Ruolo delle vitamine del gruppo B sul metabolismo energetico mitocondriale

Le vitamine del gruppo B sono vitamine idrosolubili, cofattori per gli enzimi, essenziali nella funzione cellulare e nella produzione di energia. Il termine tossine mitocondriali si riferisce a molecole, esogene o endogene, che sono note per influenzare i mitocondri.

La tiamina (vitamina B1) è attiva sotto forma di pirofosfato di tiamina (TPP). E’ stata tra le prime vitamine scoperte ed è stata identificata come il fattore dietetico responsabile di beriberi. La tiamina si trova in cibi crudi, come cereali, verdure verdi, noci, tuorlo d’uovo e carne suina. Poco si trova negli alimenti raffinati, come zucchero, grassi o alcool, nonché negli alimenti riscaldati a lungo o ad alta temperatura. I prodotti trasformati a base di cereali (ad es. Farina, pane, cereali) sono stati arricchiti con tiamina dai primi anni ’40. L’assorbimento della tiamina è potenziato dalla carenza di tiamina ed è diminuito dall’ormone tiroideo, dal diabete, dall’etanolo e dall’età. Il consumo cronico di alcol è la causa più comune di carenza acuta. L’assorbimento della tiamina dalla dieta avviene principalmente nell’intestino tenue prossimale mediante trasportatori di membrana. La tiamina totale nel corpo è solo di circa 30 mg, con il 40% nei muscoli e il resto nel cervello, nel cuore, nel fegato e nei reni. La TPP viene rapidamente assorbita dai mitocondri. E’ stato osservato un legame tra carenza di tiamina e carcinogenesi del colon.

Le proprietà antiossidanti della tiamina diventano evidenti durante la carenza, quando i biomarcatori indicano che lo stress ossidativo si verifica dando luogo a  cambiamenti neurodegenerativi simili a quelli osservati nella malattia di Alzheimer, nella malattia di Parkinson, nella malattia di Huntington.

La tiamina può prevenire la formazione di calcoli renali e può essere importante nel rischio di diabete. È noto che un’alta concentrazione di glucosio aumenta l’apoptosi e che l’apoptosi è inibita dall’aumento della tiamina.

La niacina (vitamina B3) è un precursore dei gruppi riducenti nicotinamide adenina dinucleotide (NAD +) e nicotinamide adenina dinucleotide fosfato (NADP +), molecole coinvolte in oltre 500 reazioni enzimatiche, relative alla respirazione mitocondriale, alla glicolisi o persino all’ossidazione dei lipidi. Gli alimenti ricchi di niacina comprendono piatti misti ricchi di carne, pesce o pollame, cereali integrali o arricchiti e prodotti a base di pane e la maggior parte dei cibi freschi. I prodotti a base di cereali sono arricchiti con niacina (acido nicotinico); compresse multivitaminiche contengono nicotinamide. Sia la nicotinamina adenina dinucleotide fosfato (NADP +) che il triptofano nella dieta sono le principali fonti di nicotinamide o niacina con un rapporto di conversione di 60: 1. La niacina esiste principalmente come NAD + e NADP + nella dieta. Come accennato in precedenza, oltre 500 enzimi hanno bisogno di coenzimi di niacina. Tutta la nostra produzione di energia, compresa la fosforilazione ossidativa mitocondriale / ciclo dell’acido citrico e la glicolisi citosolica, dipende da questi enzimi. NAD + e NADP + sono coinvolti nelle reazioni di riduzione dell’ossido (respirazione dei tessuti) o nella riduzione della poli (ADP) ribosio sintasi.

La niacina fu scoperta nei primi anni del 1900 durante un’indagine sull’associazione tra pellagra, una malattia di deperimento cronica tipicamente associata a dermatite, demenza e diarrea e diete a base di farina di mais. La maggior parte delle proteine ​​contiene almeno l’1% di triptofano, che è un precursore dell’acido nicotinico. La carenza di niacina è quindi rara, tranne nei casi in cui la dieta è carente di triptofano. La carenza di NAD + porta a una riduzione del potenziale della membrana mitocondriale, a una riduzione della sintesi di ATP, a una riduzione della glicolisi e ad un aumento della segnalazione infiammatoria. Anche la riparazione del DNA è influenzata dalla carenza di niacina, portando a un sistema di riparazione compromesso. La niacina ha proprietà antiossidanti.

La biotina (vitamina B7) è un gruppo protesico per cinque carbossilasi cellulari e svolge un ruolo nel metabolismo lipidico. Un ruolo importante è anche come custode dell’espressione del genoma attraverso la biotinilazione. La biotina si trova in alimenti naturali come fegato, tuorlo d’uovo, soia e lievito, a bassa concentrazione nelle verdure, frutta e la maggior parte dei prodotti a base di carne. Fonti alimentari moderate sono cereali, legumi e noci. La carenza di biotina può essere indotta in soggetti con il consumo di grandi quantità di albume crudo. La carenza di biotina è anche osservata in alcuni pazienti epilettici trattati con diversi farmaci anticonvulsivi comunemente usati. La biotina è un coenzima per cinque carbossilasi mitocondriali ed è essenziale per la crescita, lo sviluppo e le normali funzioni mitocondriali e cellulari. I carbossilasi svolgono un ruolo importante nella produzione di energia e nella funzione cellulare. La biotina è stata riconosciuta per la prima volta come un fattore nutritivo essenziale a metà degli anni ’30, 10 anni dopo le prime segnalazioni di sindrome da lesione al bianco d’uovo, che è stata successivamente riconosciuta come un modello di carenza di biotina. Umani e mammiferi hanno perso la loro capacità di sintetizzare la biotina e solo i microrganismi sintetizzano la biotina inclusi i microrganismi intestinali. I risultati clinici della carenza di biotina sono rari sebbene sia stata riscontrata una carenza di biotina nel 40% delle gravidanze. La carenza di acetil-CoA provoca una compromissione del metabolismo lipidico e una riduzione dell’allungamento degli acidi grassi. Non sono stati segnalati casi di biotina con proprietà antiossidanti o prevenzione dello stress ossidativo cellulare o tossicità mitocondriale. Tuttavia, la carenza di biotina nei fibroblasti polmonari umani ha causato una riduzione del 40-50% dell’eme del citocromo associato a senescenza prematura, probabilmente a causa della formazione di ROS risultante da una respirazione mitocondriale compromessa. La biotina può essere importante nello sviluppo del diabete. La carenza di biotina è stata collegata ad una ridotta tolleranza al glucosio, associata a iperglicemia a digiuno e riduzione dell’ossidazione del glucosio. Alte dosi di biotina riducono i livelli di glucosio a digiuno nei diabetici di tipo II che non rispondono al trattamento farmacologico.

Fonte:

Depeint F, Bruce WR, Shangari N, Mehta R, O’Brien PJ

Mitochondrial function and toxicity: role of the B vitamin family on mitochondrial energy metabolism.

Chem Biol Interact. 2006 Oct 27;163(1-2):94-112.