Michail Bulgakov

VITAMINA A (RETINOLO)

CHIMICA
E' un alcol a 20 atomi di carbonio ("retinOLO"!). A guardarla bene la vitamina A potrebbe anche sembrare un orologio a cucù con un paio di antenne e in cui il cucù è il gruppo ossidrilico che la rende un alcol.

E' costituito da due elementi:
- un anello beta-ionONico
- una lunga catena carboniosa polinsatura (trans)

SINTESI DELLA VITAMINA A
La sintesi della vitamina A comincia dai caroteni, tra i quali il più diffuso è il beta-carotene. Dal beta-carotene alla vitamina A servono due enzimi: la beta-carotene diossigenasi e la retinolo deidrogenasi(NADPH(H+) dipendente)

ASSORBIMENTO E TRASPORTO
Il nostro organismo è in grado di assorbire:
- il retinolo già bell' e fatto o in formadi estere (alimenti di origine animale)
- i caroteni (alimenti di origine vegetale)

Una parte di questi composti viene modificata dagli enterociti mentre un' altra parte rimane inviolata. Le modificazioni a cui possono essere sottoposti questi composti sono, in generale, tutte mirate alla trasformazione del precursore in prodotto finale: gli esteri sono trattati con "esterasi", i caroteni con beta-carotene diossigenasi e retinolo deidrogenasi. Il retinolo così ottenuto entra nel circolo ematico(accompagnati dalla Retinol Binding Protein, RBP) per raggiungere il fegato, dove trova il suo rifugio nelle cellule stellate chesi trovano nel cosiddetto spazio di Disse, posto tra la superficie endoteliale dei sinusoidi epatici e gli epatociti stessi.

I composti che rimangono inviolati non entrano direttamente nel sangue, ma entrano nei chilomicroni che li trasporta in parte al fegato (che li trasforma inretinolo come fa anche l' intestino) e in parte ai tessuti extraepatici tra i quali valela pena di ricordare la pelle, giacchè essa, in seguito ad accumulo di carotene, diviene giallognola.

Nel sangue la concentrazione normale di vitamina A è di 30-50 microgrammi per 100 millilitri.

FUNZIONI DELLA VITAMINA A
I composti che hanno veramente effetto sull' organismo sono:
- retinolo (sintesi proteica)
- retinale (visione)
- acido retinoico (epiteli ed ossa)
[E' possibile ritrasformare dunque il retinolo in retinale ma non è altrettanto possibile ritrasformare l' acido retinoico in retinale]

Nella retina il retinolo viene trasformato a retinale dalla retinolo deidrogenasi NADP+ dipendente. Il retinale si lega alla proteina opsina per formare la rodopsina (il fotorecettore dei bastoncelli, cellule retiniche sensibili alla luce crepuscolare) ma non nella sua forma nativa tutto trans, bensì nella forma di 11-cis retinale. Questa trasformazione è catalizzata dalla retinale isomerasi e permette al retinale di legarsi all' opsina mediante un legame aldimminico (base di Schiff) chesi forma tra il gruppo aldeidico dell' 11-cis retinale e il gruppo amminico di un residuo di lys della proteina. Quando la luce colpisce questo pigmento provoca la sua conversione alla forma nativa (tutto trans) provocandoil distacco dall' opsina e avviando la cascata di eventi che trasduce il segnale fino al sistema nervoso.

REGOLAZIONE ORMONALE

Sodio e potassio

Calcio e fosfato

Acqua

REGOLAZIONE ORMONALE DI SODIO E POTASSIO

E’ basata sul funzionamento di due ormoni: aldosterone e il fattore natriuretico atriale. L’ aldosterone è prodotto quando un calo della pressione sanguigna o la composizione ionica del sangue (alto K+, basso Na+) stimolano la produzione, da parte delle cellule juxtaglomerulari di renina.

La renina scinde l’ angiotensinogeno, prodotto dal fegato e liberamente circolante nel sangue, in angiotensina I. Questa, ancora nel sangue, arrivata al polmone viene modificata da un’ enzima che si trova sulla membrana plasmatica delle cellule endoteliali dei capillari polmonari, l’ ACE. L’ ACE scindi quindi l’ angiotensina I in angiotensina II, che ha due effetti. Innanzitutto è un vasocostrittore e poi aumenta anche la secrezione di aldosterone da parte della corteccia surrenalica.

Ma che compito ha l’ aldosterone nei confronti del sodio e del potassio? Due! Aumentare la trascrizione di alcuni geni tra cui la pompa Na+/K+ e un canale per il Na+ luminale (ENaC) che favoriscono il riassorbimento di Na+.

Il fattore natriuretico atriale riduce il riassorbimento di Na+ e ne aumenta l’ escrezione.

REGOLAZIONE ORMONALE DI CALCIO E FOSFATO

Il rene è regolato grazie all’ azione del paratormone e della calcitonina. Il PTH agisce sullo scambiatore Na+/Ca++ posto sulla membrana basolaterale aumentando il riassorbimento del Ca+ (agendo su una via intracellulare che aumenta il cAMP), ma anche sul cotrasportatore Na+/fosfato inibendolo.

La calcitonina ha azione opposta.

REGOLAZIONE ORMONALE ACQUA

Il riassorbimento dell’ acqua avviene in due modi: per via paracellulare o per via trans cellulare. La via paracellulare è un fenomeno osmotico, concentrato soprattutto a livello del tubulo prossimale e regolato in parte dall’ aldosterone (che regola i flussi di Na+ e quindi di acqua).

La via trans cellulare è invece regolata dall’ ormone antidiuretico che agisce sulle cellule dei tubuli distali e dei dotti collettori stimolandole alla esposizione in membrana di acquaporine. Ogni subunità, è formata da 6 dei domini transmembrana, che attraversano il doppio strato lipidico della membrana cellulare. Questi 6 domini transmembrana, sono orientati in modo particolare, cioè hanno un orientamento bidirezionale e sono speculari: i primi 3 domini(a, b, c), sono speculari con gli altri 3 (a1, b1, c1). Infatti, il segmento (a) è speculare al segmento (a1), ed il loro orientamento è opposto, in modo che quando il canale si forma all'interno della membrana cellulare, l'acqua viene trasportata in due sensi opposti (bidirezionalità).

Nel porocanale, gli amminoacidi, sono disposti in modo che i segmenti N-terminale e C-terminale delle catene polipeptidiche siano rivolte verso l'ambiente intracellulare. La struttura dell'acquaporina, presenta inoltre delle anse extracellulari (A, C, E) e delle anse intracellulari (B, D). In particolare, ciò che forma il porocanale per l'acqua è l'ansa B ed E, che si ripiegano per formare il poro centrale. Le anse B ed E, sono costituite da residui amminoacidici specifici, perché possiedono le caratteristiche chimico-fisiche adatte che favoriscono il passaggio delle molecole d'acqua. Questi residui amminoacidici specifici, in particolare sono: asparagina, prolina, alanina, ai quali la molecola d'acqua si lega e successivamente viene rilasciata.

Un altro residuo amminoacidico presente è quello della cisteina, importante dal punto di vista del meccanismo inibitorio delle acquaporine.

RUOLO DEI SISTEMI DI TRASPORTO NEL RIASSORBIMENTO E NELLA REGOLAZIONE DELL’ EQUILIBRIO IDRO-SALINO

La maggior parte delle sostanze riassorbite sfrutta il gradiente del Na+ ed entra in cotrasporto conesso, per poi uscire passivamente dal lato basolaterale ed entrare nel circolo ematico (per esempio nel riassorbimento del glucosio grazie a GLUT2).

Essendo i trasportatori saturabili esistono dei valori di trasporto massimo per ogni sostanza ( per esempio nel caso del glucosio è 325 mg/min.

In altri casi il trasporto è più complesso perché il rene può comportarsi da assorbitore o da escretore oer la stessa sostanza in occasioni diverse, come nel caso del K+. Il rene infatti lo riassorbe nel tubulo prossimale e nell’ ansa di Henle (Na+/K+/2Cl- in membrana luminale per farlo entrare nella cellula; uniporto basolaterale per indirizzarlo verso il sangue) ma può anche secernerlo nel tubulo distale e nei tubuli collettori grazie all’ uniporto luminale.

SISTEMI DI TRASPORTO DI MEMBRANA

SISTEMI DI TRASPORTO DI MEMBRANA – INTRODUZIONE

La variazione di energia libera associata al trasporto di una sostanza A elettricamente carica tra due compartimenti, per esempio dall’ esterno all’ interno di una cellula, si misura con questa reazione:
DG = RT ln (Aint/Aest) + n F DV

Il potenziale di membrana per una specie ionica diffusibile invece si calcola in questo modo:
DV =( RT/ZF) ln (C2/C1)
Dove C2 è convenzionalmente la concentrazione interna per gli anioni, esterna per i cationi.

Si distinguono i trasportatori (trasporto attivo primario, trasporto attivo secondario, trasporto apssivo; simporto, antiporto, uniporto) che sono saturabili dai canali ionici, un tipo di trasportatori uniporto in definitiva, che sono apparentemente non saturabili.

Esistono vari trasportatori:

POMPA NA+/K+
Dove: membrana basolaterale
Azione: 3 Na+ fuori/2 K+ dentro. E’ un’ ATP-asi di tipo P quindi per la sua attività è fondamentale una fosforilazione (acido aspartico).
Struttura: alfa2-beta2. Alfa contiene 8 domini trans membrana e i siti di legame per ioni, ATP e uobaina. Esistono diverse isoforme, ma nel rene quella abbondante è l’ isoforma alfa1, sensibile all’ attività dell’ aldosterone.

COTRASPORTO NA+/GLUCOSIO
Dove: membrana luminale (SGLT2 nel tubulo prossimale, SGLT1 nel tubulo distale)
Azione: è un trasporto attivo secondario, basato sul gradiente elettrochimico del Na+ fornito dalla pompa Na+/K+, che serve a riassorbire il glucosio (NB: 12 mEq e 140 mEq con DV=-70mV)
Struttura: 12 segmenti trans membrana

COTRASPORTO NA+/AMINOACIDI
Dove: membrana luminale
Azione: è un trasporto attivo secondario che serve per riassorbire gli aminoacidi. Esistono diversi carriers a seconda dei vari tipi di aminoacidi.

ANTIPORTO NA+/H+ (AMILORIDE SENSIBILE)
Dove: membrana luminale (tubulo prossimale)
Azione: è un trasporto attivo secondario che serve per l’ escrezione degli ioni H+ (acidificazione delle urine). Quantitativamente il mezzo più importante sotto questo punto di vista (si pensi alle pompe protoniche). Tipicamente inibito dall’ amiloride (diuretico)

COTRASPORTATORE NA+/K+/2CL- (FUROSEMIDE SENSIBILE)
Dove: membrana luminale (branca ascendente dell’ ansa di Henle)
Azione: cotrasporta questi ioni nel citoplasma. Na+ e Cl- vanno in direzione del loro gradiente, al contrario del K+. E’ inibito dal furosemide (diuretico). E’ responsabile di buona parte dell’ assorbimento del K+, mentre ha un ruolo più marginale nei confronti del Cl- che viene riassorbito per massima parte per via paracellulare

CANALI PER IL K+
-Canale per il K+ basolaterale (scarica nel sangue gli eccessi di K+ in parte provenienti dalla pompa Na+/K+, in parte provenienti dal cotrasportatore furosemide sensibile)
-Cotrasportatore K+/Cl- basolaterale (vedi sopra)
-Canale luminale del K+ (secerne K+ nel lume dai tubuli distali o da tubuli -collettori) 

TRASPORTATORI PER IL CL-
· Cotrasportatore Na+/K+/2Cl- (entra, dalla membrana apicale)
· Scambiatore HCO3-/Cl- (entra, dalla membrana basolaterale)
· Canale luminale del Cl- (esce, dalla membrana luminale)
· Cotrasportatore basolaterale K+/Cl- (esce, dalla membrana basolaterale)

TRASPORTATORI DI CALCIO E FOSFATO
Il calcio che passa il filtro renale è solo quello ionizzato libero, cioè quello non coniugato a proteine. Il suo ingresso nella cellula avviene passivamente attraverso un canale specifico. Una volta all’ interno della cellula tubulare renale passa anche la membrana basolaterale, per raggiungere il sangue, grazie a due sistemi:
· la pompa del Ca+ ATP-asi (2Ca+/1ATP)
· lo scambiatore Na+/Ca++ (3Na+/1Ca+), stimolato dall’ ormone paratiroideo

Il fosfato (0,8 mM di soglia renale) entra nella cellula dal lato luminale grazie a un cotrasportatore Na+/Fosfato

POMPA PROTONICA
Dove: membrana luminale dei tubuli distali e dei dotti collettori
Azione: trasporto attivo primario che sfruttando l’ energia dell’ idrolisi dell’ ATP pompa nel lume gli ioni H+. Quantitativamente, come già detto, è più importante l’ antiporto Na+/H+ ma questa pompa ha un’ alta capacità concentrante che le permette di acidificare urine già acide fino a farle raggiungere un PH di 4,5.

METABOLISMO RENALE

METABOLISMO RENALE – Porzione corticale

La porzione corticale ha un metabolismo decisamente ossidativo grazie alla presenza di numerosi mitocondri. I substrati più utilizzati sono sicuramente gli acidi grassi (acido palmitico); il loro catabolismo dà dal 60% all’ 80% dell’ energia totale, mentre la restante parte è fornita dal glucosio per lo più ma anche da acido lattico, glicerolo, aminoacidi, citrato. La porzione corticale è anche in grado di produrre e utilizzare i corpi chetonici, nonché di fare gluconeogenesi.

La gluconeogenesi è operante soprattutto in condizioni di digiuno (in questi casi quella renale è paragonabile a quella epatica)(stimolata da adrenalina e glucagone attraverso la formazione di cAMP) e utilizza come precursori acido lattico, glicerolo e aminoacidi (glutamina). La glutamina viene deaminata (glutaminasi) ad acido glutammico e questo viene deaminato (glutammico deidrogenasi) ad alfa-chetoglutarato che poi viene indirizzato alla gluconeogenesi oppure transaminato di nuovo ad acido glutammico.

In effetti vengono prodotte due molecole di ammoniaca durante queste due reazioni e questo è molto utile al rene per svolgere la sua azione di regolatore dell’ equilibrio acido base perché l’ ammoniaca, combinandosi con lo gli idrogenioni (H+) generano ione ammonio (NH4+) e facilitano l’ escrezione di ioni H+, perciò non sorprende se uno degli enzimi atti a questo (la glutaminasi) viene controllato positivamente dalla concentrazione di ioni H+.

Pensandoci bene il ruolo del rene in questo ambito non si ferma qui. Durante le reazioni che dall’ alfa-chetoglutarato portano al glucosio avvengono due decarbossilazioni che, grazie all’ azione dell’ anidrasi carbonica procurano due molecole di bicarbonato (CO2 + H20 --> HCO3- + H+)

METABOLISMO RENALE – Porzione midollare

La porzione midollare invece ha un metabolismo fondamentalmente basato sulla glicolisi anaerobia.