CATABOLISMO DEGLI SCHELETRI CARBONIOSI

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1 CATABOLISMO DEGLI SCHELETRI CARBONIOSI Si distinguono amminoacidi chetogenici e glucogenici. Gli amminoacidi glucogenici formano ossalacetato che il fegato usa in gluconeogenesi; gli amminoacidi chetogenici sono convertiti in acetil-coa. Alcuni amminoacidi sono sia chetogenici che glucogenici come il triptofano o la treonina. La cellula può possedere due vie metaboliche per ossidare lo scheletro carbonioso dell amminoacido. Un amminoacido come il triptofano può presentare atomi di carbonio che danno origine a glucosio e ai corpi chetonici. Porzioni diverse della molecola hanno destini diversi. È importante sapere il punto di ingresso degli amminoacidi nel ciclo di Krebs per classificarli come chetogenici o glucogenici. Nel metabolismo degli amminoacidi, sia nel catabolismo sia nell anabolismo, hanno un ruolo importante i coenzimi del trasporto di unità monocarboniose: la biotina, il tetraidrofolato e la S- adenosilmetionina. La biotina partecipa al trasferimento di unità di carbonio nello stato più ossidato, sotto forma di CO 2. Trasferimento di CO2 87

2 Il tetraidrofolato partecipa al trasferimento di unità monocarboniose in uno stato più ridotto, rispetto alla biotina, sotto forma di aldeide, gruppo metilico e gruppo metilenico CH2OH. È costituito da 3 porzioni: 6metilpterina, p-aminobenzoato e glutammato. I due atomi che servono per svolgere la sua funzione di catalisi sono i due atomi di azoto (5 e 10 della 6metilpterina). Per sintetizzare questo composto si parte dalla vitamina acido folico. L acido folico deve essere ridotto da una diidrofolato reduttasi, consumando NADPH, prima a diidrofolato e poi a tetraidrofolato. Quest ultimo partecipa a una serie di metabolismi. Il tetraidrofolato prevalentemente trasporta unità carboniose in forma di aldeide e metilene. Poche sono le reazioni all interno delle quali riesce a trasferire il gruppo metilico. Ci sono due reazioni che caricano sul tetraidrofolato le unità monocarboniose: 1. L enzima serina idrossimetiltransferasi usa come cofattore il piridossalfosfato per trasferire la serina sul tetraidrofolato che si lega all azoto 5 e 10. Il carbonio entra a far parte del coenzima e il gruppo alcolico è liberato sotto forma di H 2 O. La serina diventa glicina. Si forma il N 5, N 10 metilene-tetraidrofolato. Attraverso una reazione irreversibile catalizzata dal N 5, N 10 metilene-tetraidrofolato reduttasi, con impiego di NAD +, si può ottenere la forma che trasporta carbonio più ridotto, il N 5 metil-tetraidrofolato. 88

3 2. Recupera l unità monocarboniosa dal formiato con consumo di ATP. L enzima N 10 - formiltetraidrofolato sintetasi carica un gruppo formile sull azoto 10 del tetraidrofolato formando l N 10 -formil-tetraidrofolato. Una ciclo idrolasi successivamente lo trasforma in N 5, N 10 metenil-tetraidrofolato (forma intermedia), con liberazione di un H 2 O che può essere trasformato in N 5 -formimino-tetraidrofolato da una ciclo deaminasi tramite l aggiunta di un NH 4 +. L N 5, N 10 metenil-tetraidrofolato può inoltre essere convertito in N 5,N 10 metilenetetraidrofolato da una N 5, N 10 metilene-tetraidrofolato deidrogenasi; oppure può essere convertito in N 5 -formil-tetraidrofolato da una cicloidrolasi (via minoritaria). Questo composto può ritornare indietro, in quanto tutte queste reazioni sono reversibili, con l enzima N 5, N 10 metenil-tetraidrofolato e ATP. Se manca acido folico nella dieta, diminuisce la concentrazione di tetraidrofolato, le reazioni precedenti sono compromesse. 89

4 La S-adenosilmetionina partecipa al trasferimento di -CH 3. E formata dall adenosina che è legata covalentemente alo zolfo della metionina. Trasferimento di -CH3 Nella cellula viene sintetizzata a partire da metionina e ATP. È una reazione rarissima in quanto viene rotto il legame esterico. L ATP perde tutti e tre i gruppi fosfato. La sintesi di S-adenosil-metionina è catalizzata dall enzima metionina adenosil transferasi. Lo zolfo acquista una carica positiva netta. Il gruppo metilico che il coenzima cede è l ultimo. La S-adenosil-metiotina partecipa a una serie di reazioni ed è usata dagli enzimi metiltransferasi. Una volta che ha ceduto il gruppo metilico si trasforma in S-adenosil-omocisteina. La cellula ora può eliminare S-adenosil-omocisteina e si rigenera S-adenosil-metionina partendo da metionina e adenosina (processo molto costoso) oppure può rigenerare S-adenosil-metionina partendo da Sadenosilomocisteina (processo privilegiato). 90

5 Come si ricicla l S-adenosil-metionina? L omocisteina può essere substrato di una idrolasi che rimuove l adenosina, liberando acqua, e forma la S-adenosil-omocisteina. Può diversamente essere metilata ricevendo un gruppo metilico dal tetraidrofolato in forma N 5 - metiltetraidrofolato con l intervento del coenzima B12 e dell enzima metionina sintasi. Degradazione degli amminoacidi a PIRUVATO Gli amminoacidi che vengono degradati a piruvato sono la treonina, il triptofano, l alanina, la glicina, la serina e la cisteina. Via secondaria nell'uomo - Il triptofano: non tutti i suoi carboni vanno a formare piruvato, ma solo quello del gruppo carbossilico, il carbonio α e il primo carbonio della catena R. Essi vengono rimossi attraverso 4 reazioni dall anello aromatico e si forma in alanina. - L alanina: viene trasformata in piruvato tramite l alanina aminotransferasi che rimuove il gruppo amminico e si ottiene l αchetoacido. - La cisteina: per convertirla in piruvato bisogna rimuovere il gruppo tiolico (-SH) tramite un idrolasi e il gruppo amminico (NH 2 ) tramite una amminotransferasi. - La serina: le cellule hanno una serina deidratasi, che è un enzima che usa PLP, ed è uno dei pochi amminoacidi che nel suo catabolismo perde il gruppo amminico direttamente come ione ammonio. La serina deidratasi catalizza due eventi: la rimozione del gruppo amminico che si trasforma in gruppo chetonico e la rimozione del gruppo ossidrilico. Così facendo i tre carboni diventano piruvato. 91

6 - La glicina: subisce tre diverse reazioni, due delle quali portano alla formazione di piruvato e la terza porta alla formazione di un altro composto. 1. La glicina viene convertita in serina aggiungendo CH 2 OH tramite l enzima serina idrossimetil transferasi ed è un enzima che trasferisce il gruppo metilenico, a spese del tetraidrofolato, sullo scheletro della glicina trasformando in serina usando PLP. 2. L enzima di clivaggio della glicina utilizza NADP +, rompe la glicina in gruppo carbossilico che viene liberato in CO 2 e in gruppo amminico liberato come ione ammonio e un gruppo metilenico che viene trasferito sul tetraidrofolato. 3. La terzia via di degradazione della glicina porta alla formazione di ossalato attraverso la formazione dell intermedio gliossalato attraverso l enzima amino acido ossidasi (a funzione mista) che usa ossigeno molecolare e libera il gruppo amminico della glicina come NH 3 o come NH 4 +. Degradazione degli amminoacidi a ACETILCOA Gli amminoacidi che vengono degradati a acetilcoa sono il triptofano, la lisina, la fenilalanina, la tirosina, la isoleucina e la leucina. - Il triptofano, attraverso varie reazioni, viene trasformato in alanina che produce piruvato. I quattro carboni in rosa entrano a far parte dell αchetoadipato (intermedio in cui vengono trasformati anche 4 atomi di lisina) che poi viene ossidato a glutarilcoa che viene decarbossilato acetilcoa. - La fenilalanina deve essere essere convertita in tirosina. Servono molte reazioni per rompere l anello aromatico, una struttura particolarmente stabile. Quasi tutti gli enzimi coinvolti nella degradazione della fenilalanina sono ritrovati mutati in una serie di reazioni metaboliche importanti: fenilchetunuria, tirosinemia I, II, III e alcaptonuria. 1. La fenilalanina viene degradata e la tirosina viene sintetizzata: la fenilalanina viene convertita in tirosina tramite l enzima fenilalanina idrossilasi che deve ricorrere a due coenzimi, il NADH e la tetraidrobiopterina. La tetraidrbiopterina ha la funzione di raccogliere gli equivalenti riducenti dal NADH e cederli alla fenilalanina idrossilasi che inserisce un ossigeno nell anello della tirosina e un ossigeno invece è usato per diventare acqua. 2. La tirosina viene deaminata da una tirosina amminotransferasi e il gruppo amminico della tirosina viene passato sul glutammato. Il composto ottenuto è il p-idrossifenilpiruvato. 3. Avviene dunque una deidrogenazione: usando ossigeno molecolare si introduce un secondo gruppo ossidrilico sull anello aromatico. Il gruppo carbossilico viene eliminato sotto forma di CO 2 e contemporaneamente il carbonio chetonico viene ossidato a gruppo carbossilico. La molecola ottenuta è l omogentisato 92

7 4. L omogentisato è substrato di un altra diossigenasi che permette l apertura dell anello aromatico. Si ottiene il maleilacetoacetato. Questo composto ha un doppio legame cis che deve diventare trans attraverso le isomerasi. 5. Si ottiene il fumaril acetoacetato. Una liasi, il fumaril acetoacetasi, rompe il Krebs, mentre l acetoacetato diventerà acetoacetilcoa. - La leucina: può produrre acetoacetato che diventa poi acetoacetil-coa e poi acetil-coa o può produrre direttamente acetilcoa. - L isoleucina: produce acetil-coa e propionil-coa. 93

8 Degradazione degli amminoacidi a αchetoglutarato Gli amminoacidi che vengono degradati a αchetoglutarato sono l arginina, l istidina, il glutammato, la glutammina. - L arginina: nel fegato essa sfrutta l enzima del circolo dell urea, l arginasi. Quando è in eccesso per il ciclo dell urea viene degradata. Il primo passaggio della degradazione dell ornitina è la rimozione del gruppo amminico in posizione δ. L enzima δ ammino transferasi usa l αchetoglutarato come accettore e genera glutammato. Il carbonio 5 viene ossidato e diventa aldeide. Si è formato così la glutammato γ-semialdeide. Questo prodotto viene ossidato a glutammato dalla glutammato demialdeide deidrogenasi con l impiego di NADP o NAD. - La prolina: tramite due reazioni giunge all intermedio glutammato γ-semialdeide. - L istidina: attraverso quattro reazioni giunge a glutammato. Nella prima viene rimosso il gruppo -NH 2, nella seconda e nella terza vengono aggiunte due molecole di acqua, nella quarta viene trasferito il gruppo formimminico sul tetraidrossifolato. - La glutammina: viene convertita in glutammato tramite l enzima glutaminasi. - Il glutammato: viene convertito in αchetoglutarato dall enzima glutammato deidrogenasi. a 94

9 Degradazione degli amminoacidi a SUCCINILCOA Gli amminoacidi che vengono degradati a succinilcoa sono la metionina, treonina, valina e isoleucina. Degradazione degli amminoacidi a catena ramificata Gli amminoacidi a catena ramificata sono la valina, l isoleucina e la leucina. Essi sono principalmente metabolizzati nel fegato. Le vie extraepatiche sono diverse: l amminotransferasi specifica trasforma questi amminoacidi in αchetoacidi; la deidrogenasi insieme alla piruvato e alla αchetoglutarato deidrogenasi usa NAD, aggiunge CoA e decarbossila. Questo complesso usa i coenzimi TPP, lipoato e FAD. Mutazioni a carico di questa deidrogenasi: la sua assenza causa la mattia urine da sciroppo d acero. Tessuti extraepatici 70/71 95

10 Degradazione degli amminoacidi a OSSALACETATO Gli amminoacidi che vengono degradati a ossalacetato sono l asparagina e l aspartato. L asparagina viene trasformata in aspartato dalla asparaginasi. L aspartato poi viene trasformato in ossalacetato dall aspartato aminotranferasi. 96

11 BIOSINTESI DEI COMPOSTI AZOTATI Enzimi essenziali glutammina sintetasi e glutammina ammidotransferasi. I donatori di N sono la glutammato in reazioni amminotransferasiche e la glutammina in reazioni ammidotransferasiche. La glutammina sintetasi, enzima multimerico, si trova al centro delle vie di degradazioni degli amminoacidi e della via che porta alla sintesi di tuti i composti azotati. La quantità di glutammina presente deve essere regolata in modo da soddisfare tutte le esigenze dell organismo. Esistono due tipi di regolazione: - Allosterica: con ampia serie di composti che agiscono come modulatori regolativi sulla glutammina sintetasi. È additiva: se sono tutti presenti, l enzima è fermo, se ce ne sono uno o due l enzima risulta inibito e funziona più lentamente ma non è completamento spento. Regola in maniera fine la sintesi della glutammina. I regolatori allosterici sono alcuni amminoacidi come la glicina, l alanina, l istidina, il triptofano, l AMP e CTP, la glucosammina 6-fosfato (un glucosamminoglicani), il carbamoil fosfato. Il carbamoil fosfato è presente nella cellula in due pool: uno è il punto di partenza del ciclo dell urea, uno è il punto di partenza della sintesi delle pirimidine. 97

12 - Covalente: la glutammina sintetasi viene adenilato, ovvero viene aggiunto un AMP all enzima. Questa modificazione influirà sulla struttura tridimensionale dell enzima e quindi sulla sua attività. Anche l adenilazione deve essere regolata: l enzima viene inattivato da un adenilazione, viene poi attivato tramite una deanilazione. Questo processo viene catalizzato dall adenil transferasi (AT), che esiste in associazione con una proteina P II. A sua volta P II può presentare uno stato senza modificazione covalente e quando il complesso AT- P II è formato promuove l adenilazione dell enzima bersaglio. Nella cellula il complesso AT- P II può venir uridilato, ovvero P II può essere coniugato con UMP. Quando il complesso è uridilato, l enzima rimuove l adenilazione della glutammina sintetasi. Esiste un enzima, l uridiltransferasi, che è responsabile della uridilazione di P II. Se l uridil transfersi è attivo si ha l adenilazione della proteina, se è inattivo non funziona. L uridil transferasi è inibita da fosfato inorganico e glutammina, che sono i prodotti finali della sintesi della glutammina. L uridilazione è invece attivata dai precursori dell intero processo, ovvero ATP e αchetoglutarato (precursore a monte della sintesi del glutammato). Noi non possiamo conservare forme di composti azotati. 6/ 98

13 Meccanismo catalitico La glutammina cede il suo azoto ammidico durante le reazioni attraverso le glutammina ammidotransferasi. Esse si differenziano in base alla specificità per il substrato. La glutammina cede il gruppo NH 2 che viene liberato sotto forma di NH 3 e quando viene accettato dai donatori può essere accettato sia come gruppo amminico che come gruppo imminico o ammidico. Il primo domino catalitico è il sito di legame per la glutammina, il secondo dominio è specifico per il tipo di substrato che accetterà il gruppo amminico della glutammina. Le due porzioni del sito attivo sono legate da un canale per l ammoniaca. La seconda porzione è specifica per il substrato che accetterà l azoto. All interno del primo sito attivo (quello il cui si lega la glutammina), l amminoacido fondamentale è una cisteina che funziona con un meccanismo di catalisi covalente. Si forma un legame covalente tra il carbonio ammidico in γ della catena R e il tiolo fornito dalla cisteina. Si forma il legame e contemporaneamente grazie all ingresso di un protone esce ammoniaca. Sono entrati i donatori e l ammoniaca attraversa il canale e si sposta nella seconda parte del sito attivo dove avviene la reazione tra l ammoniaca e il substrato. Si formeranno le ammine o le immine. Abbiamo l ingresso dell acqua nel sito attivo che permette l idrolisi del legame tioestere liberando il glutammato. Dal sito attivo si libera il prodotto ottenuto. 99

14 Meccanismo d azione della famiglia delle glutammina ammidotransferasi 100

15 BIOSINTESI DEGLI AMMINOACIDI Dei 20 amminoacidi che servono per la sintesi proteica, l uomo ne sintetizza solamente 11. Gli altri sono detti essenziali e sono introdotti con l alimentazione: lisina, isoleucina, leucina, treonina, valina, triptofano, fenilalanina, metionina e istidina. A seconda delle condizioni fisiologiche dell organismo si possono aggiungere altri non essenziali. I carboni sono forniti da una serie di composti: il ribosio 5-fosfato fornisce istidina, il 3- fosfoglicerato fornisce i carboni per la serina che poi porta alla sintesi di glicina e cisteina, il 3- fosfoglicerato può diventare eritrosio 4-fosfato dal quale si ottengono gli scheletri per il triptofano, la fenilalanina e la tirosina. Il piruvato è usato per la sintesi di alanina, valina, leucina e isoleucina. L αchetoglutarato fornisce lo scheletro per il glutammato da cui si ottiene glutammina, prolina e arginina. L ossalacetato fornisce aspartato che dà asparagina, metionina, treonina e lisina. 101

16 Sintesi di serina Il 3-fosfoglierato viene ossidato dalla fosfoglicerato deidrogenasi, producendo un NADH, e si ottiene il 3 fosfoidrossipiruvato. Su questo αchetoacido una fosfoserina amminotransferasi trasferisce il gruppo amminico, preso dal glutammato, e si ottiene 3-fosfoserina. Per ottenere la serina bisogna defosforilare il 3-fosfoserina attraverso una fosfoserina fosfatasi. Sintesi di glicina La glicina si ottiene dalla serina tramite una serina idrossi metiltransferasi. La glicina si ottiene rimuovendo la catena laterale della serina trasferita al tetraidrofosfato in forma metilenica. Esiste anche una via alternativa per la sintesi della glicina che avviene nel fegato. Questa via parte dalla CO 2, dall NH 3 e dal gruppo metilenico formato dal tetraidrofolato. 102

17 Sintesi della cisteina La cisteina viene sintetizzata tramite due reazioni a partire dalla condensazione di omocisteina e serina. Dalla condensazione di queste due molecole si forma la cistationina, un omosolfuro. L enzima cistationina γ liasi porta avanti due reazioni: l idrolisi della cistationina, che rompe il legame tra zolfo e il carbonio dell omocisteina, e si ottiene la cisteina; viene eliminato il gruppo amminico liberato sotto forma di NH 4 + e si forma l αchetobutirrato. L omοcisteina proviene dall Αdomet. L αchetobutirrato può essere ossidato dalla βossidazione ed entrare nel ciclo di Krebs. L αchetoglutarato fornisce atomi di carbonio per sintetizzare il glutammato tramite transaminasi. Dal glutammato si può sintetizzare glutammina, prolina e arginina. Sintesi di prolina La prolina è un imminoacido. Per azione di una glutammato chinasi il glutammato viene fosforilato e si produce γ-glutamil fosfato. Esso viene deidrogenato da una glutammato deidrogenasi: viene ridotto il gruppo carbossilico, in posizione γ appena fosforilato, in un aldeide e il fosfato viene liberato come inorganico. Si forma la γ-semialdeide. Questo composto è molto instabile, reagisce subito e si forma la Δ 1 pirrolina-5-carbossilato con un doppio legame. Questa struttura viene ridotta a prolina tramite l enzima pirrolina carbossilato riduttasi. Può anche qui usare sia NADH che NADPH. 23/ 103

18 Sintesi di arginina Può essere sintetizzata partendo dalla glutammato γ semialdeide che può essere substrato dell enzima ornitina δ-amminotransferasi. Questo enzima recupera il gruppo amminico del glutammato e lo lega in posizione δ alla γ semialdeide ottenendo l ornitina. L ornitina porta alla sintesi di arginina attraverso il ciclo dell urea. Questa sintesi avverrà soprattutto nel fegato. L arginina può essere anche sintetizzata tramite uno scambio di intermedi tra cellule dell intestino e cellule dei tubuli renali: le cellule dell intestino usando ammoniaca libera, bicarbonato e ATP possono produrre carbamil fosfato che produce a sua volta la citrullina; oppure possono intraprendere la via metabolica che da glutammato produce ornitina e poi citrullina. La citrullina viene messa in circolo e recuperata dalle cellule dei tubuli renali che la trasformano ad arginina. Le cellule renali mancano di arginasi, quindi l arginina viene messa in circolo a disposizione degli altri tessuti o viene usata dal rene stesso. 104

19 L ossalacetato produce l aspartato che a sua volta dà origine ad altri amminoacidi quali la metionina, la lisina, la treonina e l asparagina. Nell uomo però l aspartato produce solamente l asparagina in quanto gli altri amminoacidi sono essenziali. Il piruvato dà origine all alanina, la valina, la leucina, la isoleucina. Nell uomo viene usato nell uomo solo per la sintesi di alanina. Sintesi di alanina L enzima alanina amminotransferasi partendo da glutammato e piruvato per ottenere alanina e αchetoglutarato. CH3 Alanina CH3 Piruvato 105

20 Sintesi di aspartato Si ottiene per transaminazione usando l aspartato amminotransferasi. Il gruppo NH 3 + è ceduto dal glutammato per fare aspartato e αchetoglutarato. Sintesi di asparagina Il gruppo amminico dell asparagina è donato dalla glutammina. L asparagina si ottiene dall aspartato tramite l asparaginasi sintetasi. Sintesi di tirosina La tirosina si ottiene dalla fenilalanina che viene introdotta con l alimentazione. La fenilalanina viene degradata a tirosina dalla fenilalanina idrossilasi che usa il tetraidropiobterina. COMPOSTI DERIVANTI DAGLI AMMINOACIDI Sintesi di creatina La creatina svolge un ruolo importante nell omeostasi del muscolo scheletrico. Può esistere nella sua forma fosforilata che conserva energia nel muscolo sotto forma di fosfocreatina. Per sintetizzare la creatina si parte dalla glicina e dall arginina. La glicina fornisce tutti i suoi acidi, l arginina fornisce solo l urea (gruppo guanidinico). Attraverso l amidinotransferasi si forma la guanidinoacetato in quanto l enzima prende l urea dall arginina e la lega al gruppo amminico della glicina. Introducendo un gruppo -CH 3 tramite metilazione con l enzima metiltransferasi si ottiene la creatina. Il gruppo metilico è fornito dall Sadenosil metionina. La creatina può essere fosforilata, a livello del substrato, dalla creatina chinasi e diventare fosfocreatina. Queste reazione è reversibile in base alla presenza maggiore di ATP o ADP. La creatina viene eliminata come creatinina e viene filtrata completamente a livello renale. 106

21 Sintesi di glutatione (γ glutamil cistinil glicina) La sintesi di glutatione avviene soprattutto nel globulo rosso. Il glutatione elimina i radicali dell ossigeno. Il glutatione è formato dalla γ-glutammato, dalla cisteina e dalla glicina. Si parte dal glutammato e tramite l enzima γ-glutammil cistein sintetasi si uniscono il glutammato e la cisteina. Il gruppo carbossilico in γ del glutammato si lega al gruppo amminico in α della cisteina (si forma un legame ammidico). Si ottiene così la γ-gluamil-cisteina. Su questo composto la glutatione sintetasi inserisce la glicina per formare il glutatione finale. Il legame peptidico si forma tra il gruppo carbossilico in α della cisteina e il gruppo amminico in α della glicina. Nelle cellule il glutatione partecipa al ciclo del γglutammile ed è utilizzato nel rene per il trasporto degli amminoacidi. Esiste la γ-glutamiltranspeptidasi, un enzima di membrana, che prende il glutatione sul lato citosolico e un amminoacido sul lato extracellulare e trasferisce il γ glutammile dal glutatione all amminoacido formando un γ-glutamil amminoacido e una cisteinilisina. La cisteinilisina si separa successivamente in cisteina e lisina; mentre il γ-glutamil amminoacido viene trasportato nella cellula tramite un trasportatore di amminoacidi. Quando l amminoacido arriva nella cellula, viene rimosso il γ-glutammile sotto forma di 5- idrossiprolina e viene riconvertito in glutammato che viene poi usato dalle cellule per risintetizzare il glutatione. Questo trasporto è importante a livello renale per trasportare gli amminoacidi. 107

22 BIOSINTESI AMMINE BIOATTIVE Le ammine bioattive sono ammine che hanno una funzione nel nostro organismo e sono la dopamina, la noradrenlaina, l adrenalina, il GABA, l istamina, la serotonina, la melatonina e l ossido nitrico. Sintesi di dopamina, norepinefrina e epinefrina La via metabolica che porta alla loro sintesi è unica. Sono sintetizzati in sequenza uno dopo l altro a partire dall amminoacido tirosina. 1. La tirosina viene idrossilata dall enzima tirosina idrossilasi, un ossigenasi mista che usa la tetraidrobiopterina e l ossigeno molecolare come coenzimi. Si aggiunge un gruppo ossidrilico sull anello aromatico e si ottiene la dopa. 2. La dopa viene decarbossilata tramite l enzima decarbossilasi, specifico per gli amminoacidi, aromatici e usa il piridossalfosfato (PLP) come coenzima. Si ottiene la dopamina con eliminazione di una CO 2. Una malattia degenerativa, come il morbo di Parkinson, è causato dalla diminuzione della dopa e della dopamina. 3. Avviene un altra idrossilazione grazie all enzima è β idrossilasi. Questo enzima è un ossigenasi a funzione mista che impiega l ascorbato e ossigeno molecolare come coenzimi. Viene inserito un gruppo -OH sul carbonio β. Si ottiene la norepinefrina o noradrenalina. 4. L ultima reazione che porta alla sintesi di epinefrina (o adrenalina) è una metilazione a livello del gruppo amminico attraverso l enzima feniletanolammina N-metiltransferasi. Il donatore del gruppo metilico è l S-adenosilmetionina. Queste due molecole sono prodotte e rilasciate dalla midollare del surrene. La norepinefrina è un neurotrasmettitore. 108

23 Sintesi di GABA (acido γ ammino butirrico) Viene prodotto dal glutammato che viene decarbossilato dall enzima glutammato decarbossilasi che usa PLP. Viene rimosso il gruppo carbossilico in α dell amminoacido. Sintesi di istamina Viene prodotta a partire dall istidina che viene decarbossilata dall enzima istidina decarbossilasi che impiega PLP come cofattore. Viene rimosso il gruppo carbossilico in α e si ottiene l istamina. L istamina è prodotta durante le reazioni allergiche. 109

24 Sintesi di serotonina e melatonina La serotonina è l ormone della felicità. La melatonina serve a regolare i ritmi circadiani (ciclo sonnoveglia). 1. L anello aromatico del triptofano viene idrossilato dalla triptofano idrossilasi che impiega come cofattori l ossigeno molecolare e la tetraidrobiopterina. Si ottiene il 5-idrossitriptofano. 2. Il 5-idrossi-triptofano viene decarbossilato da una decarbossilasi specifica per gli amminoacidi aromatici e si ottiene la serotina. 3. La serotina viene acetilata attraverso attraverso l acetilcoa formando N-acetilserotonina. 4. Il gruppo ossidrilico inserito precedentemente deve essere metilato. Il gruppo metilico è ceduto dalla S-adenosinmationina ad opera della S-adenosinmetionina transferasi. Si forma così la melatonina. 110

25 Sintesi di NO (ossido nitrico) L ossido nitrico è un ormone sintetizzato a partire dall arginina. Gli enzimi impiegati nella sua sintesi sono gli ossido nitrico sintasi. 1. Il gruppo NH 2 + dell arginina viene rimosso e il suo azoto darà origine all azoto del NO. Avviene l ossidazione dell azoto e del carbonio. Il donatore di equivalenti riducenti è il NADPH e l ossigeno molecolare è utilizzato per inserire atomi di ossigeno. 2. Si forma l idrossiarginina su cui agisce NADPH per formare citrullina e NO (ha un elettrone spaiato, è un radicale). Il NO entra per diffusione nelle cellule bersaglio. 111