PROTEINE ed AMMINOACIDI: RUOLO METABOLICO E NUTRIZIONALE (a)

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1 Università di Roma Tor Vergata - Scienze della Nutrizione Umana Biochimica della Nutrizione Prof.ssa Luciana Avigliano 2011 PROTEINE ed AMMINOACIDI: RUOLO METABOLICO E NUTRIZIONALE (a)

2 amminoacidi proteine nucleotidi acidi nucleici AZOTO essenziale per la vita 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 presenti le forme ridotte - ione ammonio NH 4 + libero - gruppo amminico (-NH 3+ ) e gruppo ammidico (-NH-C=O ) presenti in composti organici

3 GLI ANIMALI DIPENDONO DA BATTERI E PIANTE PER L AZOTO I. Soltanto alcuni batteri anaerobi, simbionti nelle radici delle leguminose, sono in grado di fissare (ridurre) l N 2 atmosferico con produzione di NH 4 +, che è quindi ossidato da altri batteri a nitrato NO 3. II. Le piante sono in grado di utilizzare NO 3 con produzione di NH 4+, che è quindi incorporato nei composti organici azotati (punto d ingresso glutammato e glutammina) III. Gli animali assumono composti organici azotati (amminoacidi)

4 Fonte primaria di azoto: amminoacidi forniti dalle proteine alimentari

5 Funzioni degli L-α-amminoacidi Substrati per la sintesi proteica 20 a.a - con codone - riconoscimento via trna 21 a.a. selenocisteina - seril-trna --> Se-cisteinil trna più numerosi in seguito a modificazione post-sintetica idrossiprolina N-metil istidina acido γcarbossiglutammico Componenti di peptidi Intermedi metabolici Fonte energetica glutatione (GSH) γglu-cys-gly ornitina a.a. glucogenici, a.a. chetogenici Regolatori del turnover proteico leucina, glutammina Trasporto di azoto glutammina, alanina

6 Precursori per la biosintesi degli altri composti contenti azoto composti derivati amminoacidi precursori Eme glicina (+ succinil CoA) Nucleotidi Carnitina Creatina Ammine biogene Tiroxina, adrenalina Taurina Glucosammina Ossido nitrico (NO) Niacina glutammina, glicina, acido aspartico lisina, metionina arginina, glicina, metionina istidina, triptofano, tirosina, glutammato ormoni, neurotrasmettitori, ammine di interesse farmacologico tirosina cisteina (sali biliari, neuromodulatore) glutammina (amminozuccheri) arginina (vasodilatatore, inibisce aggregazione piastrinica) triptofano (1mg vit equivale a 60 mg a.a.)

7 Classificazione in base alla struttura

8 CLASSIFICAZIONE NUTRIZIONALE AMMINOACIDI ESSENZIALI : devono necessariamente essere introdotti preformati con la dieta valina* leucina* isoleucina* * possono essere ottenuti per transaminazione metionina* dai rispettivi α-chetoacidi fenilalanina* triptofano* istidina lisina gli altri tre vanno introdotti come tali treonina AMMINOACIDI NON ESSENZIALI semi-indispensabili risparmiano i precursori essenziali tirosina (sintetizzata da fenilalanina) cisteina (sintetizzata da metionina)

9 condizionatamente essenziali glicina, serina, prolina, glutammina, arginina possono non essere sufficienti in alcuni stati particolari quali infezioni, traumi, bambini prematuri,.. non essenziali alanina, aspartato, asparagina, glutammato Le reazioni di transaminazione, reversibili, permettono di ridistribuire il gruppo NH 3 fra gli amminoacidi Vanno comunque integrati con la dieta e l apporto deve essere bilanciato in quanto: - Il pool di amminoacidi non è totalmente riutilizzabile - NH 3 principalmente prodotto di rifiuto, anche se vi è un riutilizzo limitato a riformare amminoacidi

10 α-amminoacidi O II C O I H C NH 3 I R FLUSSO GENERALE TRANSAMINAZIONE piridossalfosfato (vit B6) α -chetoacidi O II C O I H C = O I R α -chetoglutarato glutammato + NADH DEAMINAZIONE + NAD OSSIDATIVA C=O NH 2 NH 2 NH 3 UREA CO 2

11 BIOSINTESI DEGLI AMMINOACIDI NON ESSENZIALI piruvato alanina ossalacetato aspartato (+ glutammina) asparagina α-chetoglutarato glutammato + (NH 3 ) glutammina glutammato prolina, arginina 3-fosfoglicerato serina glicina fenilalanina tirosina carenza Phe idrossilasi causa fenilchetonuria: porta a ritardo mentale 1: % popolazione portatori sani - screening di routine sui neonati - (si formano fenilpiruvato, fenillattato, fenilacetato 1-2 g/die nelle urine) Dieta povera in Phe e ricca in Tyr metionina cisteina La velocità di sintesi può non essere sufficiente malati, stress, neonati a basso peso, ustionati,

12 Ammoniaca può essere in parte riutilizzata α -chetoglutarato + NH + 4 glutammato glutammato + NH ATP glutammina + ADP + Pi NH CO 2 + folato glicina Urea può essere ritrasformata in ammoniaca dalla microflora intestinale: non è chiaro l eventuale contributo

13 con le urine perdita obbligatoria di azoto Urea g/die dipende quantità proteine alimentari NH 3 0,4-1,2 g/die dipende equilibrio acido-base Amminoacidi 0,3-1,2 g/die Acido urico 0,2-0,7 g/die dipende dalla dieta Creatinina 0,3-0,8 g/die dipende dalla massa muscolare (indice del turnover proteico del muscolo) secrezioni intestinali, turnover enterociti, desquamazione pelle, NH 3 deriva dal catabolismo degli amminoacidi basi puriniche (tramite deaminasi) basi pirimidiniche

14 metabolismo della catena carboniosa degli amminoacidi Lo scheletro carbonioso fornisce energia attraverso l interazione con la via glicolitica ed il ciclo di Krebs In condizioni fisiologiche esiste una relazione tra il livello dei carboidrati nella dieta ed il metabolismo degli amminoacidi Aumenta quando l'apporto di energia è sufficiente ma viene fornito da proteine a scapito dei carboidrati e dei lipidi La sua efficienza (molecole di ATP prodotte) è inferiore rispetto alla degradazione degli altri due substrati (carboidrati e lipidi): - non tutto lo scheletro carbonioso degli amminoacidi è soggetto ad ossidazione - la formazione di urea (il prodotto finale del catabolismo azotato) richiede il consumo di 3 molecole di ATP

15 in giallo a.a glucosio in celeste a.a. corpi chetonici in rosa a.a. glucosio e corpi chetonici glicina, alanina, serina, cisteina, arginina, glutammina, istidina, prolina triptofano leucina isoleucina piruvato acetil-coa acetoacetil-coa isocitrato citrato ossalacetato glutammato propionil~co A a-chetoglutato biotina B12 succinil~coa succinato isoleucina valina metionina treonina leucina lisina malato fumarato fenilalanina tirosina asparagina, aspartato fenilalanina tirosina

16 formazione di acidi non volatili dal catabolismo di a.a. solforati, metionina, cisteina SO 4 2- fosfoproteine fosfati fosfolipidi acidi grassi e glucosio acetoacetato, β-idrossibutirrato, lattato acidi nucleici basi puriniche urati nutrienti con anioni inorganici (superiori alla quantità di cationi inorganici) Richiede l escrezione di un catione NH 4 + (fornito dalla glutammina) per permettere all organismo di conservare cationi quali Na +, K +, Ca 2+, dieta ricca in proteine genera acidi non volatili

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