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ETH Library. Doctoral Thesis. Author(s): Alvino, Claudio. Publication date: Permanent link:

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(1)

ETH Library

Sulla conversione della vitamina K-1 (fillochinone) negli embrioni di pollo e della vitamina K-3

(menadione) nel Lumbricus terrestris in vitamina K-2(20)

Doctoral Thesis Author(s):

Alvino, Claudio Publication date:

1965

Permanent link:

https://doi.org/10.3929/ethz-a-000091248 Rights / license:

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(2)

PARTE I

Sulla conversione della vitamina K: (fillochinone) negli embrioni di pollo

e

della vitamina K3 (menadione)

nel Lumbricus terrestris in vitamina K2(2o)

PARTE II

Azione di alcune sideromicine

e

sideramine sul metabolismo di alcuni batteri

e

sulla sintesi

in vitro dell'emina

DISSERTAZIONE

presentata alla Scuola Politecnica Federale di Zurigo

per

il conseguimento del titolo di

Dottore in Scienze

Tecniche

dal

Signor

CLAUDIO ALVINO

Dott. inScienze

Biologiche

all'Università di

Napoli

Cittadino italiano

Relatore: Prof.Dr. C. Martius Correlatore: Prof.Dr. L.

Ettlinger

Juris

Druck+

Verlag Zurigo

1965

(3)

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(6)

Herrn Prof. Dr. C. Martius

bin ich fiir sein Interesse an dieser Arbeit und fiir seine

grossziigige

Hilfe sowie fiir das mlr

entgegengebrachte

Wohlwollen zu grossem Dank verpflichtet.

Al mio

Maestro,

Prof. Dr. C. Martius

sento di essere profondamente riconoscente per il prezioso criticismo con il quale ha seguito questo lavoro. Lo ringrazio inoltre per la benevolenza con la quale mi ha sempre guidato.

(7)

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(8)

INDICE

PARTE I

Sulla

cor di

pollo

Sulla

conversione del fillochinone in vitamina

K<vgn\ negli

embrioni

Introduzione 11

Parte teorica 13

A)

Considerazioni

generali

sul metabolismo della vitamina K 13 1. Conversione del fillochinone nelle uova fecondate di

gallina 14

2. Conversione del fillochinone somministrato per os

alle

galline

19

Sulla conversione del menadione in vitamina Kq/<.m nel L. terrestris

^2(20)

B)

Considerazioni generali sul metabolismo della vitamina K

negli

anellidi 24

1. Conversione del metilnaftochinone nel L. terrestris 24

Parte

sperimentale

27

A)

Sintesi dei composti radioattivi 27

B)

Derivati 29

C)

Materiale da esperimento 29

D) Applicazione

dei composti marcati 30

E)

Metodi analitici 31

1. Estrazione e separazione controcorrente 31

2.

Cromatografia

su strato sottile 32

3. Misurazione della

radioattività

32

Sommario 33

(9)

Azione di alcune sideromicine e sideramine sul metabolismo di alcuni batteri e sulla sintesi in vitro dell'emina

A)

Considerazioni generali su alcuni rappresentanti del

gruppo dei siderocromi 37

1. Azione di alcune sideromicine sul B. subtilis e

sull'E. coli 37

a)

Materiali e metodi 38

b)

Risultati 40

B)

Considerazioni

generali

sulla biosintesi delle porfirine 46 1. Azione di alcuni siderocromi sulla sintesi in

vitro dell'emina 47

a)

Materiali e metodi 47

b)

Risultati 48

Sommario 49

Bibliografia

51

(10)

PARTE I

SULLA CONVERSIONE DELLA VITAMINA

B^ (FILLOCHINONE)

IN VITAMINA

K2(20)

NEGLI EMBRIONI DI POLLO

(11)

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(12)

Introduzione

E' ben noto che un considerevole numero di composti esibisce

proprietà antiemorragiche

nei tests

biologici.

Uno di questi è il metilnaftochinone

(noto

anche come menadione o vitamina

K„).

Altri composti affini che possono essere facilmente trasformati in metilnaftochinone

nell'organismo

animale - l'aminome- tilnaftolo o vitamina K, per esempio - rappresentano ulteriori casi. Ih

aggiunta

a questi

composti

relativamente

idrofili,

esiste anche un gruppo ben definito di

composti lipofili

quale la vitamina K.

(o fillochinone)

e tutta una serie di vita¬

mine

K,

isolate dai batteri

(Ko/ocy Kof45ì ecc*)- <-)ra>

prescindendo dalla loro

attività

che risulta essere - su base molecolare - praticamente la stessa e dal loro comportamento per quanto concerne solubilità e altre

proprietà

fisico-chimi¬

che,

è utile citare quanto segue. Per

lungo

tempo la vitamina K è stata conside¬

rata come direttamente partecipe - nel

fegato

- alla sintesi dei fattori che rego¬

lano la

coagulazione

del sangue e in

particolare

della protrombina e del fattore VEL Nel corso delle ricerche effettuate da Martius &

Nitz-Litzow'

'* '

sulla catena respiratoria fosforilativa è emerso che tutte le sostanze che in vivo agiscono come anti-K

(tra

queste quel

tipico disaccoppiante

che è il ben noto

dicumarolo),

agiscono anche come antagoniste molto

potenti

dell'ossidazione fosfori¬

lativa » Taleantagonismo

è però

annullatomediante aggiuntadi vitamina Ka tali

anticoagulanti.

Ciò

porterebbe

adattribuire alfillochinone un'azione catalitica nella fosforilazione ossidativa. Tali risultati sarebbero del resto confermati dal

fatto che l'alterato rapporto

P/O

che si riscontra nei mitocondri del fegato di polli tenuti a dieta priva di vitamina

K, può

essere normalizzato mediante aggiunta di vitamina K. o K„*

Inoltre,

poiché il

menadione^

' è in

grado

di rinormalizzare in vivo tutti i sintomi causati da una carenza di vitamina

K,

ma

non l'alterato rapporto

P/O

in

vitro,

dobbiamo dedurre che il nucleo

chinonico,

per essere

fisiologicamente attivo,

ha bisogno della sua catena laterale

lipofila.

Tale catena che

l'organismo

animale è in grado di sintetizzare è

costituita,

nel

caso della vitamina

Kn/Qny

da 4 unità isopreniche

(geranilgeraniolo)

con 4

doppi

legami

(uno

per ogni

unità isoprenica).

Premesso

ciò

e accertato che l'organismo animale è in

grado

di

convertire,

con il concorso della flora batterica intestinale

Wl'/W^

jj fillochinone

(ma

anche altre vitamine

appartenenti

alla serie delle

K„)

in vitamina

Ko/ony

c* siamo chiesti: Pu° quest'ultima vitamina formarsi anche in assenza della suddetta flora batterica?

(13)

La prima parte di queste ricerche svolte utilizzando fillochinone radioattivo

3 1J

(H

nel gruppo metilico del nucleo chinonico e C nella catena

laterale),

ha cer¬

cato di dare un'esauriente risposta a tale quesito.

(14)

PARTE TEORICA

A)

Considerazioni

generali

sul metabolismo della vitamina K

E' opportuno ricordare che gli uccelli e i mammiferi provvedono in ma¬

niera diversa al loro

fabbisogno

di vitamina K. I

primi,

in virtù della partico¬

lare conformazione anatomica dell'intestino crasso, sono prevalentemente assog¬

gettati all'apporto

loro proveniente attraverso il nutrimento

(nel

caso di nutri¬

mento

vegetale,

al

fillochinone).

I

mammiferi,

invece, sono ampiamente agevo¬

lati in questo compito potendo disporre delle vitamine prodotte dalla ricca flora batterica intestinale. Sulla base dei risultati ottenuti da Billeter, Bolliger

& Martius,(9) appare altamente

probabile

che la produzione

endogena

di vita¬

mine K daparte dei batteri

intestinali,

non avvenga al solo fine di rendere

più

o meno

indipendente l'organismo

nel quale essi operano, ma anche nel loro stes¬

so interesse. Infatti il

menadione, originatosi

dalla demolizione

(operata

dai bat¬

teri)

della catena laterale di

qualsivoglia

derivato del

2-metilnaftochinone,

serve

anche per sintetizzare le loro vitamine K. Tali vitamine - sempre del tipo delle K - sarebbero per essi cellularmente specifiche. E' altamente probabile che questa eliminazione della catena laterale

(nei

colombi essa è rintracciabile sotto forma di un estere dell'acido

fitanico),

possa essere effettuata da tutta una serie di batteri e non soltanto da quelli K-eterotrofi. Tra questi ultimi è opportuno menzionare il Fusiformis nigrescens, perché rappresenta ilprimo microorgani¬

smonoto che necessita vitamina K quale fattore di crescita. Anche per gli orga¬

nismi

superiori,

il metilnaftochinone rappresenterebbe una

"provitamina"

essen¬

ziale. Se esso sia poi contenuto nel nutrimento sotto forma di

fillochinone,

non ha importanza alcuna. Saranno infatti i batteri intestinali che provvede¬

ranno ad eliminare la catena laterale in posizione

3,

trasformandolo di nuovo in vitamina K„. Tuttavia ciò non esculde che l'eliminazione della catena laterale possa avvenire ad opera di batteri diversi da quelli che presiedono alla sua sin¬

tesi. Comunque abbia luogo la formazione in

metilnaftochinone,

solo come tale

esso

sarà

"accettato"

dall'organismo

animale che lo

trasporterà poi,

mediante

il torrente

circolatorio,

verso

particolari

strutture cellulari. A livello di queste ultime avverrà poi la trasformazione in vitamina

Ko/20ì* *->ra>

essendo stato

(15)

confermato

più

volte* ' che il metilnaftochinone viene convertito

nell'organismo

animale essenzialmente in vitamina

Kn/ony

* lecito supporre che quest'ultima vitamina

rappresenti

per esso il derivato

più

idoneo a soddisfare le sue

esigenze fisiologiche.

Molto

più

difficile si

presenta

il tentativo di far luce sul

destino,

nonché sulla funzione esercitata dalle vitamine K. e K„ che non subiscono l'eli¬

minazione della catena laterale.

Appare però probabile

che esse vengano rias¬

sorbite come tali e poi

convogliate

nel

fegato.

Se poi in

quest'organo

di accumu¬

lo della vitamina K possa aver

luogo,

in

particolari circostanze,

anche l'elimina¬

zione della loro catena

laterale, ciò

resta da stabilirsi. Un tentativo a tal riguar¬

do consisterebbe nell1effettuare una serie di ricerche suorganismi assolutamente incontaminati da batteri. Tali

ricerche,

pur richiedendo un'attrezzatura che non era a nostra

disposizione,

sonostate ciononostante effettuate ricorrendo all'uso di uova fecondate di

gallina perché,

tra i materiali presi in

considerazione,

ci of¬

frivanomaggiore sicurezza di

sterilità.

Facendo uso dei dovuti

accorgimenti

atti ad evitare

qualsiasi apporto

esterno di fattori contaminanti che potessero compro¬

metterne la

sterilità,

abbiamo iniettato a queste uova una piccola

quantità

di fil¬

lochinone altamente marcato e analizzato poi i suoi

prodotti

di trasfor¬

mazione negli embrioni in via di sviluppo . Alla luce dei risultati ottenuti pos¬

siamo affermare che il fillochinone si

trasforma,

in

questi organismi

inconta¬

minati da

batteri,

in vitamina

K2(20).

Tale

risultato,

per quanto

sorprendente,

ci

lascerebbe supporre che anche negli organismi

adulti,

tale processo

potrebbe

essere cellularmente possibile.

Tuttavia, bisogna

anche tenere nel debito conto le

diversità

esistenti tra embrioni e organismi adulti.

1. Conversione del fillochinone doppiamente marcato nelle uova fecondate di

gallina

L'effettuazione di

queste

ricerche non ha comportato particolari

difficoltà.

La sospensione di una

piccola quantità

di fillochinone altamente marcato

(C

nella catena

laterale,

H3nel nucleo

chinonico),

è stata iniettata nell'albume di

uova fecondate di

gallina (particolari

a pag.

33).

Le uova, lasciate a tempera¬

tura ambiente per 24 ore, sono state normalmente incubate e i

pulcini,

a

svilup¬

po

ultimato,

uccisi prima che sgusciassero per conservare ulteriormente le con¬

dizioni di

sterilità.

I tessuti da analizzare

(sangue, muscoli, fegato,

cuore e

intestino)

sono stati rapidamente congelati in azoto liquido e quindi liofilizzati

(16)

sotto

ghiaccio

secco. Allo scopo di ottenere unaprima informazione sulla natura dei

prodotti

di trasformazione presenti nei

singoli organi,

questi ultimi sono sta¬

ti

sottoposti

ad un'estrazione con etere etilico esente da

perossidi;

l'etere eva¬

porato gli

estratti

lipidici

ottenuti sono stati sottoposti a una separazione controcorrente usando un

apparecchio

di

Craig

a 35 elementi

(Soc. Biihler, Tiibingen)

e

quale

sistema solvente:

eptano-metilglicole.

La

fig.

1

raccoglie

i risultati ottenuti dal

fegato

di un tale pulcino.

flO.

Fig. 1 Curva di ripartizione di un estratto

lipidico

del

fegato

di un pulcino sgusciato da un uovo nel

quale,

prima dell'incubazione, era stato inietta¬

to fillochinone

doppiamente

marcato

(H^nel nucleo,

C" nella catena la¬

terale).

A destra:

attività

del C"

*—«—«[corrispondente

a

0,3

ug di vitamina

Kj/g

di organo secco

];

•—•—•

attività

del tritio

L corrispon¬

dente alla somma di vitamina Ki

(spalla

in corrispondenza della frazione

24)

e di vitamina

K2(20) (= °»58 Pg/s

<& organo

secco)]

. A sinistra:

curve di ripartizione del tritio*—«—«e del

C*4 o—o—odopo

acetilazìone riduttiva delle frazioni 16-22 della prima

ripartizione.

curva di

ripartizione

dell'autentico diacetato della diidrovitamina K,

2(20)*

(17)

Dall'andamento delle curve

rappresentative

della radioattività del tritio e del C14, appare evidente che solo una

piccola

quantità di fillochinone non tras¬

formato è presente nel

fegato (massimo

e

rispettivamente spalla

in corrisponden¬

za delle frazioni

23-24).

La restante

parte,

dopo

perdita

della catena latera¬

le e successivo passaggio a

metilnaftochinone,

ha dato

luogo

alla formazione di

tmp/n>m

a

\Km

1200

A

eoo

/ \

iOO

1 / \

.--i- 1

\""

1 1 1, ZL..

S 10 15 20 25 30 3i

lmp/y eoo

r

\Hw»

i00

200

£-~r'

i i

"~7

I

""T-h

5 10 15 20 2S 30 3i 10 15 20 25 30 3i

Fig. 2 a - d Curve di ripartizione

degli

estratti

lipidici

ottenuti da organi di¬

versi di un pulcino

sgusciato

da un uovo che ha ricevuto fillochi¬

none

doppiamente

marcato

(cfr. fig. 1) a) intestino; b)

muscoli

pettorali; e)

cuore;

d)

sangue;

attività

del

tritio;

attività

del

Cl4.

(18)

vitamina

K2/2Q\ (massimo

in corrispondenza delle frazioni

19/20).

Cosa sia av¬

venutodel materialeche costituiva la catenalaterale

è

difficile dadire. Infat¬

ti essa non si distacca nell'identico modo riscontrato nel caso dei colombiua)' ',

Nella

fig. 2a-d,

sono raccolti i risultati ottenuti dall'analisi

degli

estratti lipidi¬

ci di altri organi. Appare evidente che sia il muscolo cardiaco che i muscoli

pettorali,

sono praticamente privi di vitamina IC. Un quadro quasi

analogo

ci è offerto dall'intestino. Del tutto diverso appare invece il rapporto

K./K„,?0>

nel

sangue, doveesso e fortemente spostato infavore del fillochinone. A talpunto è opportuno tenere presente che anche nel

fegato (cfr. fig. 1)

è stato riscontra¬

ta la presenza di fillochinone non trasformato in vitamina

Ko/ony

Come

interpre¬

tare quindi tale particolare

comportamento

del

fegato,

quando sappiamo che i suoi omogenati sono perfettamente in grado di trasformare in vitro il metilnafto¬

chinone in vitamina

Kg,,,,,*

? In primo luogo potremmo supporre che il fillochi¬

none affluito al

fegato

venga

eliminato,

in

parte,

direttamente attraverso la bile mentre la restante parte che non ha subito trasformazione

alcuna,

verrebbe accumulata in attesa di essere nuovamente immessa nel torrente circolatorio.

Ciò potrebbe giustificare

l'alto tenore di fillochinone riscontrato nel sangue. Di¬

versamente potremmo assumere che nel

fegato

qualche altro

composto,

la cui composizione si avvicini molto a quella della vitamina

K2/2f)\,

Quale ad esempio

lo stesso

fillochinone,

agisca direttamente e con

gli

stessi effetti della vitamina

K„/?nv,

purché presente in una concentrazione sufficientemente elevata. In tale ultima alternativa

quindi,

ci sarebbe nel

fegato

un' azione diretta del fillochinone

(o

composti

affini)

prima ancora che si sia verificata la sua

trasformazione in vitamina

Ko/90V Purtroppo,

una verifica sperimentale di ques¬

ta ultima ipotesi non è facile in quanto la trasformazione del fillochinone in

quest'organo,

anche se non

paragonabile

a quella riscontrata negli altri

organi,

ha luogo assai rapidamente. In ogni caso

ciò

potrebbe anche rispondere aunapro¬

prietà fisiologica

poiché

negli

stessi estratti lipidici dell'intestino e del sangue

(v. fig. 3a-b),

allorché è stato iniettato metilnaftochinone in sostituzione del

fillochinone, gli

embrioni sono stati perfettamente in

grado

di trasformarlo total¬

mente in vitamina

K9(20V

O"68** risultati ci confermerebbero ancora una volta come il metilnaftochinone

(ma

anche

gli

altri composti

appartenenti

alla serie delle

K„),

rappresenti il precursore per eccellenza della vitamina

K2/2oy Ciò

non esclude tuttavia che

l'organismo animale,

come del resto

già

abbiamo riferi¬

to

accetti,

in

particolari circostanze,

anche altri composti che si avvicinino

(19)

Impt

7600

tiin

\

a

5700 -

3800 i-

1900 5

i

IO ,- i

SÌ5

i

20

i

'r- -¥. *

Imp/r 1000

nin

i

è

7S0

500 250 -

1 i i i , i i '

IO 20 25 30 3i

Fig. 3a-b Curve di

ripartizione degli

estratti

lipidici

dell'intestino e del sangue diun pulcino sgusciato daun uovo nel quale era stato iniettato diidromenadione diacetato marcato

(H^

nel gruppo metili¬

co),

a)

intestino; b) sangue; attività del tritio.

strutturalmente alla

Kg/ony

Nella figura 4 sono riportate le curve di

riparti¬

zione di un estratto muscolare di

pulcino, (cfr. fig. 2b)

ottenute prima e

dopo

avere effettuata la caratterizzazione del

prodotto

di conversione del fillochinone.

Come risulta in figura

4,

nei muscoli pettorali non si rscontra

l'attività

del C14 orginariamente presente nella catena laterale del fillochinone. La curva di

ripartizione corrispondente all'attività

del tritio ottenuta

dopo

acetilazione

riduttiva,

coincideesattamente conquelladell'autentico diacetato della diidrovi- tamina

IC^n)

misurata

otticamente; ciò

sta ad indicarci che anche nel muscolo la catena laterale fitilica

è

stata sostituita da quella del

geranilgeraniolo.

(20)

D.O.

1

.

Imp/fnm /\,

1.0. -1250

/\ 1

K

/ A

2(20)

.8 .JOOD

/ A

//

II

\

\ \

l \\

a.

\

\

£ ti

\ \

1

230

_7S0

1 V /

it -e

il \

^

/

.4 -_S00

II

I

1 / / i

V\

\\

.2 _

ho \

/

/

1 i

\

1 J _ 1

IO 15 20 25 30 Si-

Fig. 4 Curve di ripartizione dell'estratto

lipidico

della muscolatura di un

pul¬

cino sgusciato da un uovo

dopo

applicazione di vitamina

Ki

marcata

(nel

nucleo e nella catena

laterale).

A destra:

•—•—•attività

del tritio incor¬

porata nella vitamina

K2(20)

in cui è stato totalmente trasformato il fil¬

lochinone. A sinistra: curve di ripartizione della vitamina

K2(20) dopo

acetilazione riduttiva e dell'autentico diacetato della diidrovitamina

K2(20)

misurata otticamente .

2. Conversione del fillochinone doppiamente marcato somministrato per os alle galline

Fermo restando

che,

come del resto dimostrato dai tests

batteriologici,

il

contenuto intestinale dei pulcini appena sgusciati è risultato perfettamente

sterile,

i risultati

inaspettatamente ottenuti,

ma

peraltro

confermati attraverso numerosi

esperimenti,

ci hanno indotto ad effetuare ulteriori

indagini

allo scopo di chiarire quale ruolo possa esercitare questo insolito meccanismo di conversione del fillo¬

chinone riscontrato

negli

embrioni di

pulcino.

Nel tentativo di risolvere questo

quesito,

abbiamo somministrato per os a

galline

in

periodo

di

attività ovariale,

fillochinone

doppiamente

marcato

(H

3 nel gruppo metilico del nucleo

chinonico,

C nella catena laterale

fitilica),

e ricercato quindi l'ammontare di eventuali

(21)

prodotti

di trasformazione di detta vitamina sia nel tessuto ovariale che nelle uova in differenti stadi di sviluppo.

Dopo

un periodo di 10

giorni,

durante il quale le galline avevano ricevuto in totale mg

2,25

di fillochinone

marcato,

è

stata effettuata l'analisi dei

prodotti

radioattivi

presenti negli

estratti

lipidici

ottenuti nel modo

già

precedentemente descritto. Tale analisi ci ha offerto il

DA.

1.0.

-frp/m/'ii

5000

8 ...iOOO

.6._3000

<n

_|_200C

.1000

/

m.-*B-V-<

Fig. 5 Curve di ripartizione dell'estratto lipidico del tessuto ovariale di una

gallina alla quale era stato somministrato per os fillochinone doppiamen¬

te marcato. A destra:

prodotto

di conversione del fillochinone

(=

vit.

K2(20) )•

A sinistra: curve di

ripartizione

dellavit.

K2(20) dopo

acetila-

zione riduttiva *—*—k e dell'autentico diacetato della diidrovitamina

K2(20V

>

attica

residua della catena laterale

(C14)

seguente quadro: nel tessuto ovariale

(fig. 5),

è stata riscontrata la presenza della sola vitamina

Kg,^ (non

è

più presente l'attività

del C

)

; nell'insieme delle

più piccole

uova analizzate

(ca.

7 mm

0 ),

sono stati rinvenuti circa

0,40

ug di

K2,20>

assieme a

0,28

ug di vitamina

K,

; in un uovo di 14 mm

0

circa

2,16

ug di

~K-2(20)

assieme a

0,

42 ug di

K^

; in un altro di 19 mm

0 0,64

ug di

K2(20)

e

2'02

?& di

Kl (cfr* fig> 6)-

(22)

Imp/m'm

7500

5000 _

2500 _

0 5 10 15 20 25 30 3i 0 5 10 15 20 25 X 34

Imp/min

10500.

7000

3500 _

Fig. 6

X 34-

Curve di ripartizione degli estratti lipidici di uova di

gallina

in differenti stadi di

sviluppo

alla quale è stato somministrato per os fillochinone

dop¬

piamente marcato durante un periodo di 10 giorni,

a)

uovo di 7 mm

0

;

b)

uovo di 10 mm

0; e)

uovo di 14 mm

0; d)

uovo di 19 mm

0

; attività del

tritio; attività

del

C*4.

Le precedenti ricerche di Billeter & Martius(5), hanno messo in evi¬

denza come la vitamina

Kg,,

che si riscontra

nell'organismo

animale

adulto,

si

origina

unicamente

(o

almeno

prevalentemente)

'dal metilnaftochinone liberatosi

1)

I metodi di indagine

usati,

non consentono ancora di

sciogliere

la riserva

legata

all'aspetto quantitativo dellatrasformazione.

(23)

a opera dei batteri intestinali. Premesso

ciò,

è lecito supporre che la vitamina

K2(20ì

riscontrata nel tessuto

ovariale,

e quasi sicuramente anche quella riscon¬

trata nelle uova ancora in fase di

sviluppo,

provenga dalla fonte

poc'anzi

citata.

In

realtà

nondobbiamorestare sorpresi da una tale

duplice modalità

di conversio¬

ne della vitamina K- da

parte dell'organismo degli

uccelli. Essa ci appare senza altro conforme sia alle loro caratteristiche

anatomiche,

sia alla

povertà

della

loro flora batterica intestinale. Per

contro,

l'embrione ha tutto il tempo per effet¬

tuare,

poco apoco, i

più disparati

processi di demolizione e di trasformazione servendosi della sua riserva "artificiale" di vitamina K.. La

domanda,

se anche

nell'organismo

dei mammiferi una tale demolizione del fillochinone

(ma

anche

degli

altri

composti

appartenenti alla serie delle

K2)

possa aver

luogo,

rimane

da essere chiarita. L'insieme delle ricerche fin qui

effettuate,

non esclude che

un tale processo

potrebbe

essere, anche nell'organismo dei

mammiferi,

cellular¬

mente possibile.

(24)

SULLACONVERSIONE DEL MENADIONEINVITAMINA

Kg,^

NEL L. TERRESTRIS

(25)

B)

Considerazioni generali sul metabolismo della vitamina K

negli

anellidi

Le

precedenti

indagini hanno dimostrato che negli embrioni di pollo ha luo¬

go, anche senza il concorso della flora batterica

intestinale,

la conversione di alcune vitamine K in vitamina

K„,of),.

Tale

risultato,

del tutto

sorprendente,

ci ha spinti ad effettuare una serie di ricerche su

invertebrati,

le cui esigenze

fisiologiche

si discostano nettamente da quelle dei vertebrati fin qui studiati.

E' noto infatti da lungo tempo che il sangue dei vertebrati superiori presenta caratteristiche differenze fisiologiche rispetto a quello

degli

invertebrati inferiori.

Infatti,

mentre nei primi è stata accertata la presenza di fattori che

regolano

la coagulazione del sangue, nei secondi non è stato ancora

possibile

rintracciarli.

Attraverso i lavori di Martius &

Esser1

' condotti su animali vertebrati è

emerso che la sintesi di questi

fattori,

richiede la partecipazione di vitamine del gruppo K.

Ora,

l'assenza di tali fattori riscontrata nel sangue

degli

inverte¬

brati

dovrebbe,

di conseguenza, far escludere non solo la

possibilità

di rinvenire queste vitamine in tali

organismi,

ma anche quella di una

probabile

trasforma¬

zione da parte loro del metilnaftochinone

(o

del

fillochinone),

in un prodotto ana¬

logo alla vitamina

K0/?n>

o a qualcuna delle altre vitamine appartenenti alla serie delle K„. A tale scopo, abbiamo scelto quale punto di applicazione il sacco celo-

3 matico dell'anellide L. Terrestris e iniettato metilnaftochinone marcato

(H

nel gruppo metilico del nucleo

chinonico).

Successivamente abbiamo ricercatogli eventuali

prodotti

di trasformazione sia nella

muscolatura,

sianell'intestino.

1. Conversione del metilnaftochinone marcato nel Lumbricus terrestris

L'effettuazione di queste ricerche ha comportato qualche

difficoltà

sia per¬

ché la cavità

celomatica,

a causa delle contrazioni

dell'anellide,

non sempre è stata facilmente

raggiunta,

sia

perché,

a causa delle stesse

contrazioni,

solo una

piccola

parte della vitamina iniettata

poteva

essere riassorbita.

Ciononostante,

è

stato

ugualmente

possibile studiare l'effetto delle piccole

quantità

di menadione

assorbito grazie alla sua elevata attività

specifica. Dopo applicazione

della vita¬

mina

attiva, gli

anellidi sono stati tenuti per tre giorni in un recipiente colmo di terra

(prima

di tale periodo non si riscontra alcuna conversione

apprezzabile).

Allo scadere dei tre

giorni,

gli anellidi sono stati sezionati al fine di separare

(26)

L.2000 I

kafloj

0 5 W 15 20 2S 30 X

Fig. 7 Curve di

ripartizione degli

estratti

lipidici

della muscolatura e, rispetti¬

vamente,

dell'intestino di un anellide nel cui sacco celomatico è stato iniettato menadione marcato

(H^

nel gruppo

metilico).

A destra: curva

di

ripartizione

del solo intestino ; al centro: curva di ripartizio¬

ne della sola muscolatura .

la muscolatura dall'intestino. H materiale

cosi-

ottenuto

è stato,

secondo la procedura

già descritta,

subito

congelato, liofilizzato,

estratto con etere e sotto¬

posto ad analisi mediante separazione controcorrente

degli

estratti

lipidici

nel solito apparecchio di

Craig.

La fig. 7

raccoglie

i risultati ottenuti da tali analisi.

Essi rispecchiano il

comportamento

del menadione in ciascuno dei suddetti tessu¬

ti. La

muscolatura,

come indica la curva rappresentativa

dell'attività

del

tritio,

contiene praticamente solo vitamine

K2/2Q. (massimo

in

corrispondenza

della frazione

19),

e tracce di un

prodotto

di trasformazione

più

lipofilo

(spalla

in

corrispondenza

delle frazioni

29/30).

Viceversa,

l'estratto

lipidico

dell'intestino contiene solo il

prodotto più lipo¬

filo il cui massimo è ancora localizzato in

corrispondenza

delle frazioni

29/30.

Per caratterizzare il

prodotto

di trasformazione che nella muscolatura

presenta

il suo massimo in

corrispondenza

della frazione

19,

sono state raccolte le fra¬

zioni ottenute dalla distribuzione controcorrente dell' estratto

lipidico

da 14 a

(27)

r

Imp/mh

1,04- 1250

o.8

4-

loooi

a

e~ o.s-

3 .750

0A-SO0

0J--X0

1 u

ù 5 10 IS 20 25 30 3i. 5 IO 1S 20 25 30 X

Fig. 8 Curve di ripartizione dell'estratto

lipidico

della sola muscolatura diun anellide

(cfr. fig. 7).

A destra: prima dell'effettuazione dell'acetilazione

riduttiva;

a sinistra:

attività

del tritio dopo acetilazione riduttiva in parallelo conlacurvadi ripartizionedell'autentico diacetato della diidrovitamina

K^T?n,

n—x—x .

22 e, dopo effettuata l'acetilazione

riduttiva,

di nuovo sottoposte a tale tipo di

separazione.

La fig. 8

raccoglie

le curve ottenute prima e dopo aver effettuata l'acetilazione. Purtroppo dal suddetto diacetato non è stato ottenuto il solo mas¬

simo

corrispondente

alla vitamina K

2(20)

e localizzato in corrispondenza della frazione

10,

ma ancora un altro in corrispondenza della frazione 23. E'

proba¬

bile che il secondo massimo corrisponda ad un artefatto. Per

contro,

il massi¬

mo

corrispondente

alla frazione 10

indica,

con alta

probabilità,

la presenza di vitamina

K„,2Qv.

Sembra

pertanto

acquisito che almeno in questi

invertebrati,

abbia luogo la conversione del menadione in vitamina

K2,20>.

Resta

tuttavia,

per

il

momento,

ancora da chiarire quale ruolo

fisiologico

debba essere attribuito a

tale inattesa attitudine da parte

degli

anellidi.

(28)

PARTE SPERIMENTALE

A)

Sintesi dei composti radioattivi

14 3

1. Vitamina K.. con C nella catena laterale fitilica e H nel gruppo metilico del nucleo naftochinonico

La sintesi del fillochinone marcato con tritio nel gruppo metilico del nu¬

cleo chinonico

(attività: 1,10-

10

Imp/min/pg)

e con C in posizione

1',

2'

della catena laterale fitilica

(attività: 1,81

10

Imp/min/ug),

è stata effettuata

(1) secondo il metodo precedentemente descritto da Billeterx '.

2. Menadione marcato con H3 nel gruppo metilico del nucleo chinonico

Il menadione marcato con tritio nel gruppo metilico del nucleo chinonico

rità:

3•10Imp/min/ug)

è tesi del fillochinone

(v.

fig.

17) (attività:

3•10Imp/min/ug)

è stato isolato quale prodotto intermedio della sin-

(29)

CH3

1.

Zn, AC2O,

Piridina

2. Br-succinimide

OAc

^ OAc

1 3

1.

H2

+

H2, Pd,

trietilamina 2.

LiAlH4

|

3.

Ag20

-, H

C-H'

Il

'

H

H2'Pd

O

( H-Menadione)

1.

BF3-Eterato

2.

Ag20

Li, NHg

liq.

14 14 HC =CX*H

H2,

Pd-Pb-Cat.

Chinolina

(Fillochinone)

Fig. 9 Rappresentazione schematica della sintesi del menadione e,

rispettiva¬

mente,

del fillochinone radioattivi.

(30)

B)

Derivati

1. Diacetati

I diacetati delle vitamine K ridotte sono stati ottenuti mediante breve riscal¬

damento della sostanza in anidride acetica con zinco in

polvere.

Successivamen¬

te la sostanza in esame è stata trattata con poca

piridina

e di nuovo riscaldata per 15' circa su bagnomaria bollente. Dopo raffreddamento è stata ripresa con cicloesano e lavata quindi con acqua finché il pH

è

risultatoneutro. Aicomposti

radioattivi,

di solito

presenti

in

quantità minime, è

stata aggiunta della vitamina inattiva

(1

mg

ca.).

Per la determinazione quantitativa dei diacetati si

è

ricorso allo

spettro

di assorbimento

(massimo

a 230

mu).

D. derivato del fil¬

lochinone rimane oleoso a temperatura ambiente

mentre,

da quello della

vitamina

Kn/Zr,\

e stato

possibile ottenere,

sebbene con

difficoltà,

un diacetato

cristallino

(da metanolo)

che fonde a 33 C.

2. Riduzione con LiAIH,

I

prodotti

ottenuti dopo acetilazione riduttiva sono stati trattati con una solu¬

zione eterea di LiAlH. e una volta riossidati a chinoni mediante aggiunta di

Ag.O, sottoposti

ancora una volta a una

separazione

controcorrente

nell'apparecchio

di Craig allo scopo di riottenere le

originarie

curve di distribuzione.

C)

Materiale da

esperimento

1. Uova fecondate di

gallina

Galline bianche di razza

Leghorn

e relative uova

fecondate,

ci sono state fornite dalla

pollicultura

Duttlinger

(Neftenbach/Zurigo).

(31)

2. Anatre

Sono state utilizzate anatre di circa un anno.

D) Applicazione

ed estrazione dei composti marcati

1. Preparazione e

applicazione

nell'uovo della sospensione vitaminica

I composti marcati sono stati

portati

in soluzione mediante aggiunta di un tensioattivo

(Cremophor El-BASF),

alcool e acqua distillata sterile. Per la loro

applicazione

nell'uovo è stato praticato nel

guscio

un foro di 1 mm circa di dia¬

metro,

previo

lavaggio

con alcool della zona interessata. Usando quindi una co¬

mune siringa

(sterilizzatal )

sono stati aspirati ca.

1,5

mi di albume e, successi¬

vamente,

è stata iniettata molto lentamente la sospensione

(sterile)

delle vitami¬

ne attive per mezzo di una siringa per turbercoline

(v. fig. 17)

nell'albume dello uovo a una

profondità aggirantesi

tra i 5 e i 10 mm. Le uova cosi trattate sono

state

incubate,

previa otturazione dei fori con

cementite,

in una

piccola

incuba¬

trice che peraltro è in commercio.

Fig. 10 Punto di applicazione dei composti marcati

(32)

2.

Applicazione

per os della sospensione vitaminica

Secondo ilprocedimento

precedentemente descritto,

i composti marcati sono stati portati in soluzione

(unica

eccezione:

metilglicole

invece di

etanolo)

e som¬

ministrati,

goccia a

goccia,

per os alle

galline.

3.

Applicazione

della sospensione vitaminica nel L. terrestris

I composti marcati portati in soluzione sono stati

iniettati,

mediante una siringaper

tubercoline,

nel sacco celomatico di questo anellide.

E)

Metodi analitici

1. Estrazione e separazione controcorrente

Gli organi ottenuti

dagli

animali uccisi sono stati trattati nell'identico modo

già

descritto da Bill eter*'»*'. Gli estratti

lipidici

ottenuti mediante estrazio¬

ne con

etere,

sono stati

sottoposti

a una separazione controcorrente

nell'apparec¬

chio di Craig

(sistema

solvente:

eptano/metilglicole).

Le misurazioni della ra- dioattivita del tritio e del C14 nelle

singole frazioni,

sono state effettuate median¬

te un "Packard Liquid

Scintillation-Spectrometer".

Tabella 1

Comportamento

di alcuni composti sottoposti a una

separazione

contro¬

corrente

nell'apparecchio

di Craig. Sistema solvente:

eptano-metilgli-

cole. Massimo spostamento delle frazioni:

Sostanza F max.

Menadione 7

Fillochinone 24 - 25

Vitamina

K2(2Q)

Fillochinone diacetato

19 - 20

15

Vitamina

K2/20\

diacetato

Fitolo

10 16

2,5-difeniloxazolo (PPO)

6 - 7

(33)

2.

Cromatografia

su strato sottile

La

cromatografia

su strato sottile secondo

Stahl1

, si è rivelata un otti¬

mo metodo d'analisi per un'ulteriore conferma della natura dei composti previa¬

mente isolati mediante

separazione

controcorrente

(v.

Tab.

1).

In partico¬

lare essa si è resautile per la

separazione

delle vitamine

K2

aventi catene la¬

terali insature di differente lunghezza. Nella maggior

parte

dei

casi,

per

meglio

evidenziare la fluorescenza dei composti

insaturi,

al

gel

di silicio è stata aggiun¬

ta della fluoresceina. A causa della

irriproducibilità

dei valori del

Rf,

sono state

aggiunte

sostanze di riferimento per evidenziare meglio la separazione. Per le misurazioni della

radioattività

incorporata nelle

macchie,

è stata seguita la se¬

guente

procedura:

la porzione di

gel

di silicio su cui era localizzata la

macchia,

è stata cautamente

asportata,

versata inflacconcini per la

conta,

eluita quindi

con una soluzione di PPO in toluolo puro e la

radioattività

misurata allo

spettro¬

metro Packard.

3. Misurazione della

radioattività

Tutte le misurazioni della radioattività presente nelle sìngole frazioni otte¬

nute con

l'apparecchio

di

Craig,

sono state effettuate mediante l'uso di un Tri- Carb Liquid Scintillation Spectrometer della Packard Instrument Co. La Grange- Illinois, dopo che il residuo dell'evaporazione di ogni

singola

frazione contenuta in appositiflaconcini era stato ripreso con 5 mi di una soluzione al 3

%

di

2,

5- difeniloxazolo

(PPO)

in toluolo puro. Tutte le sostanze che assorbivano nell'am¬

bito delle onde

lunghe

dell'ultravioletto o nell'ambito delle onde corte del

visibile,

provocavano una diminuzione degli impulsi registrati dallo spettrometro

(in

inglese:

"quenching

effect").

Questa

interferenza,

allorché si è reso

necessario,

è stata eliminata mediante

aggiunta

di uno standard interno. Infatti l'effetto

"quenching"

à uguale

al

rapporto

tra la

radioattività

ulteriore che si riscontra dopo aver

aggiunto

al campione in esame una determinata

quantità

di standard radioattivo e la

quantità

di standard radioattivo

aggiunta.

(34)

SOMMARIO

Nel presente lavoro

è

stato studiato il comportamento della vitamina K.

(o fillochinone)

in organismi incontaminati da batteri. Allaluce dei risultati otte¬

nuti,

è emerso che il

fillochinone,

allorché iniettato nell'albume delle uova fecon¬

date di

gallina,

è

trasformato,

dall'embrione in via di

sviluppo,

in vitamina

K.,„nv.

Ne deriva pertanto che la trasformazione della vitamina K. in vitamina

K„/9f.v

ha

luogo,

nei suddetti

organismi,

anche senza il concorso della flora bat¬

terica intestinale. Se tale tipo di trasformazione possa avere

luogo

anche nello organismo dei

mammiferi,

non

può

essere per ora escluso. Nel corso di ulte¬

riori

indagini,

è emerso che nella stessa vitamina

K2/2Q>

viene trasformato il menadione allorché iniettato nel sacco celomatico dell'anellide L. terrestris. Su quest'altra inattesa trasformazione manca ogni spiegazione che possa chiarire il ruolo fisiologico esercitato dalla vitamina

Kg/ooì

m *a^ organismi- Tali risulta¬

ti

confermerebbero,

ancora una

volta,

che il ruolo svolto dalle vitamine K e di ben

più complessa

natura che non una semplice e diretta

partecipazione

alla

sintesi dei fattori che

regolano

la

coagulazione

del sangue.

(35)

Leer Vide Empty

(36)

PARTE II

AZIONE DI ALCUNE SIDEROMICINE E SIDERAMINE SUL METABOLISMO DI

ALCUNI BATTERI E SULLA SINTESI IN VITRO DELL'EMINA

(37)

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(38)

A)

Considerazioni

generali

su alcuni rappresentanti del gruppo dei siderocromi

Come e stato precedentemente riportato da altri autori(12), tutte le sostan¬

ze naturali che contengono o che possono

legarsi

al ferro e il cui assorbimento massimo è localizzato tra 420 e 440 mu, sono da considerarsi dei siderocromi.

Sotto tale gruppo, sebbenecon

proprietà

fra loro

antagoniste,

vengono classificate siale sideramine che le sideromicine. Leprime,

infatti, rappresentano

deifattoridi

crescita per numerosi microorganismi e si rinvengono, anche se non sempre in rilevanti

quantità,

in molti rappresentanti della

famiglia

delle actinomicetaceae.

Di esse se ne conoscono diverse specie denominate

A, B, C, D., D„, E,

F e G. Caratteristica comune della loro molecola è la presenza in essa di un

complesso del ferro con l'acido trudrossamico. Le

sideromicine,

viceversa, pur contenendo ferro nella loro molecola e quantunque siano state isolate dagli actino-

miceti,

sono da considerarsi come sostanze a carattere antibiotico

(fernmicma A,, A„, B;

gnsema,

albomicina).

Pertanto esercitano uno spiccato

antagonismo

» (13)

verso le sideramine. In

più, è

stata notatav ' in alcuni batteri

(B.

subtilis,

B.

megatenum,

S. aureus

ecc.),

l'attitudine a trasformare le sideromi¬

cine aggiunte ai loro terreni culturali in sideramine ovverosia, a trasformare un

antimetabohta in un metabolita.

Nel corso degli esperimenti che saranno appresso

descritti,

abbiamo studia¬

to l'azione delle seguenti sideramine e sideromicine su alcuni ceppi batterici.

Ferrioxamma B e desfernoxamma B dal gruppo delle sideramine

(=

fattori di

crescita);

fernmicma A e albomicma dal gruppo delle sideromicine

(= antibiotici)

e

infine,

dai siderocromi ad azione biologica non ancora

nota,

la ferricrisina.

1. Azione di alcune sideromicine sul B. subtilis e suil'E. coli

Come abbiamo

precedentemente riportato,

le sideromicine possono essere trasformate da diversi microorganismi in sideramine. Sulla base delle ricerche effettuate da Bachmann &

Zahner,

sembrerebbe verosimile che la forma¬

zione delle sideramine abbia luogo da una diretta trasformazione delle sideromi¬

cine

(secondo

gli stessi AA. sarebbe da escludersi un'azione mducente da

parte

di

quest'ultime). Inoltre,

sempre secondo essi, dalla natura del terreno culturale

usato,

dipenderebbe la resistenza riscontrata nel B. subtilis verso la fernmicma

(39)

A: resistenzanon genotipica che scompare usando terreni culturali di diversa natura. Premesso

ciò,

ci siamo chiesti se l'azione svolta dalle sideromicine si estrinsecasse solo sulla crescita batterica e con quale durata. A tale scopo, abbiamo ricercato l'effetto dell'inibizione prodotta mediante

aggiunta

di ferrimi- cina A

(o

di

albomicina)

sullacrescita nonché sulla sintesi nucleica e proteica delle culture di B. subtilis e,

rispettivamente,

E. coli.

a)

Materiali e metodi

Le curve che rappresentano l'andamento della

crescita,

della sintesi nuclei¬

ca e proteica delle diverse culture

batteriche,

sono state ottenute aggiungendo ai terreni culturali soluzioni di sideromicine diversamente concentrate.

a)

crescitabatterica: determinazione turbidimetrica

b)

sintesi nucleica: determinazione dell'acido RN

secondo Schneider e dell'acido (17)

DN secondo Ceriotti ' o lo stesso

cu * (18)

Schneider '.

e)

sintesi proteica: determinazione secondo Folin-Ciocalteau.

Batteri: Bacillus subtilis

(ceppo

E. T. H.

2016)

e relativa sospensione di spore; Escherichia coli

(ceppo

E.T.H.

2018);

Bacillus megaterium

(ceppo

E.T.H.

2053),

gentilmente fornitici dal Dott. Zahner dell'Istituto di Botanica Speciale dell'E.T.H.

Terreni culturali sintetici: v. tabella 2.

Misurazioni: le determinazioni turbidimetriche sono state effettuate median¬

te l'uso di un colorimetro

Eppendorf

a 546 mu azzerando su un terreno culturale non

inoculato;

la determinazione degli acidi nucleici mediante l'uso di uno

spettro¬

fotometro Zeiss a 490 mu per l'acido RN e a 660 mu e,

rispettivamente,

595 mu per il

DNA;

la determinazione della sintesi proteica mediante l'uso dello stesso

spettrofotometro

a 750 mu.

Antibiotici: i preparati usati nel corso di queste

ricerche,

ci sono stati

gentilmente

forniti dall'industria farmaceutica Ciba di Basilea

(ferrimicina A,

ferrioxamìna

B)

e dal Dott. Zahner dell'Istituto di Botanica Speciale del Politec¬

nico Federale di Zurigo

(desferrioxamina B, albomicina, ferricrisina).

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