La regola di Markovnikov è utile in chimica organica per definire la regioselettività delle reazioni di addizione elettrofila al legame degli alcheni asimmetrici.
Prendiamo come esempio l’addizione elettrofila di un acido alogenidrico al metilcicloesene:
Il prodotto è l’addizione del protone sul carbonio meno sostituito (legato ad un numero minore di atomi di carbonio) ed il cloro su quello più sostituito e non viceversa. Il meccanismo e la cinetica possono spiegare questo risultato:
La reazione prevede due semi reazioni, nella prima (la più lenta) si ha la formazione di un intermedio che presenta la carica positiva su un atomo di carbonio (carbocatione) e la seconda data dall’attacco del nucleofilo al carbocatione. Il prodotto che si ottiene è definito dalla stabilità dell’intermedio.
La stabilità relativa dei centri carbocationici aumenta all’aumentare del numero di gruppi alchilici legati ad essi. Il motivo di questa stabilizzazione è il fenomeno dell’iperconiugazione.
Il carbocatione è ibridato sp2 con un geometria trigonale planare e presenta un orbitale p vuoto. Questa lacuna elettronica può essere stabilizzata da alcuni orbitali molecolari dei carboni adiacenti che si sovrappongono leggermente con l’orbitale p vuoto. Questo fenomeno è chiamato iperconiugazione.
I carbocationi terziari (tre gruppi alchilichi legati) saranno quelli relativamente più stabili, poi avremo i secondari (due gruppi alchilici legati), i primari e i meno stabili sono i carbocationi metilici ovvero CH3+.
Un altro fattore che può spiegare questa scala di stabilità è l’effetto induttivo. In un legame σ, la differenza di elettronegatività tra i due atomi determina uno spostamento della nuvola elettronica verso l’atomo più elettronegativo. Nel caso del carbocatione, il carbonio ibridato sp2 con la carica positiva è più elettronegativo dei gruppi alchilici ibridati sp3 attaccati quindi attirerà verso di se la nuvola elettronica dei gruppi adiacenti stabilizzando la carica positiva.
Possiamo quindi riassumere la regola di Markovnikov:
In una reazione di addizione elettrofila il protone si posizionerà sul carbonio meno sostituito in modo da formare il carbocatione più stabile. Il nucleofilo si legherà quindi al carbonio più sostituito.
Alcune eccezioni a questa regola sono date ad esempio dall’utilizzo di borano con regioselettività anti-Markovnikov oppure dalla possibilità che ci sia un riarrangiamento carbocationico, ma saranno sicuramente argomento di altri due articoli.
L’arsenico (As) è un semimetallo che è naturalmente contenuto nella crosta terreste e lo si può trovare anche nell’acqua e nell’aria. L’inquinamento delle falde acquifere da arsenico, in numerosi paesi del mondo, rappresenta un grave rischio cronico per la salute delle popolazioni che utilizzano queste fonti come principali risorse idriche, ma non solo. I rischi sono legati anche all’utilizzo di queste acque per l’irrigazione dei campi, per la produzione di alimenti o per i processi industriali. Altre attività che possono aumentare l’inquinamento da arsenico sono sicuramente le attività industriali e di estrazione mineraria, l’utilizzo di insetticidi a base di arsenico ma anche l’attività vulcanica.
Il continente più colpito da questo fenomeno è quello asiatico, alti valori di arsenico si riscontrano anche in alcuni stati dell’America del Sud e del Nord.
Casi documentati di contaminazione da arsenico legati a fenomeni naturali Fonte: British Geological Survey, (2001), <http://www.bgs.ac.uk/>
In Italia le regioni maggiormente esposte a questo rischio sono alcune zone della Toscana, Umbra, Lombardia, Trentino-Alto Adige e del Lazio. Per fronteggiare questa emergenza sono utilizzati dei sistemi di filtraggio a membrana o dei materiali adsorbenti.
Stati di ossidazione
In natura l’arsenico inorganico si può trovare in diversi stati di ossidazione (-3, 0, +3, +5). I più comuni e tossici sono le forme pentavalenti e trivalenti rispettivamente arseniato e arsenito che risulta essere la forma più tossica. Molto comuni sono anche le forme monometilate (MMA) e dimetilate (DMA) che molti mammiferi producono come metaboliti che vengono espulsi tramite l’urina. La forma trimetilata (TMA) è presente in piccolissime quantità nell’urina.
Forme metilate di As(v) e As(III)
Nell’uomo sono state trovate tracce di questi composti nell’urina di soggetti cronicamente esposti a fonti di arsenico.
Le forme organiche di arsenico sono molto meno tossiche e presenti in quantità minima rispetto a quelle inorganiche.
Effetti sulla salute
La tossicità acuta varia a seconda della formula e del suo stato di ossidazione. La MMAIII nei topi ha una LD50 di 2 mg/Kg mentre la MMAV ha una LD50 di 960 mg/Kg, le forme più metilate hanno valori di LD superiori (Michael F. Hughes, 2002).
Le caratteristiche di un’intossicazione acuta da arsenico sono problemi all’apparato gastrointestinale, vomito, diarrea, sangue nelle urine, anuria, convulsioni, coma e morte.
La tossicità cronica è più comune soprattutto nei paesi sottosviluppati o nelle località dove l’acqua estratta dalla falda non viene filtrata e controllata prima di essere distribuita. Anche il tabacco può dare questo tipo di tossicità in quanto la pianta del tabacco è in grado di assorbire l’arsenico presente nel suolo.
Uno dei tratti caratteristici di questa tossicità sono le lesioni cutanee (cambiamento di pigmentazione e ipercheratosi), ma anche problemi al sistema cardiovascolare (Blackfoot disease), nervoso, epatico, endocrino e renale.
L’esposizione cronica a queste molecole può portare allo sviluppo di tumori, i più frequenti sono quelli alla pelle, ai polmoni o alla vescica. La EFSA (European Food Safety Autority) ha identificato l’intervallo di dosi giornaliere (da 0,3 a 8 μg/Kg di peso corporeo) che porterebbero ad un aumento del rischio di sviluppare tumori pari all’1%.
Meccanismo della tossicità dell’arsenico pentavalente
L’arseniato può sostituire il gruppo fosforico in molte reazioni biochimiche per via della struttura e proprietà simili, ad esempio può legarsi al glucosio nella prima reazione della glicolisi per formare il glucosio-6-arseniato o legarsi al gluconato. L’arseniato può anche sostituire il fosfato nella pompa del sodio e limitare la produzione di ATP durante la glicolisi.
Si assiste quindi ad una deplezione di ATP (riduzione della produzione), in particolare a livello mitocondriale l’arseniato è in grado di sostituirsi al gruppo fosforico nella sintesi dell’ATP per formare ADP-arseniato durante la fosforilazione ossidativa.
Meccanismo della tossicità dell’arsenico trivalente
L’arsenito reagisce in vitro con molecole contenenti gruppi tiolici come la cisteina e il GSH (glutatione). Il legame tra l’arsenico trivalente e i gruppi tiolici può inibire importanti funzioni biochimiche.
Il complesso della PDH (piruvato deidrogenasi) viene inibito dalla presenza di arsenito, in particolare dalle forme metilate (MMAIII) che si legano all’acido lipoico. Il complesso della PDH ossida il piruvato ad Acetil-CoA che entra nel ciclo di Krebs per produrre equivalenti ridotti utili alla catena di trasporto degli elettoni per la sintesi dell’ATP. L’inibizione di questo complesso porta quindi ad una riduzione di ATP.
L’arsenito è anche un potente inibitore del GSH reduttasi che ha la funzione di ripristinare il glutatione ridotto. Il risultato di questa inibizione è una deplezione di GSH in forma ridotta che determina un accumulo di specie reattive dell’ossigeno (ROS) tossiche per le cellule.
Risultati di test sperimentali
Nel rapporto della SOT (society of Toxicology) del 2016 sono raccolti i principali risultati di test in vitro dell’intossicazione da arsenito.
Effetto della concentrazione di arsenito nel contenuto mitoondriale di GSHLivelli di ATP e rapporto ATP/ADP in relazione alla concentrazione di arsenito
Conclusioni
La formazione di ROS, e la deplezione di ATP sono alcuni dei principali risultati da intossicazione da arsenico che portano alla morte cellulare. L’aumento di ROS causa anche l’apertura di pori di transizione di permeabilità mitocondriale che danneggiano l’integrità della membrana mitocondriale. Il rilascio di citocromo c dalla membrana mitocondriale può portare all’attivazione dalle caspasi che inducono una morte cellulare per apoptosi. La sola deplezione di ATP porterebbe ad una morte cellulare per necrosi.
L’organizzazione mondiale della sanità ha fissato a 10 μg/l il limite massimo di arsenico nelle acque potabili.
Sviluppi biotecnologici
La felce a foglie lunghe (Pteris vittata) è una pianta in grado di accumulare all’interno dei vacuoli grandi quantità di arsenico presente nel terreno. Alcuni ricercatori hanno isolato i tre geni responsabili dell’accumulo di Arsenico sono utilizzati dalle cellule per sintetizzare tre proteine. La GAPC1 è utilizzata per il trasporto dell’arsenico, la OCT4 sembrerebbe aiutare l’arseniato ad attraversare le membrane dove un’altra proteina, la GSTF1, trasforma l’arseniato in arsenito, la forma immagazzinata nella cellula. L’inattivazione di uno di questi geni causa la morte delle piante. Sono ancora in corso studi sul possibile utilizzo di questi geni che possono essere inseriti in altre piante per renderle capaci di bonificare terreni come già stanno facendo in alcune zone le piante di felce.
UNICEF “Mitigating Arsenic In Drinking Water ” (link)
Hughes, Michael F. “Arsenic toxicity and potential mechanisms of action” Toxicology Letters Volume 133 Issue 1, 7 Luglio 2002 – (link)
Hosseini, Mir-Jamal et al. “Toxicity of Arsenic (III) on Isolated Liver Mitochondria: A New
Mechanistic Approach” Iranian Journal of Pharmaceutical Research (Winter 2013) – (link)
Il mentolo è un composto organico contenente un gruppo ossidrilico. Il composto si ottiene mediante sintesi o estrazione dall’olio essenziale di diversi tipi di menta (piperita, campestre,…), a temperatura ambiente è un solido cristallino di colore bianco. E’ poco solubile in acqua ma miscibile in alcol e eteri.
Il mentolo contiene tre centri stereogenici quindi si può trovare in otto diverse forme chiamate stereoisomeri (2n dove n è il numero di carboni chirali).
Stereoisomeri del mentolo – Di Roland Mattern
La forma predominante in natura è la (-)-mentolo, tutte le altre forme si possono ottenere dalle sintesi in laboratorio rendendo impuro il prodotto di sintesi.
Classificazione e effetti
Il mentolo è classificato come agente aromatizzante e adiuvante (FDA). L’effetto più conosciuto di questa molecola è quello rinfrescante ma riduce anche irritazioni della pelle e delle mucose ed è in grado di produrre un effetto analgesico locale.
Targets
Alcuni dei principali targets del mentolo sono i recettori TRP (Transient Receptor Potential cation channel) in particolare il recettore termico TRPM8 (sottofamiglia M, membro 8), anche noto come recettore del freddo e del mentolo. Questo canale ionico, localizzato principalmente a livello del neurone afferente primario, è attivato dal freddo e da agenti rinfrescanti come il mentolo e consente l’ingresso di ioni calcio e sodio che provocano una depolarizzazione della cellula nervosa e la conseguente trasmissione all’encefalo della sensazione di freddo. Altri canali simili che possono essere attivati dal mentolo sono TRPA1 e TRPV3.
Il mentolo è anche agonista (si lega e ha funzione di attivatore) del recettore k-oppioide OPRK1. Questo recettore lega composti simili agli oppioidi e regola l’alterazione della nocicezione (sensazione del dolore), l’umore, la coscienza e il controllo motorio. Il mentolo attivando il recettore ha un effetto analgesico senza dare alcun effetto di dipendenza.
Applicazioni
Il mentolo oltre a trovarsi nei farmaci come adiuvante, è utilizzato nelle sigarette per ridurre l’irritazione della gola provocata dal fumo.
Si utilizza anche come additivo aromatizzante nei dentifrici e nelle caramelle.
Alcune creme contengono mentolo con funzione di analgesico locale e si utilizzano per il trattamento di crampi e strappi muscolari.
Fonti
Chem.libretexts.org (Strategies in (-)-Menthol syntesis) – link DrugBank – link PubChem – link
McKemy DD. TRPM8: The Cold and Menthol Receptor. In: Liedtke WB, Heller S, editors. TRP Ion Channel Function in Sensory Transduction and Cellular Signaling Cascades. Boca Raton (FL): CRC Press/Taylor & Francis; 2007. Chapter 13. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK5238/
L’acesulfme di potassio è un dolcificante intensivo artificiale non calorico in quanto il nostro corpo non è in grado di metabolizzarlo, viene assorbito a livello intestinale e secreto attraverso le urine e ha un potere dolcificante di circa 200 volte superiore del comune saccarosio.
Vista la stabilità a temperature superiori ai 200°C e a bassi valori di pH, l’ACE-K, viene impiegato in numerosi alimenti a basso contenuto calorico, dolcificanti, bevande e nei prodotti farmaceutici.
ACE molecola utile per monitorare la qualità dell’acqua in piscina
E’ stato pubblicato nel 2017 un articolo scientifico sull’utilizzo dell’ACE come indicatore per la presenza di urina nelle acque di alcune piscine svedesi.
Le sostanze organiche azotate nelle urine reagiscono con il cloro nelle piscine per formare deelle N-Cl-ammine volatili ed irritanti, per questo non è possibile utilizzare direttamente l’urea come indicatore. L’acesulfame-K è un indicatore di urina ideale per la sua stabilità nel tempo. E’ stata utilizzata una cromatografia ad alte prestazioni (HPLC) accoppiata ad uno spettrometro di massa per rilevare le concentrazioni del dolcificante.
Valutando anche il quantitativo medio di dolcificante presente nelle urine in un campione di controllo, la ricerca ha stimato nel primo campione un quantitativo di 30 L di urina in una piscina di 420000 L e nella seconda piscina analizzata un quantitativo di 75 L di urina in un volume di 840000 L.
Circa lo 0,008 % del volume totale!
Sweetened Swimming Pools and Hot Tubs
Lindsay K. Jmaiff Blackstock, Wei Wang, Sai Vemula, Benjamin T. Jaeger, and Xing-Fang Li
Environmental Science & Technology Letters 2017 4 (4), 149-153
DOI: 10.1021/acs.estlett.7b00043
Il PET (polietilene tereftalato) è una resina polimerica termoplastica, utilizzata come contenitore per bevande e alimenti, come fibre per abiti ma è anche utilizzata in celle fotovoltaiche a strato sottile. Nella sua forma amorfa, che si ha quando le molecole vengono fatte raffreddare velocemente e non hanno il tempo di riordinarsi, il PET è trasparente, mentre in quella semi-cristallina è opaca e bianca.
Monomero del polietilene tereftalato
L’unità base di questo polimero è costituita da acido tereftalico condensato con etilene.
Questo poliestere viene utilizzato come contenitore di bevande per le sue proprietà fisiche di barriera per i gas e l’umidità, per la sua resistenza agli urti, per la sua resistenza a temperature elevate (il polimero può raggiungere i 72°C sopra i quali diventa gommoso) e per il suo basso costo di produzione.
Nel 2015 sono state prodotte 20 milioni di tonnellate di PET per diversi utilizzi, se per semplificare ipotizzassimo che tutto questo PET sia stato utilizzato per produrre le classiche bottigliette d’acqua da 0,5L dal peso di circa 9,89 grammi e dal diametro di 5,8 cm, saremmo in grado, con queste bottigliette, di ricoprire per ben due volte la superficie dell’Italia!
Produzione
La produzione industriale del PET può avvenire mediante reazioni di transesterificazione o esterificazione:
DMT process: il dimetil-tereftalato è fatto reagire con un eccesso di glicole etilenico a temperature di 150-200°C in catalisi basica. Il metanolo che si produce è rimosso mediante distillazione. Il secondo step è condotto a temperature più elevate di circa 270-280°C e porta alla formazione del polimero e all’evaporazione del glicole in eccesso.
Transesterificazione By Jü – Own work, CC BY-SA 4.0
Esterificazione del tereftalato: glicole etilenico è fatto reagire con tereftalato acido con temperature di 220-260°C e pressioni di 2,7-5,5 bar. L’acqua che è formata è eliminata per distillazione direttamente durante la reazione.
Esterificazione By Jü – Own work, CC BY-SA 4.0
Riciclaggio
Il PET è un materiale riciclabile, può seguire due principali processi di riciclaggio: uno meccanico e uno chimico. Il riciclaggio meccanico consiste nel ridurre in polvere il PET e rifonderlo in nuovi oggetti non più ad uso alimentare. Il riciclaggio chimico permette invece di riottenere i monomeri di partenza e quindi creare nuovamente PET anche per uso alimentare, quest’ultimo metodo è vantaggioso perché non produce prodotti deprezzati di qualità inferiore.
Processi biotecnologici
Nel 2016 è stato scoperto un batterio (Ideonella sakaiensis) che si nutre del PET che viene digerito da due enzimi Mhetase e Petase, nel 2018 è state sequenziata la struttura proteica della Petase ed ora anche quella della Mhetase. L’enzima Petase è una forbice molecolare che scompone il materiale plastico in monomeri mentre la Mhetase scompone in glicole etilenico e acido tereftalico il PET.
The structure of I. sakaiensis MHETase displays a bipartite domain architecture. a I. sakaiensis PETase and MHETase degrade PET to terephthalic acid and ethylene glycol. Side products are not shown. b MHETase structure with the α/β-hydrolase domain (MHETaseHyd) colored in salmon and the lid domain (MHETaselid) in light blue. Disulfide bonds are shown as sticks. c Close-up view of the MHETase catalytic triad, oxyanion hole and the water molecules in the substrate-binding site. d A. oryzae FaeB (PDB-ID: 3WMT24), α/β-hydrolase domain (AoFaeBHyd) in crimson red, lid domain (AoFaeBLid) in cyan. e Close-up view of the AoFaeB catalytic triad, oxyanion hole and the water molecules in the substrate-binding site. Dashed lines indicate hydrogen bonds, rotation angles relate to the overview. Interacting residues are shown as sticks and colored by atom type. Carbon—as given for the respective molecule; nitrogen—blue; oxygen—red; sulfur—yellow. Water oxygens are shown as green spheres. Calcium is shown as purple sphere
Emergenza plastica
Uno studio pubblicato sulla rivista Nature del 2016 ha analizzato l’inquinamento nel mediterraneo da materiale plastico e micro-plastico, il più abbondante tipo di plastica analizzata è il polietilene con un’abbondanza del 52%, seguito poi dal polipropilene 16%. Anche il PET, nonostante sia un materiale completamente riciclabile è stato ritrovato anche se in basse percentuali (<1%).
MACPLAS ONLINE – www. macplas.it
SCIENTIFIC REPORT n.1717 (2019) – Nature.com – Scructure of the plastic – degrading Ideonella sakaiensis Mhetase bound to a substrate
SCIENTIFIC REPORT n.37551 (2016) – Nature.com – The Mediterranean Plastic Soup
La caffeina è un alcaloide naturale (una sostanza organica di origine vegetale con gruppi amminici che danno un carattere basico alla molecola) appartenente alla classe delle metilxantine (come anche teobromina e teofillina). E’ presente nelle foglie, semi e frutti di diverse piante come caffè, cacao, tè, cola, guaranà, yerba mate con funzione anti-parassitaria e insetticida paralizzante.
La caffeina si presenta in forma di polvere cristallina inodore, amara e bianca, l’anello base di questa molecola è l’anello purinico, ha una struttura simile a quella della base azotata dell’adenosina (adenina) per questo ha un’attività sul sistema nervoso centrale.
Dopo l’ingestione, la caffeina si lega ai recettori dell’adenosina dove li inibisce competitivamente. Questo legame inibisce la downregolazione mediata dall’adenosina dell’attività del SNC e agisce stimolando le attività dei centri midollari, vagali, vasomotori e respiratori nel cervello. La conseguenza è un aumento di adrenalina e noradrenalina che provocano un aumento del battito cardiaco, un aumento dell’afflusso di sangue ai muscoli ed il rilascio di glucosio dal fegato.
La seconda azione della caffeina è quella di inibire le fosfodiesterasi che convertono l’AMPciclico in AMP, le molecole che utilizzano cAMP nelle cascate di attivazioni sono glucagone e adrenalina quindi saranno promosse le reazioni di glicogenolisi e la degradazione delle riserve di glucosio.
Come risultato la caffeina previene o allevia la stanchezza e aiuta a mantenere l’attenzione.
Il picco massimo di concentrazione sanguigna di caffeina si ha dopo circa 1-2 h e la sua metabolizzazione avviene nel fegato a livello dell’enzima citocromo P450 ossidasi in tre differenti prodotti che contribuiscono a potenziarne l’effetto:
Paraxantina: stimola la lipolisi
Teobromina: vasodilatatore, ha effetti cronotropi positivi e porta ad una riduzione della pressione sanguigna
Teofillina: azione cronotropa positiva
Estrazione della caffeina
L’estrazione della caffeina è utilizzata per ottenere caffeina pura e per produrre caffè decaffeinati, i principali metodi sono:
Estrazione in solvente: viene utilizzato acetato di etile, in passato era utilizzato anche cloroformio o diclorometano ma sono poi risultati essere cancerogeni
Estrazione in acqua: viene utilizzato carbone attivo che ha proprietà adsorbenti; dopo aver immerso i chicchi di caffè nell’acqua, il carbone attivo separa la caffeina dal resto delle molecole presenti
Estrazione con diossido di carbonio supercritico: la CO2 supercritica è un ottimo solvente apolare per la caffeina, il gas viene portato a temperatura di circa 31,1 °C ad una pressione di 73 atm e fatto passare nei chicchi di caffè, per separare poi la caffeina dalla CO2 si utilizza acqua ad alte pressioni e carbone attivo.
Interazioni
Alcol
La caffeina offre un miglioramento significativo delle prestazioni a differenza dell’alcol che le diminuisce. Quando alcol e caffeina vengono consumati insieme, gli effetti della caffeina vengono influenzati mentre quelle dell’alcol non vengono modificati. Il nervosismo e la prontezza vengono diminuiti in quanto, come appena visto, la caffeina ha solo controllo sull’antagonismo degli attivatori del controllo comportamentale ma non ha alcun effetto sull’inibizione del controllo comportamentale.
Tabacco
Il tabacco aumenta la clearance della caffeina di circa il 56% ovvero viene metabolizzata più velocemente. In molte persone il tabacco fa aumentare il desiderio di caffeina in quanto fa si che ne occorra di più per sentirsi svegli.
Farmaci
A volte la caffeina aumenta l’efficacia di farmaci analgesici usati per il mal di testa ma può interagire, riducendo gli effetti, di farmaci contenenti adenosina.
Le pillole anticoncezionali possono invece prolungare l’emivita della caffeina, richiedendo un maggior tempo per essere metabolizzata.
Non c’è niente di meglio di una tazza di caffè per stimolare il cervello. [Sherlock Holmes]
Gli isozimi o più comunemente chiamati isoenzimi sono differenti proteine che catalizzano la stessa reazione.
Nel caso delle esochinasi catalizzano la prima reazione della glicolisi: il trasferimento del gamma-fosfato dall’ATP al C-6 del glucosio. L’avvio della reazione è dato dalla formazione del complesso Mg-ATP che successivamente si lega al complesso esochinasi-glucosio, si possono formare quindi i prodotti glucosio-6-fosfato e ADP che lasceranno l’enzima. Questo enzima è fortemente regolato per questo è una delle principali tappe controllo della glicolisi.
Hexokinase I complex with ATP analog, glucose, glucose-phosphate and Mg+2 ion
Show:Asymmetric Unit Biological Assembly
Le quattro forme isoenzimatiche sono:
Esochinasi I: è presente in tutti i tessuti dei mammiferi e rimane inalterata dalla maggior parte dei cambiamenti fisiologici, ormonali e metabolici;
Esochinasi II: principale isoforma regolata, presente soprattutto nei miociti;
Esochinasi III: isoforma substrato-inibita: basse concentrazioni di glucosio inibiscono questo enzima, poco è conosciuto sulla regolazione di questa isoforma;
Esochinasi IV o glucochinasi: presente nelle cellule del fegato e del pancreas;
I differenti isoenzimi dell’esochinasi del fegato e del muscolo riflettono i differenti ruoli di questi due organi nel metabolismo dei carboidrati. Il muscolo consuma il glucosio per produrre energia, mentre il fegato è il principale regolatore di glucosio ematico. Le prime tre forme dell’esochinasi servono per il catabolismo del glucosio che sarà trasformato in piruvato per produrre energia. La glucochinasi, nel fegato, ha come scopo principale di inviare il glucosio in eccesso verso la formazione di glicogeno, nel pancreas, invece gioca un ruolo importante nella modulazione della secrezione di insulina. Per permettere ciò, queste isoforme si differenziano anche per la loro affinità al substrato e per la loro regolazione.
Differenze nell’affinità al glucosio
L’affinità è la capacità di un enzima di riconoscere come substrato una determinata molecola ovvero la capacità di formare il complesso Enzima-Substrato. Lo stato saturato di un enzima si ha quando tutti gli enzimi sono complessati con il substrato (forma ES) e quindi si raggiungerà la velocità massima della reazione catalizzata. Un parametro conosciuto per ogni enzima è la concentrazione di substrato alla quale l’enzima stesso è per metà saturato. Nel caso di enzimi che seguono l’equazione di Michaelis-Menten questa concentrazione corrisponde alla Km.
Nel nostro caso:
La concentrazione fisiologica di glucosio ematico è 4-5 mM.
L’esochinasi I e II hanno elevata affinità al glucosio infatti sono per metà saturate a contrazioni di glucosio pari a 0,1 mM per cui a condizioni fisiologiche agiscono alla massima velocità.
Per la glucochinasi invece la concentrazione di glucosio alla quale l’enzima è per metà saturato è di circa 10 mM, quindi sarà efficiente solo ad alte concentrazioni di glucosio.
Differenze nella regolazione
Le esochinasi I e II sono inibite allostericamente dal loro prodotto di reazione, il glucosio-6-fosfato, con un’inibizione reversibile. L’esochinasi IV non è invece regolata dal suo prodotto di reazione ma viene inibita quando si lega a una proteina regolatrice, questa proteina ancora la glucochinasi all’interno del nucleo impedendole di catalizzare la reazione, il fruttosio-6-fosfato è un effettore allosterico che rende il legame con la proteina regolatrice molto più forte. Il glucosio compete con il fruttosio-6-fosfato e provoca la dissociazione dalla proteina rimuovendo l’inibizione. Negli epatociti il trasportatore GLUT2 mantiene equilibrata la concentrazione di glucosio nel citosol e quella ematica, è per questo che la glucochinasi risponde direttamente alle concentrazioni di glucosio ematico.
Regolazione del complesso Esochinasi IV-Proteina regolatrice
Utilità
Per queste caratteristiche:
In caso di scarsa disponibilità di glucosio, negli epatociti, la glucochinasi non è in grado di fosforilare il glucosio che può lasciare la cellula e tornare a disposizione degli altri tessuti inibendo la patway di sintesi del glicogeno;
In caso di elevata concentrazione di glucosio ematico, la glucochinasi è in grado di fosforilare il glucosio che poi in parte potrà diventare glicogeno.
L’EDTA presenta quattro gruppi carbossilici e due doppietti elettronici sugli atomi di azoto, a pH alcalino, si trova sotto forma di anione policarbossilato (EDTA4-) permettendo cosi di essere un ottimo legante esadentato (6 legami di coordinazione).
Sintesi
L’EDTA è sintetizzato industrialmente a partire da etilendiammina, formaldeide e cianuro di sodio per formare il sale sodico che poi sarà convertito in acido con HCl.
Questo ligando possiede un’alta affinità ai cationi metallici in particolare per: Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Cu2+ e forma chelati nel rapporto di 1:1 con questi. L’EDTA è spesso utilizzato nella determinazione della maggior parte dei cationi metallici mediante titolazione complessometrica dove viene utilizzato un indicatore metallocromico il cui colore varia quando si lega ad uno ione metallico. Per essere utile questo indicatore deve legare il metallo più debolmente rispetto all’EDTA.
L’esempio più comune di applicazione di titolazioni complessometriche con EDTA è la determinazione della durezza dell’acqua.
Il sale calcio-disodio EDTA (CaNa-EDTA) è utilizzato come trattamento medico per la chelazione del piombo, metre il sale disodio-EDTA è utilizzato nei casi di ipercalcemia per la sua maggior affinità nel chelare il calcio.
Sali di EDTA sono anche utilizzati in agricoltura come fertilizzanti ed in cosmetica nei tensioattivi per ridurre la durezza dell’acqua migliorandone l’azione.
In basse concentrazioni il disodio-EDTA e il calcio-disodio EDTA sono utilizzati negli alimenti come agenti antiossidanti e sinergizzanti con dosi di assunzione giornaliere di 0-2.5 mg/Kg di peso corporeo.
Il prodotto è l’addizione del protone sul carbonio meno sostituito (legato ad un numero minore di atomi di carbonio) ed il cloro su quello più sostituito e non viceversa. Il meccanismo e la cinetica possono spiegare questo risultato:
Il carbocatione è ibridato sp2 con un geometria trigonale planare e presenta un orbitale p vuoto. Questa lacuna elettronica può essere stabilizzata da alcuni orbitali molecolari dei carboni adiacenti che si sovrappongono leggermente con l’orbitale p vuoto. Questo fenomeno è chiamato iperconiugazione.
L’acesulfme di potassio è un dolcificante intensivo artificiale non calorico in quanto il nostro corpo non è in grado di metabolizzarlo, viene assorbito a livello intestinale e secreto attraverso le urine e ha un potere dolcificante di circa 200 volte superiore del comune saccarosio.
Il PET è un materiale riciclabile, può seguire due principali processi di riciclaggio: uno meccanico e uno chimico. Il riciclaggio meccanico consiste nel ridurre in polvere il PET e rifonderlo in nuovi oggetti non più ad uso alimentare. Il riciclaggio chimico permette invece di riottenere i monomeri di partenza e quindi creare nuovamente PET anche per uso alimentare, quest’ultimo metodo è vantaggioso perché non produce prodotti deprezzati di qualità inferiore.
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