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1 Svolgono funzioni biologiche di fondamentale importanza e possono essere divise in 7 gruppi principali: proteine strutturali (collagene, cheratine); proteine catalitiche (enzimi); proteine di trasporto (emoglobina, albumina); proteine regolatorie (ormoni); proteine di protezione (anticorpi, trombina); proteine contrattili (actina, miosina) proteine di riserva (ovoalbumina, caseina)

2 Gli amminoacidi provenienti dai processi degradativi e digestivi vengono utilizzati principalmente per la sintesi delle proteine o di altri composti azotati come le basi azotate L organismo deve continuamente costruire nuove proteine non solo durante l accrescimento ma anche in età adulta (turnover); per far ciò c è bisogno di nuovo materiale proteico proveniente dall esterno per rifornire il pool di amminoacidi corporeo Fabbisogno proteico % Kcal/die (Razione Dietetica Raccomandata) Neonato = 2.2 gr/kg di p.c./die Bambino = 1.5 gr/kg di p.c./die Adulto = 1.0 gr/kg di p.c./die

3 Dieta AMMINOACIDI Sintesi ex-novo Degradazione delle proteine

4 DIGESTIONE ED ASSORBIMENTO DELLE PROTEINE (avviene nel tratto gastro-intestinale)

5 L assorbimento intestinale * * Localizzata sulla membrana plasmatica degli enterociti

6 Dieta AMMINOACIDI Sintesi ex-novo Degradazione delle proteine

7 La maggior parte delle proteine corporee è continuamente sintetizzata e degradata; ciò permette l eliminazione delle proteine anomale o non più necessarie (es. proteine regolatorie) Il turnover delle proteine può durare da poche ore a decine di giorni Proteasi intracellulari presenti: CALPAINE (attivate da Ca 2+ ) PROTEASI NEUTRA nel citosol *PROTEASOMA (ATP-dipendente) CATEPSINE à nei lisosomi SEGNALI BIOCHIMICI PER LA DEGRADAZIONE DELLE PROTEINE - Ubiquitazione - residuo N-terminale: Phe, Leu, Tyr, Trp, Lis, Arg, Asp - ossidazione di residui aminoacidici (ARG, LIS, PRO) - sequenze PEST, prolina (P), acido glutammico (E), serina (S) e treonina (T).

8 Qual è il destino metabolico degli amminoacidi che si rendono liberi durante la digestione o il turnover delle proteine?

9 Quantità totale di aa 500gr/die Biosintesi di amminoacidi ex-novo (variabile) ~ 100gr ~ 400gr dieta rilasciati dalla degradazione delle proteine 400gr vengono utilizzati per la sintesi delle proteine 100gr sono metabolizzati

10 Gli amminoacidi in eccesso rispetto alle necessità biosintetiche non possono essere né accumulati né escreti e vengono utilizzati come fonte di energia

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14 Gli amminoacidi in eccesso rispetto alla richiesta vengono catabolizzati a scopo energetico o possono essere convertiti in glicogeno o in trigliceridi ed essere così immagazzinati dall organismo Un accentuato catabolismo degli amminoacidi, che si formano per incremento dell idrolisi delle proteine tissutali (prevalentemente muscolari), si verifica quando, esaurite le riserve glucidiche, l organismo deve ricavare energia da altre fonti tra cui lo scheletro carbonioso degli aminoacidi (digiuno prolungato). In queste condizioni il principale destino metabolico dello scheletro carbonioso è la sua conversione in GLUCOSIO mediante la GLUCONEOGENESI

15 Il distacco del gruppo a-amminico degli amminoacidi avviene mediante processi di TRANSAMINAZIONE seguiti dalla DEAMMINAZIONE OSSIDATIVA TRANSAMINAZIONE: trasferimento reversibile del gruppo amminico da un amminoacido ad un a-chetoacido catalizzato dalle TRANSAMINASI (AMMINOTRANSFERASI) R 1 R 2 R 2 R 1 Tutti gli aa tranne Lisina e Treonina sono suscettibili di transaminazione

16 Poiché l accettore del gruppo amminico è quasi sempre l achetoglutarato, il nome di una transaminasi dipende dallo specifico donatore del gruppo amminico

17 1 2 Le transaminasi catalizzano reazioni prossime all equilibrio la cui direzione in vivo dipende dal rifornimento di substrato e dalla rimozione del prodotto 1 Alanina amminotransferasi (ALT) (Glutammato-Piruvato transaminasi, GPT) 2 Aspartato amminotransferasi (AST) (Glutammato-Ossalacetato transaminasi, GOT)

18 Il glutammato incanala i gruppi amminici sia nelle vie biosintetiche (sintesi amminoacidi, nucleotidi e ammine biogene) sia nella sequenza finale delle reazioni in cui si formano i prodotti azotati da eliminare (utilizzo dello scheletro carbonioso)

19 transaminasi Il glutammato viene trasportato dal citosol nei mitocondri dove viene sottoposto a deamminazione ossidativa. GlutammatoDH L azione combinata delle transaminasi (o amminotransferasi) e della glutammato deidrogenasi viene detta transdeamminazione L effetto netto di queste due reazioni è il rilascio di gruppi a-amminici sotto forma di ammoniaca e la formazione di a-chetoacidi Reazione di DEAMMINAZIONE OSSIDATIVA catalizzata dalla Glutammato Deidrogenasi, presente solo nei mitocondri, costituito da 6 subunità identiche, K M elevata per l NH 3, sottoposto a regolazione allosterica: GTP modulatore negativo ADP modulatore positivo Utilizza NADPH nella direzione di produzione di Glutammato

20 Tutte le transaminasi (amminotransferasi) utilizzano il coenzima piridossal fosfato (derivato della vitamina B 6 ) Sito attivo dell enzima TRANSAMINASI anello piridinico sostituito Il PLP è la forma coenzimatica la cui formazione è ATP dipendente Gruppo prostetico legato all enzima mediante interazioni non covalenti molto forti e mediante la formazione di una base di Schiff con un residuo di Lys del sito attivo

21 Anche se la degradazione degli amminoacidi avviene prevalentemente nel FEGATO, altri tessuti possono degradare gli amminoacidi Esempio: il MUSCOLO utilizza gli amminoacidi a catena ramificata (Valina, Isoleucina e Leucina) come fonte di energia nell esercizio prolungato e nel digiuno ma. non possiede gli enzimi del Ciclo dell UREA

22 Ciclo del Glucosio-Alanina (fegato/muscolo) Nel tessuto muscolare, la via di trasporto dell'ammoniaca è particolare. A seguito della glicolisi si forma un quantitativo elevato di piruvato. Questo chetoacido accetta un gruppo amminico dal glutammato mediante l'intervento dell'enzima alanina amminotransferasi (ALT) con la conseguente sintesi dell'alanina. L'alanina così formata si dirige dal muscolo al fegato trasportando con sé il gruppo amminico. Nel fegato tale gruppo viene allontanato e si forma nuovamente piruvato che entra nella gluconeogenesi per formare il glucosio. Per questo motivo questo particolare processo di eliminazione dello ione ammonio viene definito ciclo glucosio-alanina (ALT)

23 (Fegato/Muscolo) Ciclo del Glucosio-Alanina Ciclo Del Glucosio-Lattato (Ciclo di Cori)

24 ELIMINAZIONE DELL AZOTO Ammoniaca (animali ammoniotelici) Urea (animali ureotelici) Acido urico (animali uricotelici)

25 Ciclo dell UREA L eccesso di ammoniaca deve essere eliminata dall organismo. Nella maggioranza dei vertebrati terrestri e nei mammiferi l azoto viene eliminato sotto forma di urea c h e viene sintetizzata nel fegato e dopo essere stata riversata in circolo, raggiunge i reni e viene escreta con le urine

26 Trasporto dell ammoniaca prodotta a livello dei tessuti al fegato Regione periportale GluDH ALT La glutammina rappresenta la principale forma di trasporto dell ammoniaca (circa il 50%) Di norma è presente nel siero a concentrazioni molto più elevate di quelle degli altri amminoacidi

27 L ammoniaca è trasportata dalla glutammina nella maggior parte dei tessuti, ma dall alanina nel muscolo

28 Nei tessuti: glutammato + NH ATP Glutammina + ADP + Pi (glutammina sintetasi) Nel fegato (regione periportale): Glutammina + H 2 O Glutammato + NH + 4 (glutamminasi) Glutammato + NAD(P) + α-kg + NAD(P)H + NH + 4 (glutammicodh)

29 Da dove derivano gli ioni ammonio?

30 IL CICLO DELL UREA L urea è la forma principale di eliminazione dei gruppi amminici provenienti dagli amminoacidi e costituisce il 90% circa dei composti urinari contenenti azoto Aspartato + NH HCO ATP + H 2 O Urea + fumarato + 2ADP + AMP + 2P i + PP i

31 Ciclo dell UREA Contributo mitocondriale Contributo citosolico

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35 OSSALACETATO

36 L aspartato è il donatore del secondo gruppo amminico per la formazione dell urea

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38 Ciclo dell urea: NH 3 + HCO aspartato + 3ATP + H 2 O ----à UREA + fumarato + 2 ADP + 2Pi + AMP + PPi La velocità del ciclo dell UREA è determinata da una regolazione a lungo termine e da una a breve termine Regolazione a lungo termine: richiede 3 ATP + ione Ammonio + Aspartato + bicarbonato Produce UREA + fumarato + 2ADP + 2 Pi + AMP + PPi il FUMARATO entra nel TCA N.B. costo energetico: 4 ATP consumate, 2,5 ATP prodotte= 1,5 ATP i cinque enzimi del ciclo sono sintetizzati - ad elevata velocità durante i periodi di digiuno o con diete ricche di proteine - a velocità molto inferiore con diete povere di proteine e ricche di carboidrati Regolazione a breve termine: la regolazione allosterica del primo enzima della via metabolica, la carbamil fosfato sintetasi I (N-acetilglutammato) Un deficit degli enzimi epatici preposti al CICLO DELL UREA (mitocondriali o citosolici) causa iperammonemia.

39 Metabolismo dell ammoniaca

40 M e t a b o l i s m o

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