Catabolismo di proteine

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1 Catabolismo di proteine Digestione di proteine dalla dieta Turn-over di proteine endogene Digiuno prolungato

2 DIGESTIONE DI PROTEINE ESOGENE L organismo ricava la maggior parte degli aminoacidi di cui ha bisogno dalle proteine alimentari Per utilizzare questi aminoacidi, le proteine devono essere digerite, cioè idrolizzate negli aminoacidi costituenti Meno di 1/10 delle proteine ingerite con una dieta equilibrata viene eliminata senza essere stata digerita

3 ORMONI GASTROENTERICI Ormoni polipeptidici prodotti da cellule endocrine dell apparato gastrointestinale: gastrina, secretina, colecistochinina (CCK), peptide inibitore gastrico (GIP) La secrezione è regolata da: nutrienti, fattori propri del lumen (ph, [ Ca ++ ], ecc.), ormoni e neurotrasmettitori

4 ORMONI GASTROENTERICI Controllano importanti funzioni degli organi addetti all assorbimento e alla digestione dei nutrienti: Secrezione di acqua, enzimi, elettroliti ed ormoni Motilità delle pareti Afflusso di sangue

5 ORMONI GASTROENTERICI 1. Gastrina Ormone formato da 17 residui aminoacidici Prodotto dalla mucosa gastrica Stimola la secrezione di HCl (cellule parietali) e pepsinogeno (cellule adelomorfe) La secrezione di gastrina è stimolata da aminoacidi e proteine parzialmente digerite 2. Secretina Ormone formato da 27 residui aminoacidici Prodotto dalla mucosa dell intestino tenue Stimola la secrezione di HCO 3 - da parte del pancreas al fine di neutralizzare l acidità

6 ORMONI GASTROENTERICI 3. Colecistochinina (CCK) Ormone formato da 33 residui aminoacidici Prodotto dal tratto iniziale dell intestino tenue Stimola lo svuotamento della colecisti, la secrezione di enzimi pancreatici e di HCO 3-, aumentando quindi l effetto della secretina La secrezione di colecistochinina è stimolata da monogliceridi, acidi grassi e alcuni aminoacidi 4. Peptide inibitore gastrico (GIP) Ormone formato da 42 residui AA Prodotto nell intestino tenue Stimola la secrezione pancreatica di insulina La secrezione di GIP è stimolata da nutrienti

7 Proteine introdotte con la dieta Enzimi proteoli-ci: Proteasi gastriche Proteasi pancrea4che Amminopep4dasi intes4nali Pepsina Tripsina Chimotripsina Carbossipep4dasi

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9 Il pancreas esocrino secerne enzimi digestivi (amilasi, lipasi, fosfolipasi, tripsina, chimotripsina, carbossipeptidasi) e bicarbonato

10 Gli zimogeni pancreatici - Questi enzimi digestivi vengono secreti dal pancreas esocrino sotto forma di precursori inattivi, detti zimogeni. - La secrezione è stimolata dalla colecistochinina - Gli zimogeni attraverso il dotto pancreatico arrivano nell intestino tenue, dove vengono attivati. - L attivazione avviene mediante scissione proteolitica del precursore inattivo.

11 Attivazione di zimogeni pancreatici -LA TRIPSINA è l attivatore comune di tutti gli zimogeni pancreatici -Il tripsinogeno viene convertito in tripsina dall enteropeptidasi, enzima proteolitico secreto da cellule intestinali

12 Attivazione di zimogeni pancreatici

13 Proteasi pancreatiche TRIPSINA Endopeptidasi (ph 7-8) Idrolizza legami peptidici con il gruppo carbossilico di aminoacidi basici quali Lys, Arg È particolarmente attiva sui prodotti di degradazione della pepsina CHIMOTRIPSINA: Idrolizza legami peptidici con il gruppo carbossilico di Phe, Trp, Tyr CARBOSSIPEPTIDASI A e B: idrolizzano i legami peptidici tra gli amminoacidi all'altezza del residuo C terminale. Questi enzimi pancreatici digeriscono in frammenti più piccoli i peptidi generati nello stomaco dalla pepsina

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15 Il ph del lume gastrico: Denatura le proteine (distrugge la stru:ura terziaria rompendo pon- disulfuro e legami idrogeno) Uccide la maggior parte dei ba:eri e microrganismi A@va il pepsinogeno in pepsina

16 Stomaco: Intestino: gastrina secretina colecistochinina

17 Turn- over di proteine endogene Emivita variabile Proteine a lunga vita > 200 h proteine strutturali, emoglobina, citocromo c Proteine a breve vita < 2 h enzimi, ormoni, anticorpi Le proteine difettose sono degradate più rapidamente

18 Turn- over di proteine endogene Svolge tre funzioni importan4: - fornisce aminoacidi - rimuove proteine anomale - rimuove enzimi e falori trascrizionali in eccesso (regolazione del metabolismo) Avviene ad opera di sistemi specializza4: A) MECCANISMO LISOSOMIALE (sistema di degradazione non seleevo. Proteine di membrana, extracellulari, emivita lunga) B) MECCANISMO CITOPLASMATICO ATP- DIPENDENTE (sistema di degradazione altamente seleevo)

19 L ubiquitina etichetta le proteine destinate alla degradazione Proteina (76 aa) ubiquitaria altamente conservata negli eucarioti Gly C-terminale dell ubiquitina si lega ai gruppi amminici di residui di Lys della proteina da degradare L energia è fornita dall idrolisi dell ATP

20 Sono necessari 3 enzimi (E1, E2, E3) per l azione dell ubiquitina E1 attiva l ubiquitina E2 si lega all ubiquitina E3 lega l ubiquitina alla proteina bersaglio Molte molecole di ubiquitina sulla proteina da degradare

21 La degradazione della proteina avviene ad opera di proteasi specifiche in un complesso detto Proteasoma 26S, formato da una struttura di forma cilindrica -20se rivestita alle estremità da un cappuccio -19s I complessi 19S svolgono la funzione di riconoscimento della proteina ubiquitinata e di svolgimento della stessa, che penetra nella cavità del cilindro 20 S dove è degradata. La proteina viene degradata in aa L ubiquitina viene riciclata

22 DEGRADAZIONE OSSIDATIVA DEGLI AA Gli amminoacidi, derivati dalla degradazione delle proteine della dieta o delle proteine intracellulari rappresentano l ultima classe di biomolecole la cui ossidazione contribuisce alla generazione di energia metabolica nella cellula

23 DEGRADAZIONE OSSIDATIVA DEGLI AA Gli aminoacidi sono degradati se: Non sono necessari per la sintesi di nuove proteine Se la dieta è ricca di proteine e gli aminoacidi sono in eccesso rispetto alle richieste biosintetiche Durante il digiuno o nel diabete mellito quando non sono disponibili i carboidrati

24 SCHEMA GENERALE METABOLISMO PROTEINE PROTEINE aminoacidi - NH 2 Catene carboniose Acetoace-l- CoA (AA Chetogene4ci) piruvato Intermedi Ciclo Krebs (AA Glicogene4ci)

25 Destino del gruppo amminico REAZIONI DI DISTACCO DEL GRUPPO α NH 2

26 Reazione di transaminazione (trasferimento del gruppo aminico ad un a-chetoacido accettore) COOH HC-N H H + COOH C=O PLP COOH C=O COOH HC-N H H R 1 Aminotransferasi R 2 R 1 R 2 α aminoacido 1 α chetoacido 2 α chetoacido 1 α aminoacido 2 Aa donatore Chetoacido accettore reazione reversibile

27 TRANSAMINAZIONE

28 Il gruppo prostetico delle transaminasi è il piridossalfosfato PLP Derivato della vitamina B6 (PMP) Interconversione Piridossal fosfato PLP Piridossammina fosfato PMP

29 Meccanismo a ping-pong della reazione di transaminazione Prima metà della reazione AA 1 + E-PLP α chetoacido 1 + E PMP Seconda metà della reazione E PMP + α chetoacido 2 PLP AA 2 + E-PLP somma AA 1 + α chetoacido 2 α chetoacido 1 + AA 2 Meccanismo catalitico a ping-pong Il 1 substrato si lega all enzima Il 2 substrato si lega all enzima solo dopo che il 1 si è allontanato sotto forma di prodotto

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31 Transaminazione La maggior parte delle transaminasi utilizza come chetoacido Alfa-chetoglutarato glutammato Biosintesi AA Via anabolica Deamminazione ossidativa NH 4 + urea Via catabolica

32 DEAMMINAZIONE OSSIDATIVA Glutammico deidrogenasi - Biosintesi AA - Ciclo urea La glutammico deidrogenasi (PM ; 6 subunità uguali) è presente nella matrice mitocondriale Glutammico deidrogenasi enzima allosterico - Reazione di transaminazione - Ciclo acido citrico - gluconeogenesi Attivato ADP GDP carica energetica bassa Inibito ATP GTP carica energetica alta

33 La glutammina trasporta ammoniaca dai tessuti al fegato La L-glutamina rappresenta la principale forma di trasporto non tossica dell ammoniaca È normalmente presente in circolo ad una concentrazione superiore agli altri aminoacidi. L azoto aminico della glutamina viene rilasciato sotto forma di ammoniaca solo a livello dei mitocondri epatici e, in misura minore, renali. Nelle cellule Nel fegato

34 L alanina trasporta ammoniaca dal muscolo al fegato Il ciclo del glucosio-alanina L alanina serve come trasportatore dell ammoniaca e dello scheletro carbonioso del piruvato dal muscolo al fegato. L ammoniaca viene escreta e il piruvato è usato per produrre glucosio che ritorna al muscolo.

35 Riepilogando:

36 Riepilogando: muscolo tessuti extraepatici

37 AA glucogenici Destino dello scheletro carbonioso α-chetoglutarato Succinil CoA Fumarato Ossalacetato Piruvato Ciclo acido citrico AA chetogenici Acetoacetil CoA Acetil CoA Ciclo acido citrico Corpi chetonici Sintesi acidi grassi

38 Biosintesi amminoacidi

39 L ammoniaca viene incorporata nelle biomolecole attraverso il glutammato e la glutammina Funzione sia nel catabolismo che nelle biosintesi Glu e Gln : concentrazione di molto superiore rispetto agli altri aa Le vie di produzione di Gln e Glu sono simili in tutti gli organismi

40 GLUTAMMATO SINTASI (solo batteri e piante): amminazione riduttiva dell a -chetoglutarato a-chetoglutarato + Gln + NADPH + H + ---> 2 Glu + NADP+ N. B. negli animali il Glu viene formato dalle reazioni di transaminazione dell a-chetoglutarato che raccoglie i gruppi amminici nel catabolismo degli aa

41 Via alternativa e minore di formazione del Glu: L-glutammato deidrogenasi (catabolismo aa): a-chetoglutarato + NH NADPH + H + ---> Glu + NADP + + H 2 O K M per ione ammonio molto alta

42 1)Glu + ATP ---> γ-glutamil fosfato + ADP 2) γ-glutamil fosfato + NH4 + --> Gln + Pi + H + somma Glu + NH4 + + ATP ---> Gln + ADP + Pi + H +

43 GLUTAMMINA SINTETASI Presente in tutti gli organismi PRINCIPALE SITO DI REGOLAZIONE DEL METABOLISMO DELL AZOTO -Ruolo chiave nel metabolismo aa: RIMOZIONE AMMONIACA LIBERA TOSSICA PER I TESSUTI CONVERSIONE IN Gln e TRASPORTO NEL SANGUE

44 Regolazione allosterica i principali modulatori allosterici (inibitori): -Alanina, Glicina, Serina e -6 prodotti finali di vie che dipendono dalla Gln Inibizione retroattiva cumulativa

45 Biosintesi amminoacidi Nell uomo la metà dei 20 aminoacidi standard non può essere sintetizzata. Questi aminoacidi devono essere introdotti con la dieta Aminoacidi essenziali Isoleucina Leucina Lisina Me4onina Fenilalanina Treonina Triptofano Valina Arginina

46 La formazione degli aa avviene a partire da precursori della: Glicolisi, Via dei pentoso fosfato Ciclo di Krebs

47 Amminoacidi non essenziali Precursore Alfa-chetoglutarato Ossalacetato Piruvato 3-fosfoglicerato transaminazione transaminazione transaminazione AA Glutammato Glutammina Arginina Prolina Aspartato Asparagina Alanina Serina Glicina Cisteina Eritroso- 4-P Tirosina

48 Regolazione delle vie di sintesi di aminoacidi La prima reazione è di solito una reazione irreversibile catalizzata da un enzima allosterico Il meccanismo di regolazione di solito è l inibizione a feedback del primo enzima della via biosintetica Le varie vie di sintesi sono altamente coordinate mediante meccanismi di regolazione trasversali La regolazione della biosintesi risponde prontamente alle necessità della cellula

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50 ACIDO FOLICO ( vitamina B C )

51 ACIDO FOLICO

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54 Acido diidrofolico n Acido tetraidrofolico n

55 Trasferimento di frammen4 monocarboniosi me4le idrossime4le me4lene metenile - = formile - formimmino -