Il cartone animato spiega in modo semplice ma esaudiente, vedamolo!
IL FEGATO E IL METABOLISMO
GLUCIDI
Dopo un pasto, il fegato riceve i monosaccaridi provenienti dalla digestione attraverso il sangue portale:
- converte il galattosio e gli altri esosi in glucosio
- inserisce fruttosio e pentosi nelle stesse vie cataboliche del glucosio,
- ossida il glucosio attraverso la glicolisi,
- trasform il glucosio in lipidi (per circa 1/3 del totale) o in amminoacidi
- polimerizza il glucosio a glicogeno .
A digiuno, il fegato:
- riconverte il glicogeno a glucosio (glicogenolisi),
- attiva la gluconeogenesi (sintetizza glucosio da amminoacidi e glicerolo),
- invia il glucosio ottenuto con i processi suddetti nel sangue allo scopo di riportare la glicemia a valori normali (funzione glicostatica).
LIPIDI
Gli acidi grassi a catena corta provenienti dell’intestino raggiungono il fegato direttamente attraverso la vena porta, gli altri prodotti della digestione vi arrivano soprattutto come “rimanenze” dei chilomicroni.
Il fegato:
- sintetizza trigliceridi, fosfolipidi, colesterolo da composti di natura non lipidica, soprattutto glucidi,
- accumula una certa quantità di trigliceridi nelle proprie cellule e li utilizza per le proprie esigenze energetiche,
- sintetizza lipoproteine attraverso cui manda in circolo trigliceridi, colesterolo e fosfolipidi,
- riceve dal sangue il colesterolo in eccesso (HDL) e lo elimina attraverso la bile, trasformandolo in parte in acidi biliari,
- sintetizza corpi chetonici, in presenza di eccesso di acetilCoA (non ossidabile completamente attraverso il Ciclo di Krebs).
PROTIDI
Il fegato è l’organo centrale del metabolismo azotato:
- riceve amminoacidi provenienti soprattutto dalla digestione delle proteine, ma anche dai tessuti corporei (in particolare alanina),
- li smista e li rinvia nel circolo generale,
- li utilizza per la sintesi delle sue proprie proteine e per quelle del sangue,
- li trasforma in vario modo attraverso la transaminazione, la deaminazione, la decarbossilazione, la modifica del gruppo R,
- sintetizza sostanze azotate non proteiche, come ad es. la creatina,
- trasforma gli scheletri carboniosi degli amminoacidi in acidi grassi, corpi chetonici, colesterolo e glucosio,
- elimina i gruppi amminici che provengono da tutti i tessuti sintetizzando urea,
- sintetizza nuovi amminoacidi non essenziali e li invia a tutti i tessuti.
ALCOL ETILICO
L’alcol etilico è ossidato negli epatociti attraverso meccanismi diversi:
- normalmente interviene l’enzima citoplasmatico alcol deidrogenasi che trasforma l’alcol etilico in aldeide acetica, successivamente ossidata ad acetilCoA (grazie all’enzima aldeide dedrogenasi). L’acetilCoA è inserito nel Ciclo di Krebs, oppure utilizzato per la sintesi dei lipidi (questa via è particolarmente seguita in caso di assunzione cronica in dosi elevate di alcol, con consenguente stato patologico di fegato grasso (steatosi), che può evolvere nella molto più grave cirrosi epatica.
- in caso di quantità massicce di alcol questo viene ossidato anche nei microsomi (sistema microsomiale di ossidazione dell’etanolo, inducibile) attraverso l’addizione diretta di ossigeno e l’intervento del NADPH, con formazione di aldeide acetica e acqua,
- di una certa importanza anche l’ossidazione dell’etanolo da parte dell’enzima catalasi dei perossisomi, che degrada questa molecola utilizzando come ossidante l’acqua ossigenata.
Metabolismi specifici: il fegato, il tessuto adiposo e il muscolo scheletrico
Negli organismi pluricellulari e quindi anche nell’uomo, al quale faremo riferimento, ogni tessuto svolge le vie metaboliche studiate in maniera specifica. Vi è quindi una “divisione del lavoro metabolico” che sarà poi integrato e coordinato dall’azione degli ormoni adrenalina, glucagone ed insulina, che tratteremo a parte. [vedi controllo ormonale].
Il fegato
Il fegato è l’organo centrale del metabolismo in quanto gli epatociti, dopo l’assorbimento intestinale, assumono la quasi totalità degli zuccheri e degli aminoacidi. Solo una piccola quota dei trigliceridi viene utilizzata dagli epatociti mentre la gran parte, dopo l’assorbimento, entra nel tessuto linfatico e poi nel tessuto adiposo. IL fegato elabora i nutrienti e li ridistribuisce ai tessuti, attraverso il flusso sanguigno, in una miscela, “calcolata” per i fabbisogni extraepatici a seconda dell’intervallo di tempo tra un pasto e l’altro, dell’attività dell’intero organismo e dal fabbisogno energetico.
Vediamo in dettaglio ora l’azione del fegato sugli zuccheri e sugli aminoacidi. [seguire lo schema]
Il glucosio entrato nell’epatocita viene fosforilato dalla glucochinasi, enzima con una Km molto elevata ma non inibito dal suo prodotto, come l’esochinasi.
Il glucosio 6-P, come si vede in figura può avere cinque destini metabolici che dipendono dalle necessità dell’organismo.
1) In caso di glicemia bassa, il glucosio 6-P viene defosforilato dalla fosfatasi per esportare glucosio libero nel flusso sanguigno.
2) Nel caso di bassa attività fisica e di normale concentrazione ematica di glucosio, se le riserve epatiche di glicogeno lo consentono, il glucosio 6-P viene immagazzinato come glicogeno attraverso la glicogenosintesi.
3) In caso di richiesta energetica il glucosio-6-P prende la via glicolitica e le successive deidrogenazioni per produrre ATP nella catena respiratoria.
4) Se l’acetil-CoA è in eccesso esso servirà come precursore per la sintesi di acidi grassi che saranno poi incorporati nei fosfolipidi o nei trigliceridi.
5) Se si devono produrre coenzimi ridotti (NADPH) per qualche sintesi oppure la cellula necessita di ribosio per la biosintesi degli acidi nucleici, il glucosio 6-P è il precursore della via del pentosio-fosfato.
Passiamo ora all’azione del fegato sugli aminoacidi [seguire lo schema]
Gli aminoacidi che entrano nelle cellule epatiche hanno diversi destini. Vediamoli.
1) sono i precursori per la sintesi delle proteine epatiche o 2) per quelle tissutali.
3) alcuni aminoacidi sono i precursori di nucleotidi, ormoni, neurotrasmettitori.
4) Gli aminoacidi in eccedenza per le biosintesi dei punti precedenti vengono deaminati e degradati ad acetil-CoA ed intermedi del ciclo di Krebs che 4a) in caso di sufficiente energia e/o di lavoro muscolare basso, possono essere convertiti in glucosio attraverso la gluconeogenesi.
L’acetil-CoA oltre a seguire la via del metabolismo energetico, può essere utilizzato, se in eccesso, 4c)per la sintesi degli acidi grassi.
4d) L’ammoniaca rilasciata nella deaminazione viene convertita in urea nel ciclo dell’urea.
5) Durante un digiuno prolungato, il livello di glucosio ematico tende a scendere sotto i livelli normali. Allora alcune proteine del tessuto muscolare vengono degradate per liberare aminoacidi liberi. Questi aminoacidi per transaminazione cedono il gruppo amminico al piruvato formando alanina che viene trasportata al fegato che, a sua volta, la deamina a piruvato.
Il piruvato, come sappiamo può percorrere la via gluconeogenetica e produrre glucosio da immettere nel sangue per ripristinare l’omeostasi glucidica. Questo ciclo, chiamato glucosio-alanina, è quello che regola la glicemia tra un pasto e l’altro.
Per ultimo vediamo l’utilizzazione degli acidi grassi da parte del fegato.
Gli acidi grassi, nell’epatociti possono essere convertiti in lipidi, fosfolipidi e triacilgliceroli che, legati alle lipoproteine plasmatiche, vengono esportati al tessuto adiposo.
Nella maggior parte dei casi gli acidi grassi sono il combustibile principale per il fegato e quindi attraverso l’attivazione e la β-ossidazione vengono convertiti in acetil-CoA e NADH che poi produrrà ATP nella catena respiratoria tramite la fosforilazione ossidativa. L’eccesso di acetil-CoA prodotto viene convertito in corpi chetonici che rilasciati nel sangue vengono utilizzati dai tessuti extraepatici per essere ossidati e produrre energia.
Il tessuto adiposo
E’ il tessuto di deposito dei grassi provenienti dall’intestino, dopo l’assorbimento e quelli sintetizzati, per la maggior parte, nel fegato ed esportati al tessuto adiposo tramite le VLDL. [vedi]
Quando l’organismo avverte la necessità di energia e lo zucchero ematico è in bassa concentrazione, l’azione dell’ormone adrenalina attiva la lipasi contenuta nel tessuto adiposo che idrolizza i triacilgliceroli in acidi grassi e glicerolo. Gli acidi grassi così liberati vengono trasportati nei tessuti muscolo scheletrici e al cuore che li ossidano per estrarre ATP.
I muscoli scheletrici
I muscoli scheletrici, deputati a compiere un lavoro meccanico, sono la sede del maggior consumo d’energia. Essi possono utilizzare acidi grassi, corpi chetonici o glucosio a seconda del grado di attività muscolare. Nel muscolo a riposo i principali nutriente sono gli acidi grassi forniti dal tessuto adiposo. In caso di moderata attività il muscolo può utilizzare invariabilmente corpi chetonici epatici, acidi grassi o glucosio. Quando il muscolo esegue un’attività massima, l’apporto di ossigeno e di sostanze nutrienti provenienti dal sangue, è insufficiente ai bisogni immediati. In tal caso il muscolo dopo aver demolito glicogeno endogeno, demolisce il glucosio a lattato nella via anaerobica. Questo sforzo massimo può continuare, dipendendo dall’allenamento, solo per poco tempo provocando accumulo di acido lattico che deve essere smaltito. Dopo lo sforzo, il soggetto deve continuare in una respirazione accelerata per un po’ di tempo. La maggior parte dell’ossigeno così assunto viene utilizzato principalmente dal fegato per produrre ATP da destinare alla sintesi conversione del lattato, giunto dal muscolo, in glucosio. (ciclo di Cori).
Durante il periodo di intensa attività il muscolo scheletrico, che contiene fosfocreatina, può produrre ATP nella reazione catalizzata dalla creatina chinasi:
fosfocreatina + ADP —→ creatina + ATP
ma durante la fase di recupero la fosfocreatina viene rigenerata tramite la reazione inversa:
creatina + ATP —→ fosfocreatina + ADP
Il cervello
Il cervello dell’adulto usa solo glucosio proveniente dal flusso sanguigno. La esochinasi, con una bassa Km può utilizzarlo anche in concentrazioni basse che però non devono scendere sotto livelli critici che comporterebbero gravi danni funzionali profondi ed irreversibili.
Durante i periodi di digiuno, il cervello può utilizzare anche il β-idrossibutirrato, un corpo chetonico proveniente dal fegato.
L’energia dell’ATP è necessaria per creare e mantenere il potenziale d’azione generato dall’antiporto della pompa sodio-potassio, ATPasi dipendente.
- converte il galattosio e gli altri esosi in glucosio
- inserisce fruttosio e pentosi nelle stesse vie cataboliche del glucosio,
- ossida il glucosio attraverso la glicolisi,
- trasform il glucosio in lipidi (per circa 1/3 del totale) o in amminoacidi
- polimerizza il glucosio a glicogeno .
A digiuno, il fegato:
- riconverte il glicogeno a glucosio (glicogenolisi),
- attiva la gluconeogenesi (sintetizza glucosio da amminoacidi e glicerolo),
- invia il glucosio ottenuto con i processi suddetti nel sangue allo scopo di riportare la glicemia a valori normali (funzione glicostatica).
Il fegato:
- sintetizza trigliceridi, fosfolipidi, colesterolo da composti di natura non lipidica, soprattutto glucidi,
- accumula una certa quantità di trigliceridi nelle proprie cellule e li utilizza per le proprie esigenze energetiche,
- sintetizza lipoproteine attraverso cui manda in circolo trigliceridi, colesterolo e fosfolipidi,
- riceve dal sangue il colesterolo in eccesso (HDL) e lo elimina attraverso la bile, trasformandolo in parte in acidi biliari,
- sintetizza corpi chetonici, in presenza di eccesso di acetilCoA (non ossidabile completamente attraverso il Ciclo di Krebs).
- riceve amminoacidi provenienti soprattutto dalla digestione delle proteine, ma anche dai tessuti corporei (in particolare alanina),
- li smista e li rinvia nel circolo generale,
- li utilizza per la sintesi delle sue proprie proteine e per quelle del sangue,
- li trasforma in vario modo attraverso la transaminazione, la deaminazione, la decarbossilazione, la modifica del gruppo R,
- sintetizza sostanze azotate non proteiche, come ad es. la creatina,
- trasforma gli scheletri carboniosi degli amminoacidi in acidi grassi, corpi chetonici, colesterolo e glucosio,
- elimina i gruppi amminici che provengono da tutti i tessuti sintetizzando urea,
- sintetizza nuovi amminoacidi non essenziali e li invia a tutti i tessuti.
ALCOL ETILICO
- normalmente interviene l’enzima citoplasmatico alcol deidrogenasi che trasforma l’alcol etilico in aldeide acetica, successivamente ossidata ad acetilCoA (grazie all’enzima aldeide dedrogenasi). L’acetilCoA è inserito nel Ciclo di Krebs, oppure utilizzato per la sintesi dei lipidi (questa via è particolarmente seguita in caso di assunzione cronica in dosi elevate di alcol, con consenguente stato patologico di fegato grasso (steatosi), che può evolvere nella molto più grave cirrosi epatica.
- in caso di quantità massicce di alcol questo viene ossidato anche nei microsomi (sistema microsomiale di ossidazione dell’etanolo, inducibile) attraverso l’addizione diretta di ossigeno e l’intervento del NADPH, con formazione di aldeide acetica e acqua,
- di una certa importanza anche l’ossidazione dell’etanolo da parte dell’enzima catalasi dei perossisomi, che degrada questa molecola utilizzando come ossidante l’acqua ossigenata.
