12 sono similisono simili
DONNE IN GRAVIDANZA a rischio di sviluppare carenza per l’aumentata richiesta di unità monocarboniosa e sintesi di DNA. rischio di parto pretermine, minor peso alla nascita, fino a complicazioni di gravidanza ed aborto spontaneo
DIFETTI DEL TUBO NEURALE sistema nervoso centrale si forma fra il 20° e il 28° giorno dal concepimentodimostrato che la supplementazione con acido folico un mese prima e dopo l’inizio del concepimento (400 ug) previene il rischio nel 70% dei casi
Causa ? suggerito ma non dimostrato:- la omocisteina ad alti livelli potrebbe essere neurotossica funzionando da
antagonista per il recettore del glutammato, coinvolto nello sviluppo neuronale- alterata metilazione di geni coinvolti nella formazione neuronale
ASPETTI CLINICI
MALATTIE CARDIOVASCOLARI da alti livelli di omocisteina (folati, B6, B12)
ANEMIA MEGALOBLASTICA Carenza di folati risulta nella inibizione del ciclo cellulare. Anche disturbi gastrointestinali
PREVENZIONE DEL CANCRO Folato come agente citoprotettivo (carenza associata a cancro)
Regola stabilità DNA tramite due meccanismi principali uracile timina in carenza: incorporazione errata di uracile nel DNA
S-AdenosilMet metila specifiche citosine DNA (regolazione della trascrizione)in carenza: ipometilazione
CANCRO Cellule cancerose a rapida proliferazione necessitano di folati (antifolati come farmaci)
INVECCHIAMENTO Correlazione tra età e ipometilazione DNA
FUNZIONI MENTALI (depressione)Alterazioni nei sistemi di metilazione del sistema nervoso centrale. Associata a bassi livelli di serotonina.Supplementazione di SAM
ALCOLISMO CRONICO E CARENZA DI FOLATI: ipotizzato che acetaldeide o l’enzima aldeide ossidasi aumenti l’ossidazione del folato
POLIMORFISMO - POLIMORFISMO - mutazione presente nell’1% o più della popolazioneIl metabolismo del folato coinvolge >30 proteine (enzimi, trasportatori) con diversi polimorfismi
N 5,N10METILENE THF REDUTTASI (MTHFR) gene isolato nel 1994
Molto studiata è MTHFR C677T (nella proteina Ala Val) forma termolabile identificata nel 1995 in vitroin vitro - minore attività e minore stabilitàin vivoin vivo - può portare ad alterato rapporto delle varie forme metilate del THF, in particolare in carenza di folato
Conseguenze: alti livelli di omocisteina Caucausici ed asiatici presentano 12% omozigoti T/T e 50% eterozigoti C/T; africani d’america incidenza più bassa
Supplementazione folato (800 g) sembra annullare differenze
Principale obiettivoPrevenzione dei difetti del tubo neurale.- Campagna indirizzata a tutte le donne in età fertile
DOMANDE- Quanto folato?- Sotto che forma? (sintetico o alimentare). L’alimentazione può fornire
sufficienti qualtità di folati?- Polimorfismo MTHFR C677T ? - Un eccesso di folati può aumentare il rischio di cancro?-Un eccesso di folati può esarcebare i danni da carenza di vitamina B12?
USA fissato a 1 mg/die il livello massimo tollerabile di assunzione di assunzione di acido folico sintetico incluse donne in gravidanza ed allattamento. basandosi sulla evidenza che eccesso di acido folico può esacerbare o far precipitare i danni neurologici dovuti a carenza di B12, dato che l’anemia risponde alla sola supplementazione con acido folico
Problemi negli anziani.
Raccomandazioni sull’assunzione (microg/die)
Italia USA UK Austria-Germania-Svizzera -
Adulto (M,F) 200 400 200 400Gestante 400 600 300 600Nutrice 350 500DONNA In ETA’ FERTILE?
Mean Folate Intake (microg/die)
Country Male Female -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Germany 236 211Netherlands 215 173Spain 317 303Portugal 300 265UK 311 213Denmark 304 249Sweden 230 194Ireland 332 260
Paesi Europei Assunzione media in folati nell’adulto relativamente
bassa
291 g/d per l’uomo e 247 g/d per la donna
Vitamina B12
1855 descritta sindrome con anemia megaloblastica e demielinizzazione del sistema nervoso centrale.
1926 dimostrazione che dieta ricca in fegato stimola la produzione di globuli rossi
1948 purificata dal fegato la vitamina B12
(nello stesso anno dalla Merck, Sharp and Dohme e dalla Glaxo)
SPERIMENTATA SU PAZIENTI
Modello particolare in quanto Malattia non complicata da malnutrizione, carenza calorica o
carenza di altre vitamine Mancanza di modelli animali che diano sintomi e alterazioni
simili a quelli dell’uomo.
VITAMINA BVITAMINA B1212
Anemia perniciosa: fatale prima della scoperta della terapia vitaminica
STRUTTURAanello tetrapirrolico (corrinico) con uno ione cobalto (Co+3) centrale per cui si definiscono cobalammine (Cbl) i composti con attività B12
6° ligando: carbonio (legame covalente)
FORME COENZIMATICHE
metile adenosina
in molti SUPPLEMENTI cianocobalammina (- CN)cianocobalammina (- CN)prontamente convertita nelle forme coenzimatiche
CATALISI Co (+3) Co (+2)
5° ligando: N deldimetilbenzimidazolo(DMB) ribonucleotide
CH3
Co3+
NN
NN
N - DMB
CH3
Co3+
NN
NN
N - istidina-Enzima
Co3+
NN
NN
N - DMB
2HC
CHO
CH
HC CH
I
I I
Iadenina
HO OH
metilCbl 5’deossiadenosilCbl metil-Cbl legataall’enzima (cofattore)
BIOSINTESIBIOSINTESI
Soltanto dai microrganismi
Le piante non usano B12
La fonte per animali è il prodotto della sintesi microbica: i ruminanti dai batteri del rumine, gli erbivori da vegetali contaminati da feci gli onnivori - e l’uomo - da prodotti di origine animale
FUNZIONEFUNZIONE Batteri Batteri - in molte reazioni (fra cui sintesi metionina)
Animali - note solo 2 reazioni
metil malonil-CoA mutasi (coenzima: adenosil Cbl)
matrice mitocondriale metil malonil~CoA succinil~CoA
Metionina sintasi (coenzima: metil Cbl) citoplasma
5 metil TH Folato + omocisteina metionina
• Val, Ile, Met, Thr• Acidi grassi a C dispari • colesterolo ac biliari
COO-
IHC-CH3 + vit B12 I CO~SCoA
COO-
ICH2
ICH2
ICO~SCoA
COO-
I CH2 + HCO3
- + BIOTINA I CO~SCoA
propionil ~CoA metilmalonil~CoAsuccinil~CoA
• Ciclo di Krebs• Metabolismo corpi chetonici• Biosintesi dell’eme
IMPORTANTE NEI RUMINANTI: la fermentazione batterica del rumine produce grandi quantità di acido propionico.
Formazione dell’acido metilmalonico in carenza di Vitamina B12 per perdita di CoASH dal metil malonilCOA; di norma non si forma Sintomi peculiari della anemia perniciosa sono gli alti livelli ematici ed urinari dell’acido metilmalonico
METABOLISMMETABOLISMOO
Bocca - secreta la proteina salivare legante la Cbl (aptocorrina o proteina Raptocorrina o proteina R)
Stomaco: pH acido e digestione proteica liberano la vit B12 presente negli alimenti; la vitB12 si lega alla proteina R ed in questa forma va al duodeno
Le cellule parietali della mucosa gastrica secernono il fattore intrinseco (IF), proteina altamente specifica per la vit B12 .
Duodeno La digestione della proteina R ed ambiente alcalino liberano la vit B12 che si lega al fattore IF (si forma il complesso Cbl-IF)
Ileo assorbita mediante due meccanismi1. endocitosi tramite il recettore specifico per Cbl-IF 2. per diffusione passiva (incide per il 1%.)
rilasciata nei lisosomi e legata alla transcobalamina II (TCII)
Sangue portale - legata alla transcobalamina II (TCII)
Fegato - captata dal fegato per endocitosi e legata alla transcobalamina I (TCI) .
Negli alimenti - vit B12 legata sotto forma di coenzima
richiede proteine per il trasporto attraverso il tubo digerente e nell’organismorichiede proteine per il trasporto attraverso il tubo digerente e nell’organismo
MANIFESTAZIONI CLINICHE di CARENZAMANIFESTAZIONI CLINICHE di CARENZA Anemia megaloblasticaAnemia megaloblastica
per diminuita sintesi del DNA che colpisce le cellule in rapida divisione del midollo osseoInefficiente eritropoiesi, bassi livelli di eritrociti, globuli bianchi e piastrine (nei casi gravi, anche diagnosi errata di leucemia)
Anormalità neurologichePerdita di mielina del sistema nervoso centrale(non chiari i motivi - gli animali resistenti a questo sintomo)- Non sempre reversibile, soprattutto se la carenza è presente da lungo tempo - Più grave nel bambino
alcuni pazienti suscettibili ad anemia, altri ad alterazioni neurologichele severità delle due alterazioni sono inversamente correlate
- solo 1/3 dei pazienti con anemia ha alterazioni neurologiche- 1/4 dei pazienti con alterazioni neurologiche ha parametri ematologici normali
Non è chiaro il motivo: le indicazioni metaboliche sono le stesse nei due casi
Disturbi gastrointestinali
CAUSE di CARENZA di Vitamina B12
I. MALATTIA AUTOIMMUNE con PERDITA del FATTORE INTRINSECOCausa più comune di anemia perniciosa
Anticorpi contro la pompa H/K ATPasi e -50% dei casi- anche contro IFFrequenza F > M (indipendente dall’etnia)
età (rara nei giovani - 2% sopra i 60 annni)
se scorte sufficienti, occorrono anni perché la malattia si manifesti
II. DIFETTI CONGENITI nell’assorbimento e nel metabolismo (rari)- difetti del recettore intestinale per il complesso Cbl-IF- difetti della TCII - alterazioni a livello epatico della sintesi delle forme coenzimatiche
III. CAUSE ALIMENTARI (rare)IV. INVECCHIAMENTO carenza nel 10-15 % sopra i 60 anni per diminuito funzionamento gastrico e diminuita secrezione gastrica, la vit B12 non viene rilasciata dalle proteine alimentari.V. MALASSORBIMENTO
SOLO DA PRODOTTI ANIMALI
Fegato di bue - alimento più riccoCarne, pollo, pesce, uovaLatte (0.9 ug/ tazza), yogurt, formaggio -
buona fonte per vegetariani
FONTI DI VITAMINA B12FONTI DI VITAMINA B12
con una dieta normale si introducono 4 - 6 microg/die
Fabbisogno Fabbisogno adulti = 2,4 microg/d