METABOLISMO delle PROTEINE

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1 METABOLISMO delle PROTEINE

2 AZOTO essenziale per la vita - Amminoacidi - Nucleotidi In natura - N 2 atmosferico (N.B. N N triplo legame, molta energia per metabolizzarlo) - ione nitrato NO 3 presente nel suolo Nei sistemi biologici sono presen3 le forme rido6e - ione ammonio NH 4 + libero - gruppo amminico (- NH 3+ ) e gruppo ammidico (- NH- C=O ) presena in composa organici

3 GLI ANIMALI DIPENDONO DA BATTERI E PIANTE PER L AZOTO (ciclo dell azoto) I. Soltanto alcuni baderi anaerobi, simbiona nelle radici delle leguminose, sono in grado di fissare (ridurre) l N 2 atmosferico con produzione di ammoniaca II. altri baderi ossidano NH 3 a nitrito (NO 2 ) e quindi a nitrato II. Le piante sono in grado di u:lizzare NO 3 con produzione di NH 4+, che viene quindi incorporato nei composa organici azotaa (punto d ingresso Glu e Gln) III. Gli animali assumono composa organici azotaa (amminoacidi)

4 Fonte primaria di azoto: amminoacidi forniti dalle proteine alimentari

5 Funzioni degli L-α-amminoacidi Substra: per la sintesi proteica 20 a.a - con codone riconoscimento via trna 21 a.a. selenocisteina seril- trna + seleniofosfato Se- cisteinil trna più numerosi in seguito a modificazione post- sinte3ca esempi: amminoacidi fosforilaa; acido γcarbossiglutammico Componen: di pep:di Intermedi metabolici Fonte energe:ca glutaaone (GSH) γglu- Cys- Gly orniana a.a. glucogenici, a.a. chetogenici Trasporto di azoto glutammina, alanina Precursori per la biosintesi degli altri compos: azoto conten:

6 compos3 deriva3 amminoacidi precursori Eme glicina (+ succinil CoA) Nucleo:di Carni:na glutammina, glicina, acido asparaco lisina, meaonina Crea:na arginina, glicina, meaonina Ammine biogene, isadina ( istamina) triptofano ( serotonina) Tiroxina, adrenalina Taurina (nei sali biliari) Niacina Arosina cisteina triptofano

7 Classificazione in base alla struttura

8 CLASSIFICAZIONE NUTRIZIONALE AMMINOACIDI ESSENZIALI : devono necessariamente essere introdo< preforma3 con la dieta valina leucina isoleucina me:onina fenilalanina triptofano is:dina lisina treonina AMMINOACIDI NON ESSENZIALI i. semi- indispensabili risparmiano i precursori essenziali :rosina (sinteazzata da fenilalanina) cisteina (sinteazzata da meaonina)

9 condizionatamente non essenziali glicina, serina, prolina, glutammina, arginina possono non essere sufficien9 in alcuni sta9 par9colari quali infezioni, traumi, bambini prematuri, non essenziali alanina, aspartato, asparagina, glutammato Le reazioni di transaminazione, reversibili, permemono di ridistribuire il gruppo NH 3 fra gli amminoacidi Vanno comunque integraa con la dieta e l apporto deve essere bilanciato in quanto: - Il pool di amminoacidi non è totalmente riualizzabile - NH 3 principalmente prododo di rifiuto, anche se vi è un riualizzo limitato a riformare amminoacidi

10 digestione Enzimi digestivi secreti come zimogeni inattivi - attivati tramite proteolisi nel lume intestinale

11 I. DIGESTIONE PROTEINE - STOMACO ph acido: denatura le proteine alimentari ph acido: autoasvazione del PEPSINOGENO PEPSINA + pepadi Il processo prosegue in modo autocataliaco Pepsina: endopep9dasi poco specifica ma preferisce rompere il legame che coinvolge il gruppo carbossilico di Tyr, Phe, Trp proteine alimentari + pepsina grandi pep:di

12 SANGUE LUME Cl Cl Cl Cl HCO 3 HCO 3 H + H + CO 2 + H 2 O metabolismo pompa H + /K + ATPasi K + K + membrana baso- laterale membrana apicale

13 II LUME INTESTINALE tramite ENZIMI PANCREATICI Zimogeni secre3 dal pancreas esocrino Enterochinasi: legata alla membrana apicale degli enteroci3 TRIPSINOGENO + enterochinasi TRIPSINA + esapep:di CHIMOTRIPSINOGENO + tripsina CHIMOTRIPSINA +2 dipep:di PROELASTASI + tripsina ELASTASI PROCARBOSSIPEPTIDASI A e B + tripsina CARBOSSIPEPTIDASI endopep3dasi TRIPSINA - scinde legame COO - di a.a. basici (Arg, Lys) CHIMOTRIPSINA - scinde legame COO - di a.a. idrofobici (Phe, Tyr, Trp) ELASTASI - scinde legame COO - di piccoli aa neutri (Gly, Ala, Val) Esopep3dasi (rilasciano a.a. liberi e oligopep3di di 2-8 residui) CARBOSSIPEPTIDASI A - a.a. aroma:ci CARBOSSIPEPTIDASI B - a.a basici (Lys, Arg)

14 III. MUCOSA INTESTINALE enzimi ancora3 alla membrana dell enterocita - AMINOPEPTIDASI - DIPEPTIDASI PRODOTTI DELLA DIGESTIONE AMMINOACIDI LIBERI, DI- e TRiPEPTIDI

15 IV. ENTEROCITA I pep:di possono entrare nell enterocita dove sono scissi da amminopep:dasi citosoliche. ASSORBIMENTO: tramite numerosi trasportatori specifici per classi di a.a. (neutri, dibasici,..), in genere cotrasportatori con Na + o H + ENTEROCITI metabolizzano glutammina (loro principale fonte energe:ca), Glu, Asp, Arg per risparmiare glucosio ed acidi grassi per gli altri tessu:

16 Circa 1% delle proteine sono parzialmente idrolizzate e frammen: pep:dici possono essere assorbi: come tali tramite Trasportatore (es H + /PepT1 che importa anche an:bio:ci lamamici) beta Captazione transcellulare per endocitosi - e quindi esporto tramite esocitosi Captazione paracellulare tra le cellule, con una permeabilità non specifica (in par:colare in presenza di una mucosa danneggiata)

17 MUSCOLO Destino degli aminoacidi alimentari dopo un pasto proteine AA ramifica: AA ramifica: alanina pool AA glucosio - NH 2 proteine urea FEGATO α- chetoacidi alanina glutammina CO 2 pool AA SANGUE serina glutammina AA alimentari Interconversione di AA INTESTINO proteine α- chetoglutarato RENE NH 4 +

18 METABOLISMO DELLE PROTEINE

19 Aminoacidi e proteine sono in rapporto dinamico proteine corporee sintesi degradazione Quota dei deriva9 non proteici minoritaria e non si calcola nel bilancio azotato; ma quota significa9va in condizioni di privazione di proteine Proteine della dieta diges3one Amminoacidi N C Deriva: non proteici NH 3 urea intermedi del Ciclo di Krebs glucosio, glicogeno CO 2 + energia acidi grassi trigliceridi

20 bilancio di azoto o bilancio proteico: dipende dalla somma delle velocità di entrata ed uscita dal pool di amminoacidi liberi PROTEINE ALIMENTARI POOL AA PROTEINE CORPOREE flusso in entrata = dieta + degradazione proteica (a + b) rimozione a.a. = sintesi proteica + ossidazione (c + d) a + b = c + d costante mantenimento nell adulto a + d > b + c bilancio posi9vo accrescimento; masse muscolari; gestazione b + c > a + d bilancio nega9vo insufficiente apporto energia e/o proteine; malaia a c POOL DI DERIVATI b d

21 In media le proteine contengono il 16% di azoto RelaAvamente facile misurare l azoto, per cui i cambiamena nella quanatà proteica corporea vengono misuraa come differenza fra azoto introdomo ed azoto escreto azoto x 6,25 (cioè 100/16) = proteina

22 UOMO ADULTO: proteine corporee circa 12 Kg 40% nel muscolo di cui 65% miosina ed acana per locomozione e lavoro muscolare, ma anche come fonte di amminoacidi in condizioni di stress. Ma proteine muscolari non sono forma di riserva come glicogeno e lipidi ed una loro perdita porta a perdita di proteine funzionali. 10% tessu: viscerali (fegato, intes9no) non mobilizzate rapidamente in condizioni di stress per le loro funzioni vitali 30% nelle pelle e nel sangue lesioni delle pelle ed anemia sono presen9 in deficit di proteine alimentari 4 proteine: miosina, ac9na, collagene (strumurali) ed emoglobina (trasporto O 2 ) cos9tuiscono circa la metà di tume le proteine

23 CONTINUO RICAMBIO PROTEICO Serve energia sia per la sintesi che per la degradazione: % del bilancio energetico La conanua demolizione e sintesi è fondamentale per degradare e rimpiazzare proteine danneggiate modificare la quanatà relaava di differena proteine in base alle necessità nutrizionali e fisiologiche rapido adadamento metabolico La regolazione del turnover proteico è influenzata da: stato nutrizionale (energeaco e proteico) ormoni (insulina, glucocoracoidi, ormoni Aroidei, ormone della crescita, citochine)

24 ORGANISMO Ricambio giornaliero 1-2% proteine totali Amminoacidi 70-80% riualizzaa 20-30% metabolizzaa Proteine dalla dieta grammi/giorno Proteine metabolizzate 250 grammi/giorno % ricambio muscolo 30-50% fegato 25% leucoci: emoglobina diversa emivita pochi minu:: proteine regolatorie 300 giorni: collageno

25 ATP- indipendente LISOSOMIALE contribuisce per il 15% Enzimi a<vi a ph 5 SISTEMI DI PROTEOLISI - proteine extracellulari (via endocitosi) - proteine di membrana - organelli danneggiaa (es mitocondri) ATP- dipendente CITOSOLICO sistema ubiqui:na- proteasoma sele<vo - proteine citosoliche - proteine regolatorie - proteine difedose (neo - sinteazzate per errori nella sintesi o per ripiegamento sbagliato; invecchiate)

26 Premio Nobel 2004 Aaron Ciechanover, Avram Hershko and Irwin Rose L ubiqui:na come suggerisce il nome è una proteina presente in tua gli eucarioa L ubiquiana si lega alla proteina da degradare in una via ATP dipendente che ualizza 3 enzimi ATP E1 + ATP E1- UbiquiAna E2 proteina di trasporto dell ubiquiana E3 lega l ubiquiana aavata alla proteina da degradare Come si riconosce la proteina da eliminare? Varie ipotesi - amminoacido N- terminale destabilizzante Arg ~2 min Tyr, Glu, ~ 10 min Ile Gln ~ 30 min oppure stabilizzante Met. Gly, Ala, Ser, Thr > 20 ore - paracolari sequenze di distruzione

27 La proteina marcata va al proteasoma Proteine regolatorie per il riconoscimento e selezione di pro9ne ubiqui9linate Proteine degradate dalle subunità cataliache β subunità 7 α 7 β 7 β Aavità Apo chimotripsina - a.a. idrofobici Aavità Apo tripsina - a.a. basici Aavità per a.a. acidi 7 α oligopepadi di 3-25 a.a. scissi da protesi citosoliche

28 L attività del proteasoma è sotto controllo ormonale INSULINA inibisce il proteasoma GLUCOCORTICOIDI aivano il proteasoma azione coordinata per la mobilizzazione di amminoacidi muscolari e per la gluconeogenesi epa9ca ORMONI TIROIDEI aivano il proteasoma CITOCHINE aivano il proteasoma sepsi, febbre, usaoni, cancro, Aumento delle proteine della fase acuta ed aumento del catabolismo proteico delle miofibrille mediato da un aumento delle citochine TNF- α, IL- 1, IL- 6

29 Il metabolismo dei composti azotati ph=7 Villi intestinali e poi fegato

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