Ruolo degli enzimi metabolici - Tutto sul metabolismo cellulare

Da decenni, una delle maggiori sfide della biologia è quella di migliorare la comprensione chiara e completa dei numerosi meccanismi che sottolineano la carenza di enzimi metabolici e di come questi possano avere un impatto sulla salute umana. Tuttavia, è stato dimostrato che la carenza di enzimi metabolici (MED) può essere acquisita (con un alto rischio di interruzione delle reazioni biochimiche) o ereditata come errore innato del metabolismo (IEM).

La carenza di enzimi metabolici può portare all'accumulo di composti tossici che possono causare la mancata produzione di composti biologici vitali o l'interruzione delle normali funzioni degli organi. I disturbi della salute associati a una carenza di enzimi metabolici possono coinvolgere quasi tutti gli organi del corpo umano.

Ruolo degli enzimi metabolici

Gli enzimi metabolici sono noti per svolgere un'ampia gamma di funzioni cellulari necessarie per l'omeostasi e la sopravvivenza, tra cui l'immagazzinamento di energia, la respirazione cellulare, la digestione, la proteolisi, la trascrizione e la risposta all'ambiente. In altre parole, queste vie di sostentamento sono fondamentali per la crescita e il mantenimento dell'integrità cellulare. Comprendono numerose classi di proteine, tra cui, ma non solo, lipossigenasi, ossidoreduttasi, carbossilasi, deidrogenasi, transferasi, chinasi e liasi.

Vale la pena notare che un certo insieme di vie metaboliche aiuta gli organismi a mantenere strutture e compartimenti, a crescere e a riprodursi e a rispondere agli ambienti. Le vie metaboliche coprono generalmente una gamma completa di attività enzimatiche, dalle "classiche" reazioni cataboliche e anaboliche dei metaboliti, ai "nuovi" ruoli di regolazione nella biogenesi degli organelli e nelle vie di segnalazione.

Una comprensione chiara e completa di questa delicata rete metabolica può probabilmente fornire nuovi interventi terapeutici in disordini metabolici ereditari, oncologia, malattie degenerative e infiammazione. La deregolazione delle vie metaboliche può essere associata a condizioni gravi e debilitanti come il cancro, i disturbi ormonali, l'osteoporosi, il diabete, l'ipertensione e l'obesità.

Gli enzimi sono utili quando si tratta di scomporre le grandi molecole nutritive, come grassi, carboidrati e proteine, in molecole più piccole. Questo processo viene avviato durante la fase di digestione nell'intestino e nello stomaco degli animali. Ad alcuni enzimi, invece, è affidato il compito di guidare le molecole scomposte e più piccole attraverso le pareti intestinali dell'organismo fino al flusso sanguigno. Oltre a ciò, gli enzimi svolgono un'ampia gamma di altre funzioni che comprendono l'immagazzinamento e il rilascio di energia, i processi di respirazione, il corso della riproduzione e la visione. Per esempio, l'enzima trombina favorisce la guarigione delle ferite e l'enzima lisozima uccide i batteri. Come se non bastasse, gli enzimi possono essere utilizzati anche per regolare le anomalie e le carenze enzimatiche dovute alle malattie. In altre parole, gli enzimi sono indispensabili alla vita.

Carenza di enzimi metabolici: Cause e complicazioni

Carenza di glucosio-6-fosfatasi (G6Pasi)

La G6Pasi è determinante nella formazione della Glucosio-6-fosfatasi dal glucosio nel lume del reticolo endoplasmatico. Vale la pena notare che l'attività della G6Pasi è limitata ai diversi tessuti gluconeogenici, come il rene, il fegato, le cellule β del pancreas endocrino e l'intestino tenue. La carenza dell'attività della G6Pasi nel rene, nel fegato e nella mucosa intestinale, con un eccessivo accumulo di glicogeno in questi organi, può causare la malattia da accumulo di glicogeno (GSD) di tipo 1 (malattia di Von Gierke), caratterizzata da ipoglicemia.

Deficit di fruttosio-1,6-bisfosfatasi (FBPasi)

La FBPasi può essere descritta come un enzima unico nella via gluconeogenetica che viene regolato attraverso l'alterazione degli stati isomerici conformazionali inattivo (T) e attivo (R) e che catalizza la produzione reversibile, dipendente dal magnesio, di fruttosio-1,6-bisfosfato da fosfato inorganico e fruttosio-6-fosfato.

La carenza di FBPasi, un disordine metabolico recessivo del fegato, è caratterizzata da episodi pericolosi per la vita come ipoglicemia, apnea, acidosi lattica, iperventilazione e chetosi.

Deficit di fosfoenolpiruvato carbossichinasi (PEPCK)

Marcatore essenziale della gluconeogenesi, la PEPCK catalizza la conversione del fosfoenolpiruvato in ossalacetato. La PEPCK1 (citosolica) e la PEPCK2 (mitocondriale) sono le diverse isoforme della PEPCK. La PEPCK1 è regolata nel corpo umano da vie dipendenti dalla guanosina trifosfato (GTP) mitocondriale, tra cui l'apporto di substrati, ormoni e nucleotidi purinici. La PEPCK2 è coinvolta principalmente nella gluconeogenesi.

I sintomi specifici della carenza di PEPCK sono legati all'epatomegalia, all'insensibilità al glucagone, al ritardo nello sviluppo, all'ipotonia, all'acidosi lattica, all'ipoglicemia e alla massiccia deposizione di grasso nel fegato e nei reni.

Deficit del complesso della piruvato deidrogenasi (PDHC)

Il complesso della piruvato deidrogenasi è altamente coinvolto nella conversione del piruvato in acetil-coenzima A. Il complesso comprende tre diversi enzimi: piruvato decarbossilasi (E1), diidrolipoil transacetilasi (E2) e diidrolipoil deidrogenasi (E3). La carenza di PDHC è ritenuta una delle patologie genetiche e neurodegenerative più comuni, solitamente legate a un metabolismo mitocondriale anomalo.

Vale la pena notare che lo spettro clinico della carenza di PDHC può essere suddiviso in manifestazioni neurologiche e metaboliche. Le presentazioni neurologiche includono displasia dei nuclei dentati, pachiria, ritardo mentale, ipotonia, spasticità e sindrome di Leigh. D'altra parte, le manifestazioni metaboliche della PDHC si verificano nel periodo neonatale a causa dell'acidosi lattica.

Nel complesso, lo studio del metabolismo cellulare, in particolare degli enzimi metabolici, è stato rivisitato in modo rigoroso negli ultimi anni. Tra queste intuizioni c'è la scoperta che numerosi enzimi metabolici sono in grado di svolgere attività sorprendenti al di fuori dei loro ruoli metabolici consolidati, tra cui la regolazione della riparazione dei danni al DNA, la progressione del ciclo cellulare, l'espressione genica e l'apoptosi. La maggior parte di queste funzioni recentemente identificate sono attivate in risposta alla disponibilità di nutrienti e ossigeno, alla segnalazione di fattori di crescita e allo stress esterno.

Negli ultimi tempi, un numero crescente di studi è stato in grado di evidenziare le caratteristiche inaspettate e significative degli enzimi metabolici che hanno già modificato o possono modificare i concetti classici presenti nei libri di testo di biochimica.