Alle proteine è legato il concetto di principio elementare plastico per eccellenza Ruolo svolto dalle proteine:

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1 Alle proteine è legato il concetto di principio elementare plastico per eccellenza Ruolo svolto dalle proteine: 1. Componenti strutturali essenziali 2. Enzimi 3. Ormoni 4. Proteine plasmatiche 5. Trasporto di sostanze nel sangue In genere l apporto proteico (in termini amminoacidici) è superiore alle esigenze biosintetiche. Il surplus viene utilizzato come fonte di energia. Tutte le proteine corporee sono soggette a turnover metabolico Digestione delle proteine della dieta Biosintesi di amminoacidi non essenziali Catabolismo delle proteine endogene Pool degli amminoacidi Sintesi proteica Sintesi di altri composti azotati Metabolismo energetico e sintesi di glucidi e lipidi

2 amminoacidi essenziali per l uomo Arginina Metionina Istidina Fenilalanina Isoleucina Treonina Leucina Triptofano Lisina Valina

3 Gli amminoacidi essenziali debbono essere introdotti attraverso le proteine della dieta poichè le cellule di mammifero non contengono gli enzimi necessari alla sintesi dei corrispondenti scheletri carboniosi. Essi includono: Isoleucina, Leucina, Valina, Lisina, Treonina, Triptofano, Fenilalanina (la Tirosina si può sintetizzare dalla fenilalanina), Metionina (la Cisteina può derivare dalla metionina). L istidina è essenziale per i neonati.

4 BILANCIO AZOTATO = N (introdotto) N (escreto) Il Bilancio azotato è positivo: N (introdotto) > N (escreto) CONDIZIONE DI CRESCITA Il Bilancio azotato è negativo: N (introdotto) < N (escreto) CONDIZIONE DI DIGIUNO, MALNUTRIZIONE O INGESTIONE DI PROTEINE A BASSO VALORE BIOLOGICO IL BILANCIO AZOTATO NELL ADULTO SANO E IN EQUILIBRIO

5 VALORE BIOLOGICO DELLE PROTEINE (VB) = N(trattenuto)/N(assunto) V B di alcune proteine: 1. Latte umano Uovo intero Latte vaccino Grano intero Mais 36 CONTENUTO ENERGETICO DETERMINATO CON LA BOMBA CALORIMETRICA: 1. Proteine 4 Kcal/g 2. Lipidi 9 Kcal/g 3. Glucidi 4 Kcal/g 4. Etanolo 7 Kcal/g ATP Per le biosintesi Per la genesi dell impulso nervoso Per i trasporti attivi Per la contrazione muscolare

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7 PEPTIDASI GASTRICHE E PANCREATICHE

8 PROTEASI: ENDOPEPTIDASI e ESOPEPTIDASI AMMINOPEPTIDASI CARBOSSIPEPTIDASI A LIVELLO GASTRICO AGISCE LA PEPSINA SECRETA COME PEPSINOGENO, dietro stimolo della GASTRINA PEPSINOGENO PEPSINA + 42 a.acidi della estremità amminico terminale AUTOCATALISI 1. Il valore di ph ottimale della pepsina è di circa 2 2. La pepsina agisce a livello di residui di Phe e Tyr 3. I frammenti prodotti dalla pepsina agiscono come stimolanti della liberazione di COLECISTOCHININA nel duodeno

9 SECREZIONE DI HCl DA PARTE DELLE CELLULE PARIETALI DELLE GHIANDOLE GASTRICHE CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 -

10 SECREZIONE ED ATTIVAZIONE DI ENZIMI PANCREATICI Polipeptidi Oligopeptidi A. Acidi CELLULE ENDOCRINE INTESTINALI CCK, Secretina CCK CELLULE ACINOSE DEL PANCREAS CELLULE EPITELIALI DELLA MUCOSA INTESTINALE TRIPSINOGENO CHIMOTRIPSINOGENO PROELASTASI PROCARBOSSIPEPTIDASI TRIPSINA CHIMOTRIPSINA ELASTASI CARBOSSIPEPTIDASI

11 AGENTI SECRETOGOGHI FISIOLOGICI ORGANO SECREZIONE SECRETOGOGO Ghiandole salivari NaCl, Amilasi Acetilcolina Stomaco HCl, Pepsinogeno Acetilcolina Istamina Gastrina Pancreas NaCl, Enzimi Acetilcolina Colecistochinina Secretina NaHCO 3, NaCl Secretina

12 Regolazione della secrezione da parte delle cellule esocrine del pancreas LUME Secrezione Ca 2+ Ca 2+ ER Inositolo-1,4,5-trifosfato AMP ciclico DG PI-4,5P 2 Adenilico ciclasi Colecistochinina Acetilcolina Secretina

13 PROCESSO DIGESTIVO DELLE PROTEINE NEL LUME INTESTINALE

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15 Trasporto attivo di amminoacidi attraverso la membrana plasmatica R CHCOOH NH 2 Amminoacido Membrana cellulare g-glutammil transpeptidasi cellula CH 2 SH CO R NHCHCOOH CH 2 SH HN 2 CHCO NHCH 2 COOH CO NHCHCO (CH 2 ) 2 NHCH 2 COOH Glutatione g-glutammilamminoacido (CH 2 ) 2 CHNH 2 Cistenil glicina CHNH 2 COOH COOH Glicina+ Cisteina R CHCOOH NH 2 Acido glutammico

16 LE REAZIONI DI TRANSAMINAZIONE PLP

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18 ESEMPIO DI REAZIONE DI TRANSAMINAZIONE Le Transaminasi (amminotransferasi) catalizzano il trasferimento reversibile di un ammino gruppo fra due alfa-chetoacidi. GPT ALT GOT AST

19 IL PIRIDOSSALFOSFATO E IL COENZIMA DELLE TRANSAMINASI A riposo, il gruppo aldeidico del PLP forma una base di Schiff con l ammino gruppo di un residuo di lisina dell enzima. In attività il gruppo aldeidico del PLP forma una base di Shiff con il gruppo NH 2 dell amminoacido.

20 L amminoacido legato viene liberato come -cheto acido. Il gruppo amminico resta legato a formare piridossammina fosfato (PMP). Nella fase successiva del processo il PMP reagisce con un altro chetoacido per formare un nuovo amminoacido

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22 Tutti gli amminoacidi, esclusi prolina, lisina e treonina sono suscettibili di transaminazione

23 α-chetoacidi che partecipano alla reazione di transaminazione in qualità di accettori del gruppo amminico sono: α-chetoglutarato, piruvato, ossalacetato

24 Ruolo delle transaminasi: 1. Operare la interconversione degli amminoacidi (riequilibrio dei gruppi amminici fra i cheto acidi) 2. Favorire l utlizzazione energetica degli amminoacidi (in eccesso) della dieta, incanalando i gruppi amminici verso la sintesi di amminoacidi che possono subire deaminazione (essenzialmente l acido glutammico).

25 Scarsa affinità delle transaminasi: 1-50 mm Per quale motivo?

26 Molti ammino acidi transaminano sull -chetoglutarico per formare un chetoacido e l acido glutammico. Quest ultimo può subire la deaminazione ossidativa e formare acido α-cheto glutarico, oppure transaminare sull acido ossalacetico per formare acido aspartico

27 L enzima Glutammato Deidrogenasi catalizza la reazione che rimuove il gruppo amminico dell amminoacido (Deaminazione ossidativa). L enzima può utilizzare sia NAD + che NADP + come accettore di elettroni. Nel processo, alla ossidazione del carbonio dell acido glutammico segue l idrolisi e rilascio di ammoniaca.

28 GDH: Glutammato deidrogenasi (deaminazione ossidativa) alfa-immino glutammato

29 REAZIONE CATALIZZATA DALLA GLUTAMMATO DEIDROGENASI

30 La glutammato deidrogenasi, in questo caso NADPH dipendente, può essere utilizzata per la sintesi di glutammato e quindi per la sintesi degli a.acidi non essenziali (amminazione riduttiva)

31 Lo scheletro carbonioso degli amminoacidi deaminati può subire un processo catabolico per la produzione di energia o può essere indirizzato verso la sintesi di glucosio (a.acidi glucogenetici) o verso la sintesi di acidi grassi (lipogenetici).

32 On the right is summarized the role of transaminases in funneling amino N to glutamate, which is deaminated via Glutamate Dehydrogenase producing NH 4+. Il PROCESSO COMPLESSIVO DI TRANSAMINAZIONE E DEAMINAZIONE OSSIDATIVA VIENE CHIAMATO TRANSDEAMINAZIONE

33 L accoppiamento della transaminazione con la deamminazione ossidativa del glutammato costituisce il processo di transdeaminazione

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35 Altri pathways catabolici, chiamati di deaminazione non ossidativa, sono a carico di serina e cisteina. Serina: Acido piruvico + ammoniaca La serina deidratasi è una liasi ed ha come coenzima il PLP che forma con l amminoacido la base di Schiff

36 IL CICLO DELL UREA Nell Uomo il catabolismo dei gruppi amminici degli a. acidi porta alla formazione di UREA. L urea è meno tossica dell ammoniaca. I due gruppi amminici dell urea provengono dall ammoniaca libera, prodotta essenzialmente attraverso la reazione della Glutammico Deidrogenasi, e dal gruppo amminico derivante dall acido aspartico Il ciclo dell UREA ha luogo nel fegato

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38 La Carbamilfosfato sintasi è attivata allostericamente da N-acetilglutammato. Questo derivato del glutammato si sintetizza da acetil-coa e glutammato quando la [glutammato] e quella di [arginina] sono elevate, segnalando la presenza di un eccesso di ammino acidi liberi (eccessivo catabolismo proteico o abbondanti proteine della dieta).

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41 1 reazione: Sintesi della CITRULLINA (matrice mitocondriale) ornitina transcarbamilasi Amino acido basico NON proteico derivante da arginina

42 2 reazione: Sintesi dell ARGININOSUCCINATO argininsuccinato sintetasi (GOT)

43 3 reazione: SCISSIONE dell ARGININSUCCINATO argininosuccinato liasi Ciclo urea malato aspartato transaminazione ossalacetato malato

44 4 reazione: SCISSIONE dell ARGININA in ORNITINA e UREA UREA ARGINASI = enzima esclusivamente epatico solo il fegato può liberare UREA

45 LE SINGOLE TAPPE DEL CICLO 1: ornitina transcarba milasi 2: argininsucci nato sintasi + H 2 O 3: argininsuccinasi 4: arginasi

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47 Un sistema di trasporto ornitina/citrullina, localizzato nella membrana mitocondriale interna, facilita il flusso transmembrana di citrullina e ornitina.

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49 Biosintesi Nucleotidi Purinici Collegamenti tra CICLO dell UREA e CICLO di KREBS

50 Organicazione dell NH 3 nei tessuti extraepatici A causa della sua tossicità, l ammoniaca che si forma nei tessuti extraepatici deve essere organicata prima di raggiungere il fegato ed essere trasformata in urea. SISTEMI DI ORGANICAZIONE: Sintesi di acido glutammico mediante la GDH (rischio di depauperamento di acido alfa-chetoglutarico, specialmente nel cervello ) Sintesi di Glutammina attraverso la Glutammina sintetasi: Acido glutammico + ATP + ammoniaca = Glutammina + ADP La glutammina attraverso il circolo ematico raggiunge il fegato e tramite la glutammina idrolasi rilascia ammoniaca Nel muscolo, sintesi di alanina da acido piruvico, attraverso la reazione di transaminazione, trasporto al fegato e transaminazione sull acido alfa-cheto glutarico

51 Due modi per trasportare l NH 3 dai tessuti periferici al fegato: tramite la GLUTAMMINA e l ALANINA Tessuti extra-epatici (anche muscolo) SANGUE Muscolo FEGATO Ciclo UREA

52 Sintesi della glutammina mediante la glutammina sintetasi

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57 Circolo muscolo-fegato nel trasporto dell ammoniaca

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59 La deficienza ereditaria di uno qualsiasi degli enzimi del ciclo dell urea produce iperammonemia- elevata [NH 3 ] nel sangue. La mancanza totale degli enzimi del ciclo dell urea è letale. Una concentrazione elevata di NH 3 è molto tossica, specialmente per il cervello. Il neonato non trattato immediatamente può subire gravi lesioni cerebrali. Alte concentrazioni di NH 3 favoriscono l attività della Glutammina sintasi : glutammato + ATP + NH 3 = glutammina + ADP + Pi, determinando l abbassamento della [glutammato], precursore del GABA. Inoltre, la deplezione di glutammato e l elevata [NH 3 ] favoriscono la reazione inversa della glutammato deidrogenasi, con deplezione dell alfa-chetoglutarato, un importante intermedio del ciclo di Krebs.

60 Connessioni del ciclo dell Urea con il ciclo di Krebs Il ciclo di Krebs è localizzato esclusivamente nel mitocondrio. Comunque alcuni enzimi del ciclo sono coinvolti nella rigenerazione dell aspartato dal fumarato. Il fumarato (prodotto dal clivaggio dell argininsuccinato) è convertito in ossalacetato via ciclo di Krebs (Fumarasi e Malato Deidrogenasi). L ossalacetato è convertito ad aspartato via transaminazione da gutammato. L aspartato rientra quindi nel ciclo dell Urea trasportando un gruppo amminico derivante da un altro amminoacido.