FONTI DI AMMINOACIDI: PROTEINE ASSUNTE CON GLI ALIMENTI PROTEINE ENDOGENE (TURNOVER) BIOSINTESI

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1 FONTI DI AMMINOACIDI: PROTEINE ASSUNTE CON GLI ALIMENTI PROTEINE ENDOGENE (TURNOVER) BIOSINTESI Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2007 PROTEINE INGERITE CON GLI ALIMENTI ENZIMI PROTEOLITICI: ZIMOGENI ATTIVATI NEL LUME INTESTINALE DURANTE LA DIGESTIONE DELLE PROTEINE ESOGENE Tripsina, chimotripsina, carbossipeptidasi A e B, amminopeptidasi, enteropeptidasi, elastasi

2 Le proteine sono continuamente sintetizzate e degradate in tutte le cellule (TURNOVER) Il ricambio delle proteine cellulari assicura rapide risposte alle variazioni delle condizioni ambientali e consente di recuperare e mettere in circolo i gruppi amminici e gli scheletri carboniosi degli amminoacidi Anche le proteine che hanno assunto una conformazione tridimensionale difettosa, con un ripiegamento scorretto, sono indirizzate rapidamente verso la degradazione Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2007

3 La biosintesi degli amminoacidi utilizza come precursori diversi intermedi metabolici Glucosio 6-fosfato Ribosio 5-fosfato Istidina Serina Glicina Cisteina 3-fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato piruvato Eritrosio 4-fosfato Valina Leucina Fenilalanina Triptofano Tirosina Alanina Acetil-CoA Asparagina Aspartato ossalacetato Ciclo dell acido citrico α-chetoglutarato Metionina Treonina Glutammato Isoleucina Lisina Glutammina Prolina Arginina

4 Esistono diverse vie biosintetiche degli aminoacidi, spesso differenti nei diversi tessuti e nei diversi organismi. La gran parte dei processi di biosintesi utilizzano come precursori gli α-chetoacidi in reazioni di TRANSAMMINAZIONE Consiste di 2 semireazioni: 1) α-chetoacido convertito nel corrispondente α-amminoacido 2) α-amminoacido convertito nel corrispondente α-chetoacido Scambio del gruppo NH 3 + Reazioni catalizzate dalle ammino-transferasi (o transamminasi) Coenzima che funge da scambiatore: PLP (piridossalfosfato)

5 TRANSAMMINAZIONI PIU COMUNI: piruvato alanina ossalacetato aspartato α-chetoglutarato glutammato :NH 3 il gruppo ammidico della catena laterale dell Asn proviene dalla Glutammina

6 Enz ˡ Lys l NH 2.. α La piridossamina-fosfato trasferirà il gruppo amminico su un secondo α-chetoacido che diventerà un α- amminoacido.. α-chetoacido +H H-N Lys-Enz H +

7 Gli aminoacidi sono precursori metabolici Substrati per la sintesi delle proteine, Vengono attivati mediante l attacco al trna e vanno a costituire una riserva di amminoacil-trna a disposizione dell apparato per la sintesi proteica. Precursori di molecole carburante * chetogenici Precursori di purine e pirimidine, porfirine, coenzimi, fosfolipidi Precursori di ammine e molecole segnale con funzione regolativa * * * *(glucogenici) *

8 L ARGININA è precursore dell OSSIDO NITRICO >> N=0 Radicale libero instabile e gassoso dell azoto Molto reattivo, in soluzione acquosa esiste per pochi secondi: forma nitriti e nitrati con l H 2 O. È Potenzialmente tossico ma anche importante dal punto di vista fisiologico Nei mammiferi la OSSIDO NITRICO SINTASI (NOS) produce N=O a partire da Arginina e O 2 Ossido nitrico N=O arginina citrullina Altri cofattori della NOS: FAD, FMN, EME, tetraidrobiopterina BH 4

9 Esistono 3 isoforme della NOS: 1) nnos (NOS neuronale o NOS I) Ca 2+ -dipendente costitutiva (cervello) 2) enos (NOS endoteliale o NOS III) Ca 2+ -dipendente costitutiva, (cellule endoteliali) 3) inos (NOS inducibile o NOS II) Ca 2+ -indipendente, espressa ad alti livelli solo per induzione da parte di citochine e altri agenti infiammatori (macrofagi) È un dimero costituito da 2 subunità (reduttasi + ossigenasi) reduttasi calmodulina ossigenasi ARGININA O 2 Funge da messaggero cellulare: si lega alla GUANILIL CICLASI e stimola la formazione di cgmp Utilizzato dai macrofagi per uccidere cellule batteriche e tumorali. Può interagire con l anione superossido ( O 2- ) formando l anione perossinitrito (ONOO - ) altamente tossico: causa nitrosilazione delle proteine (sui residui di Cys) Citrullina N=O, H 2 O Neurotrasmettitore cerebrale Azione vasodilatante e antiaggregante piastrinica.

10 Aminoacidi come precursori di ammine con funzione regolativa Dalla decarbossilazione di alcuni amminoacidi si ottengono importanti ammine biologiche Decarbossilazione dell ISTIDINA ISTIDINA DECARBOSSILASI (PLP-dipendente) Mediatore dell infiammazione e delle reazioni allergiche CO 2 Decarbossilazione del TRIPTOFANO Idrossilazione in C-5 Monoossigenasi CO 2 PLP SEROTONINA (neurotrasmettitore)

11 Metabolismo della FENILALANINA COO - H- H 3 + Idrossilazione in C-4 Monoossigenasi HO TIROSINA COO - H- H 3 + Vari altri derivati Idrossilazione in C-3 Monoossigenasi MELANINE DOPA CO 2 Decarbossilasi-PLP ADRENALINA transmetilazione NORADRENALINA Idrossilazione sul C-β (Ascorbatodipendente) DOPAMINA

12 Gli aminoacidi negli animali possono subire degradazione ossidativa in 3 condizioni: 1) con il turnover delle proteine cellulari, aminoacidi non necessari per la sintesi di nuove proteine sono rilasciati e degradati 2) con una dieta ricca di proteine: sono degradati gli aminoacidi in eccesso rispetto alla richiesta cellulare per la sintesi proteica 3) durante il digiuno o nel diabete mellito: le proteine cellulari diventano fonte di molecole carburante

13 Proteine cellulari Tessuti extraepatici TRANSAMMINASIONE Disponibili per il metabolismo ossidativo. Trasformato in glutammina Nei mammiferi, quando è necessario eliminare l azoto in eccesso dall organismo, viene prodotta glutammina a partire dal glutammato. La Glutammina trasporta azoto nel sangue dai tessuti extraepatici al fegato. Nel mitocondrio degli epatociti la GLUTAMMINASI elimina azoto dalla catena laterale sottoforma di NH 4+. Una reazione simile coinvolge l asparagina mediante l ASPARAGINASI

14 TESSUTI EXRAEPATICI VARI AMMINOACIDI transamminazione L-GLUTAMMATO Glutamminasi (mitocondrioepatociti) L-glutammina Escrezione dell azoto in eccesso L-glutammato NH 4 + Deamminazione ossidativa Ciclo di KREBS α-chetoglutarato

15 Ciclo alanina/glucosio Si esplicita fra il tessuto muscolare e il fegato: nei miociti la degradazione degli amminoacidi ramificati è finalizzata a rilasciare scheletri carboniosi necessari per produrre energia e a trasferire i gruppi amminici sul piruvato che diventa alanina ed è trasportata negli epatociti. gluconeogenesi glicolisi Proteine muscolari Deamminazione ossidativa transamminazione α-chetoglutarato Ciclo dell urea

16 RUOLO CENTRALE DEL FEGATO NELMETABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI

17 La GLUTAMMATO DEIDROGENASI catalizza la Deamminazione ossidativa del glutammato in α-chetoglutarato e ammoniaca. α-chetoglutarato glutammato Intermedio imminico Glutammato NH 4 + H 2 O α-chetoglutarato

18 IL CICLO DELL UREA (o dell ORNITINA) avviene negli EPATOCITI, in parte dentro il mitocondrio, in parte nel citosol + 2ATP

19 1) Nel mitocondrio il bicarbonato reagisce con l ATP in una reazione catalizzata dalla CARBAMMILFOSFATO SINTETASI 1 Si forma carbossifosfato 2) L ammoniaca rimpiazza il gruppo fosfato e si forma carbammato Sono consumate due molecole di ATP 3) Il carbammato viene fosforilato per formare CARBAMMILFOSFATO

20 Nel mitocondrio il carbammilfosfato reagisce con l ornitina per formare citrullina in presenza di ORNITINA TRANSCARBAMMILASI La citrullina esce dal mitocondrio e nel citosol si combina con 1 ATP per formare l intermedio citrullil-amp. La reazione è catalizzata dall ARGININOSUCCINATO SINTETASI

21 D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA 2/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2007 Ossalacetato + glutammato Aspartato ammino-transferasi aspartato + α-chetoglutarato La citrullina condensa con l aspartato a dare argininosuccinato

22 L ARGINATO SUCCINATO LIASI scinde l argininosuccinato e libera arginina e fumarato Arginina Fumarato

23 Si riforma ornitina che rientra nel mitocondrio dove può ricominciare un successivo ciclo Un atomo di azoto dell urea proviene dall ammoniaca incorporata nel carbammilfosfato, l altro atomo di azoto proviene dall aspartato. L atomo di carbonio proviene dal bicarbonato. L ARGINASI scinde per idrolisi il gruppo guanidio dell arginina rilasciando UREA Arginina

24 Il fumarato prodotto nel citosol può essere convertito in malato da una FUMARASI CITOSOLICA Il malato può essere convertito in ossalacetato dalla MALATO DEIDROGENASI CITOSOLICA Il malato può essere convertito dall ENZIMA MALICO in piruvato che rientra nel mitocondrio ASPARTATO Ciclo dell UREA Può rientrare direttamente nel mitocondrio dove verrà indirizzato al ciclo di KREBS GLUCONEOGENESI