Metabolismo degli aminoacidi Quando gli aminoacidi provenienti dalla digestione gastrica e intestinale, non vengono utilizzati per la costruzione di nuove proteine vengono demoliti Transaminazione Per transaminazione si intende staccare il gruppo amminico dall aminoacido che dovrà, come sempre avere un accettore Se gli aminoacidi non vengono utilizzati per formare proteine il loro gruppo amminico deve essere rimosso dallo scheletro carbonioso. L interconversione degli aminoacidi in chetoacidi rappresenta un tipo di reazione molto importante nel metabolismo. Queste reazioni sono catalizzate da enzimi citoplasmatici o mitocondriali chiamati transaminasi o aminotransferasi. La reazione è rappresentata in prima figura Il gruppo prostetico delle transaminasi è il piridossalfosfato, la forma coenzimatica della vitamina B6 Reazione di transamminazione Durante la reazione di transaminazione si ha una deamminazione dell alfaamminoacido e amminazione dell alfa-chetoglutarato. Il piridossalfosfato (PLP) è il cofattore dell amminotransferasi. Glutammato deidrogenasi Il chetoacido accettore del gruppo amminico è molto spesso l alfachetoglutarato e quindi l aminoacido che si produce è il glutammato. La reazione che permette di riottenere alfa-chetoglutarato dal glutammato è catalizzata dall enzima glutammato deidrogenasi. La glutammato deidrogenasi è un enzima marker della matrice mitocondriale. La glutammato deidrogenasi è inibito dal GTP ed attivato dall ADP e Ammoniaca.
La glutammina è un ottimo trasportatore di ammoniaca attraverso il sangue L ammoniaca può : 1. Portare alla formazione dell urea nel fegato Essere trasportata sotto forma di glutammina da diversi tessuti. In particolare è trasportata dal cervello al fegato per la formazione dell urea 2. Essere trasportata attraverso il ciclo glucosio-alanina nel muscolo.fig. 3. Nei pesci, la glutamminasi è presente nelle branchie. Attraverso queste viene escreta, direttamente nell acqua, NH4+. Metabolismo degli aminoacidi proteici I venti aminoacidi sono degradati e formano: o Intermedi del ciclo di Krebs (alfachetoglutarato, succinil-coa, fumarato ed ossalacetato) o Acetoacetato, acetilcoa e piruvato Gli aminoacidi possono essere utilizzati per la sintesi di glucosio e sono detti glucogenici. Leucina e lisina non possono dare glucosio ma corpi chetonici, pertato sono definiti chetogenici. Triptofano, fenilalanina, tirosina ed isoleucina sono sia chetogenici che glucogenici. Uno schema generale della connessione del metabolismo aminoacidico con il ciclo di Krebs.
Ingresso degli amminoacidi nel ciclo di Krebs In figura sono indicate le principali vie cataboliche degli amminoacidi. Vie cataboliche degli aminoacidi Alanina, triptofano, cisteina, serina, glicina e treonina sono degradati ad acetil-coa. Lo scheletro carbonioso di prolina, glutammato, glutammina, arginina ed istidina entra nel ciclo dell acido citrico attraverso l alfachetoglutarato. Metionina, isoleucina, treonina e valina sono degradati in vie cataboliche che producono succinil-coa. Asparagina e aspartato entrano nel ciclo dell acido citrico come ossalacetato.
Errori congeniti del metabolismo Sono stati identificati nell uomo molti difetti genetici a carico del metabolismo degli aminoacidi. La maggior parte di questi difetti porta all accumulo di specifici intermedi che a sua volta determina uno sviluppo nervoso difettoso e ritardo mentale. La tabella riporta i principali difetti del metabolismo degli aminoacidi. Eliminazione dell azoto E possibile classificare le specie animali in base al prodotto di escrezione attraverso cui eliminano l azoto: o Gli animali amminiotelici eliminano l azoto sotto forma di ammoniaca o Gli animali ureotelici eliminano l azoto sotto forma di urea o Gli animali uricotelici eliminano l azoto sotto forma di acido urico Le piante riciclano i gruppi amminici senza alcun tipo di escrezione. Ciclo dell urea Nell uomo l ammoniaca è tossica anche a concentrazioni piuttosto modeste. Essa viene incorporata nell urea, così da essere eliminata senza danni. Il ciclo dell urea è stata la prima via metabolica di cui è stata riconosciuta la natura ciclica. Il ciclo dell urea si ha soltanto nel fegato. Questa via ciclica utilizza due compartimenti cellulari: inizia nel mitocondrio e prosegue per tre tappe nel citoplasma.
Reazioni che riforniscono il ciclo dell urea di gruppi amminici Il ciclo dell urea inizia all interno dei mitocondri degli epatociti. Tre tappe del ciclo avvengono nel citosol. Reazioni del ciclo dell urea L inizio del ciclo è rappresentato dalla reazione catalizzata dall ornitina transcarbamilasi. Il prodotto della prima reazione, la citrullina, esce dal mitocondrio in scambio con l ornitina che entra e dà luogo alla seconda reazione catalizzata dall arginosuccinato sintetasi. La terza reazione porta alla formazione del fumarato e dell arginina ed è catalizzata dall arginosuccinato liasi. La quarta reazione della via ciclica prevede l idrolisi dell arginina ad urea e ornitina ed è catalizzata dall arginasi. Costo energetico del ciclo dell urea La reazione complessiva del ciclo dell urea è la seguente: o NH4 + + HCO - 3 + 4ATP + H 2 O UREA + 4ADP + 4P i In realtà il costo della sintesi di una molecola di urea è inferiore perché dalla reazione della malato deidrogenasi a ossalacetato si forma un NADH che produce 3 ATP nella fosforilazione ossidativa.