Il sistema immunitario

10 settembre 2019 Noemy Piantanida Lascia un commento

Il sistema immunitario (S.I.) è un insieme sofisticato di meccanismi, molecole, cellule, tessuti e organi che hanno il ruolo di difesa del nostro organismo da agenti esterni che possono essere patogeni e dall’insorgenza di neoplasie con la capacità di riuscire a distinguere le cellule che fanno parte del nostro organismo (self) da quelle che non ne fanno parte (non-self).

Il S.I. è suddiviso in:

immunità innata (aspecifica) è la prima ad attivarsi ma ha una limitata capacità di riconoscimento
immunità acquisita (specifica) ha bisogno di diversi giorni per attivarsi, ha un’alta capacità di riconoscimento

Tra le componenti dell’immunità innata si hanno le barriere fisiche come il tessuto epiteliale e le mucose, e componenti cellulari come i leucociti (globuli bianchi) in particolare granulociti, monociti e natural killer infine l’ultima componente dell’immunità innata è costituita da proteine circolanti nel sangue.

Le componenti dell’immunità acquisita sono invece linfociti B e T, i primi utili per la produzione di anticorpi i secondi per attivare una risposta cellulo-mediata. Entrambi sono classificati in differenti classi in base al tipo di MHC (complesso maggiore di istocompatibilità) che riconoscono sulle cellule che presentano l’antigene (APC).

Cosa rende l’immunità specifica diversa da quella innata?
La specificità nel riconoscere molecole uniche (antigeni) del patogeno, la capacità di discriminare il self dal non-self quindi riconoscere ed eliminare tutto ciò che non è parte del nostro organismo e la memoria che si instaura dopo la prima infezione, con lo sviluppo di linfociti di memoria in grado di riconoscere il patogeno in un eventuale secondo incontro (velocizzando la risposta immunitaria).

Cosa succede quando un corpo estraneo supera la cute?
Le prime cellule reclutate sono i granulociti neutrofili che rilasceranno molecole dette citochine che recluteranno le altre cellule del S.I. e molecole citotossiche nei confronti dell’agente esterno.
Avranno poi ruolo i macrofagi che attraverso la fagocitosi, internalizzeranno il patogeno e attraverso il sistema linfatico, lo presenteranno nei linfonodi ai linfociti T. Questi produrranno a loro volta molecole che attiveranno i linfociti B e T citotossici che potranno riconoscere il patogeno e eliminarlo.
Quando il patogeno sarà completamente eliminato, verranno attivati i linfociti T regolatori che uccideranno tutti i linfociti effettori, spegnendo la risposta infiammatoria.

Tutto il processo infiammatorio e la sua risoluzione sono controllati dall’ambiente citochinico, questa classe di molecole permette anche di indirizzare le cellule del S.I. sul luogo del danno o dove è presente il patogeno.

Quest’opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione – Non commerciale 4.0 Internazionale

Alimenti,Molecola del mese

Caffeina

16 agosto 2019 Matteo Chiodini Lascia un commento

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]

[1] National Center for Biotechnology Information. PubChem Database. Caffeine, CID=2519, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Caffeine (accessed on Aug. 16, 2019)

[2] “Caffeine“. DrugBank. University of Alberta. 16 September 2013. Retrieved 16 August 2019.

[3] “How is coffee decaffeinated?”. General Chemistry Online. Retrieved 16 August 2019.

Quest’opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione – Non commerciale 4.0 Internazionale

Biochimica

Isoenzimi dell’esochinasi

22 luglio 2019 Matteo Chiodini Lascia un commento

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

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 K_m.

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.

Uniprot.org – HXK4_HUMAN
Reactome.org – Regulation of Glucokinase

Quest’opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione – Non commerciale 4.0 Internazionale

Molecola del mese

EDTA

16 luglio 2019 Matteo Chiodini Lascia un commento

Acido etilendiamminotetracetico
C(CN(CC(=O)O)CC(=O)O)N(CC(=O)O)CC(=O)O

L’EDTA presenta quattro gruppi carbossilici e due doppietti elettronici sugli atomi di azoto, a pH alcalino, si trova sotto forma di anione policarbossilato (EDTA^4-) 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.

H₂NCH₂CH₂NH₂ + 4 CH₂O + 4 NaCN + 4 H₂O → (NaO₂CCH₂)₂NCH₂CH₂N(CH₂CO₂Na)₂ + 4 NH₃

(NaO₂CCH₂)₂NCH₂CH₂N(CH₂CO₂Na)₂ + 4 HCl → (HO₂CCH₂)₂NCH₂CH₂N(CH₂CO₂H)₂ + 4 NaCl

Complessi Metallo – EDTA

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.

National Center for Biotechnology Information. PubChem Database. Edetic acid, CID=6049, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Edetic-acid (accessed on July 15, 2019)

Quest’opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione – Non commerciale 4.0 Internazionale