L'ATP costituisce il collegamento chimico tra il catabolismo e l'anabolismo. E' il composto ad alta energia più largamente distribuito ed ...
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L’ATP costituisce il collegamento chimico tra il
catabolismo e l’anabolismo.
E’ il composto ad alta energia più largamente
distribuito ed utilizzato nel corpo umano.
Filomena Fezza 2020-21 1
ATP = adenosina (adenina + ribosio) + tre gruppi
fosforici (alfa, beta e gamma) legati tramite
legame fosfoanidridico
adenosina
adenina
ribosio
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Filomena Fezza 2020-21
Grande quantità di energia che accompagna la
rottura dei legami fosfoanidridici
Filomena Fezza 2020-21 3
ATP+H2O ADP + Pi + H+
∆G°’ = - 30,5 kJ /mole
ATP+H2O AMP + PPi + H+
∆G°’ = - 61 kJ /mole
Trasferimento di quantità di energia diverse a
Filomena Fezza 2020-21
seconda della reazione in cui viene utilizzato.
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ATP fornisce energia per:
Biosintesi di macromolecole
(Lavoro chimico)
Contrazione muscolare
(Lavoro meccanico)
Filomena Fezza 2020-21
Trasporto contro gradiente
(Lavoro osmotico)
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scissione enzimatica della
fosfocreatina Sintesi
a breve termine
(durante i primi
glicolisi anaerobica: secondi dell’esercizio)
fosforilazione a livello dei
substrati
Filomena Fezza 2020-21
catena di trasporto degli
elettroni mediante la Sintesi
fosforilazione ossidativa a lungo termine
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Sistema Substrato O2 Velocità Produzione relativa
di ATP
Anaerobico
Sistema ATP-PC Fosfocreatina NO rapidissimo poca
Sistema ac. lattico Glicogeno NO rapido poca
Aerobico Glicogeno
Glucosio SI lento moltissima
Ac.grassi
Filomena Fezza 2020-21 7
Sistema: Capacità Potenza
(mmol ATP Kg dm-1) (mmol ATP Kg dm-1s-1)
Fosfageno 55-95 9
Glicolitico 190-300 4.5
Fosfageno +
glicolitico 250-370 11
Filomena Fezza 2020-21 8
Filomena Fezza 2020-21
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La vita media dell’ATP è di 1 minuto e si ha un
turnover giornaliero di circa 40 Kg ATP.
Il muscolo può ricavare 24 kJ di lavoro per ogni
mole di ATP degradato.
Gli enzimi che catalizzano l’idrolisi dell’ATP sono
delle chinasi (ATPasi).
Filomena Fezza 2020-21 10 Presente nel muscolo in quantità più elevata
dell’ATP (75 mmol/Kg massa secca contro 24
mmol/Kg peso secco). In termini di concentrazione:
PC 18-19 mM contro ATP 5-6 mM.
È il deposito di energia del muscolo.
E’ in equilibrio con l'ATP e con la sua forma
defosforilata: assicura un ripristino di ATP
pressoché immediato senza intaccare il glucosio
ematico a scapito del cervello.
Filomena Fezza 2020-21 11 Trasportatore di energia tra il sito di
produzione dell’ATP (mitocondri) e le
miofibrille.
“tampone” per il mantenimento dell’ATP.
Facilitare l’integrazione del metabolismo
durante la contrazione muscolare.
1
Filomena Fezza 2020-21 2Deplezione di ATP e di PC nel quadricipite femorale
umano a seguito di uno sprint
1
Filomena Fezza 2020-21 3ADP + H+ + fosfocreatina ATP + creatina
creatina chinasi (CK)
Esistono due tipi di creatina chinasi: una citosolica e
una mitocondriale ed inoltre questo enzima presenta
numerosi isoenzimi.
Ricordo che gli isoenzimi possono differire per:
Parametri cinetici
Specificità
pH ottimale
Caratteristiche di carica (pI)
Sensibilità all’inibizione
Sensibilità al calore (termostabilità)
1
Filomena Fezza 2020-21 4 CPK è formato da due diverse sub unità M (muscle) e B
(brain)
3 possibili combinazioni isoenzimatiche (M-M M-B B-B)
M M M B B B
Contenuto nei tessuti:
Filomena Fezza 2020-21
Muscolatura scheletrica 96 4 0%
Muscolatura cardiaca 80 20 0%
Cervello 4 96%
Di interesse: Nell’infarto aumentano precocemente CK totale, CK-MB e CK-
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MM. Nel fegato e nei reni.
A partire da tre amminoacidi: glicina, arginina
e metionina.
Rilasciata
in circolo e catturata dai muscoli e
dal cervello che la fosforilano in
fosfocreatina.
Accumulo di creatina nel fegato induce
inibizione del processo biosintetico.
Filomena Fezza 2020-21 16Guanidinacetato
Guanidinacetato Creatina
Metabolismo della creatina e della creatina fosfato
1
Filomena Fezza 2020-21 7FEGATO/RENE SANGUE MUSCOLO
glicina
arginina creatina creatina creatina
metionina
fosfocreatina
Ciclizzazione
creatinina creatinina
Filomena Fezza 2020-21
urine
18Creatina chinasi
citosolica
Creatina chinasi
mitocondriale
Filomena Fezza 2020-21 19Ciclo creatina-fosfocreatina
creatina
contrazione
muscolare ATP
ADP citoplasma
creatina~P creatina
ATP
fosforilazion
ADP
e ossidativa
creatina~P
mitocondrio
2
Filomena Fezza 2020-21 0Interno del Membrana Citoplasma fibrocellula
mitocondrio
mitocondriale muscolare
ATP ATP creatina creatina ATP
Fosforilazione Energia per
ossidativa CPK CPK contrazione
ADP fosfocreatina fosfocreatina
ADP
ADP
2
Filomena Fezza 2020-21 1 Fibre muscolari rosse (tipo I):
◦ abbondanti mitocondri
◦ molta mioglobina
◦ poca creatina
Fibre muscolari bianche (tipo II):
◦ molta creatina
◦ scarsi mitocondri
◦ metabolismo prevalentemente anaerobico.
2
Filomena Fezza 2020-21 3 Richiesta giornaliera di 2 grammi: 1 grammo prodotto endogenamente
1 grammo dalla dieta
(1 Kg carne dà 5 g creatina).
Nonostante ciò, la creatina si usa come supplemento nello sport:
> resistenza alla fatica
< tempo di recupero
> massa muscolare ? FALSO (aumenta contenuto di acqua, non
sintesi proteica)
In Italia, il Ministero della Sanità permette una supplementazione di 3
gr/die fino a 6 gr/die per non più di un mese contro i 10-20 gr/die (per
20 giorni seguiti da 3-4 gr/die per 7 giorni) permessi negli Stati Uniti.
Rischi: eccessiva supplementazione provoca ritenzione idrica, crampi
muscolari e disturbi gastrointestinali.
Parte della fosfocreatina viene spontaneamente ed irreversibilmente
convertita in creatinina, eliminata con urine proporzionalmente alla massa
muscolare (1-1,5 g di creatinina nelle urine nelle 24 ore).
Filomena Fezza 2020-21 24Altra sintesi per l’ATP
Nel muscolo scheletrico e cardiaco l’ADP generato può
essere riconvertito in ATP anche mediante la reazione
catalizzata dall’adenilato chinasi (nota anche come
miochinasi) molto attiva in questi due tessuti.
2ADP adenilato chinasi
ATP + AMP
Lo scopo è
produzione di ATP in aggiunta alle fonti usuali in condizioni di
anossia.
ruolo regolatorio sull’utilizzazione del glucosio tramite la
produzione di AMP (mette in moto l’ossidazione del glucosio
attivando l’ enzima glicolitico fosfofruttochinasi)
La produzione di AMP nel muscolo segnala una
urgente richiesta di energia e stimola la glicolisi a
produrla immediatamente!
2
Filomena Fezza 2020-21 5 A bassi livelli di energia l’aumento di AMP induce un aumento
dell’attività dell’enzima AMP deamminasi che deammina l’AMP ad
iosina monofosfato (IMP) ed NH3.
AMP IMP + NH3
AMP deamminasi
Prevenendo l’accumulo di AMP si consente all’adenilato chinasi di
continuare a produrre energia e quindi la contrazione.
Inoltre, la produzione di NH3 in questa reazione è rilevante per la
riduzione della concentrazione di protoni conseguente alla
produzione di lattato.
Alternativamente, l’AMP può essere defosforilato in adenosina
per azione della 5’-nucleotidasi.
AMP Ade + NH3 + inosina
5’-nucleotidasi
L’adenosina neoformata diffonde negli spazi extracellulari
inducendo vasodilatazione; tale composto ha anche un effetto
antiaggregante sulle piastrine.
Filomena Fezza 2020-21 26 L’IMP può essere riconvertito in AMP, a spese dell’amminoacido
aspartato, che cede il gruppo amminico.
Questo processo ciclico può portare alla produzione di notevoli quantità
di NH3 derivanti dall’aspartato che si trasforma in fumarato.
ATP
contrazione
ADP
AMP fumarato
adenilsuccinato liasi
AMP deamminasi
adenilsuccinato
NH3
IMP adenilsuccinato sintetasi
aspartato + guanosina trifosfato 2
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Filomena Fezza 2020-21 La notevole quantità di ammoniaca che si forma in questa
via metabolica riveste particolare importanza in condizioni
di anossia per neutralizzare il lattato.
In condizioni di aerobiosi, invece, l’immissione del
fumarato (senza cambiamenti nella quantità di AMP)
accelera l’ossidazione dell’acetil-CoA e la formazione di
NADH responsabili in parte delle funzioni muscolari
durante l’esercizio.
Questo ciclo svolge un ruolo secondario durante l’esercizio ad
alta intensità. E’ infatti la quantità di carboidrati il principale
determinante della disponibilità degli intermedi del ciclo degli
acidi tricarbossilici (ciclo di Krebs).
Filomena Fezza 2020-21
La perdita di adenin nucleotidi in condizioni di crisi
metabolica è importante per il mantenimento delle
funzioni muscolari infatti, l’energia libera di idrolisi
dell’ATP diminuisce quando l’ADP e il Pi si accumulano cosa
che danneggia ulteriormente la contrazione.
2
8La misura della concentrazione
intracellulare (o intramitocondriale)
dell’ATP, ADP e AMP consente la
valutazione dello stato energetico della
cellula in termini di “potenziale fosfato”.
Si può definire:
Filomena Fezza 2020-21
Carica energetica = [ATP] + 0.5 [ADP]
[ATP] + [ADP] +[AMP]
29 Nelle cellule, la carica energetica viene di
solito mantenuta intorno a valori di 0.9.
La velocità di sintesi di ATP durante
l’esercizio viene regolata dalla carica
energetica del muscolo.
Filomena Fezza 2020-21
In condizioni di bassa carica energetica si
attivano le reazioni del catabolismo ossidativo,
ossia la degradazione dei substrati, per fornire
energia chimica e rigenerare ATP.
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0Produzione di ATP aerobica
Filomena Fezza 2020-21
3
13 Filomena Fezza 2020-21 2
3 Filomena Fezza 2020-21 3
Il passaggio dei protoni attraverso la membrana mitocondriale
interna avviene attraverso un complesso costituito da 2
proteine (complesso F0- F1).
La subunità F0 forma il canale che permette il passaggio di ioni
H+; il flusso di protoni dà l'energia sufficiente perchè la
subunità F1 svolga la sua attività ATP sintetasica.
F1
Fo
H+ 3
Filomena Fezza 2020-21 4Demolizione della PC
Dipende dal rapporto ATP/ADP correlato alla contrazione muscolare.
Attivazione della glicolisi
1. rapporto ATP/ADP
2. diminuita [PC] poiché utilizzata per riformare ATP
3. Aumento di ioni calcio rilasciati durante la contrazione.
4. Aumento dei livelli di adrenalina e noradrenalina che attivano la
demolizione di glicogeno.
Filomena Fezza 2020-21
Inibizione della glicolisi
1. rapporto ATP/ADP
2. Aumento della [citrato]
3. Diminuzione di ioni calcio e abbassamento del pH derivante
dall’accumulo di acido lattico.
4. Aumento della concentrazione di acidi grassi, che inibisce
l’entrata di glucosio nel muscolo.
3
5regolazione dell’ossidazione degli acidi grassi
1. Ormoni influenzano [ac. grassi] plasmatica
2. Aumento ematico di lattato (inibisce)
3. Aumento dei livelli di insulina dopo introduzione di
carboidrati (inibisce)
regolazione della fosforilazione ossidativa.
1. [ADP]
2. disponibilità di ossigeno ai mitocondri
3. Disponibilità di NADH e FADH2 (quindi velocità del
ciclo di Krebs)
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Filomena Fezza 2020-21 6Puoi anche leggere
