PROTEINE E DIETA (PROTEINS AND HEALTH) Un saluto e un augurio di curiosità culturale sempre viva Dr. Stefano Gestri L.S. Niccolò Copernico Prato, 04-10-2014
TABLE OF CONTENTS Abstrac Introduction Proteins structure Proteins folding and misfolding Proteic sources Proteic intake and metabolism Any question? Proteins and diet Proteins and related diseases Amyloidoses Fighting against the amyloidoses Conclusions Bibliography (and more) Looking forward
ABSTRACT (I) Proteins are biopolymers obtained by the condensation of 20 different α-aminoacids In proteic molecules primary, secondary, tertiary and (sometimes) quaternary structures are present; sometimes misfolding processes led to tissue deposition of cytotossic amyloid fibrils, containing several layers of β-strands Dietary sources of high quality proteins are: egg, milk, meat, fish; in our body protein are idrolyzed and absorbed as aminoacids; aminoacidic metabolism include neoglucogenesis and formation of new tissue Proteins should produce the 12% of the energy that our body needs; indeed we introduce too much proteins, and several kidney diseases can derive from this
ABSTRACT (II) Amyloidosis encompasses a large group of diseases characterized by tissue deposition of proteins generally assembled in antiparallel β-strands Over 20 human proteic molecules, intact or fragmented, have resulted amyloidogenic in vivo,, and connected with disorders such as Alzheimer s, Parkinson s and type II diabetes diseases Polyphenols are nutraceuticals widely diffused in the human diet, and used in the phytopharmaceutical industry for their antioxidant properties Some of them are described as efficient in vitro inhibitors of amyloid fibril formation
FIRST OF ALL Se un cibo è buono, allora fa male alla salute (corollario della legge di Murphy, Edward)
INTRODUCTION Si conoscono circa 60 patologie da deficit degli enzimi del metabolismo di un aminoacido Negli Stati Uniti, nel periodo compreso fra il 1999 e il 2004, la malattia renale cronica ha colpito il 13% della popolazione Morbo di Alzheimer: a livello mondiale entro il 2050 ne sarà affetta 1 persona su 85
PROTEINS STRUCTURE (I) Proteine: polimeri derivanti dalla policondensazione (tramite legame peptidico) di decine (MM > 5000) di 20 differenti α- aminoacidi Struttura primaria: sequenza aminoacidica (Sanger con dinitrofluorobenzene e insulina, 1953) Struttura secondaria: α-eliche, foglietti β, random coil ; stabilizzati da legami a idrogeno; cambi in presenza di prolina Struttura terziaria: stabilizzata da ponti disolfuro fra cisteine Struttura quaternaria: stabilizzata da forze di Van der Waals; effetto cooperativo
PROTEINS STRUCTURE (II) Domini α e β; loop destrutturati Proteine fibrose e globulari Proteine semplici e coniugate Funzioni strutturali, di riserva, di trasporto, di regolazione, enzimatiche, contrattili, di protezione
PROTEINS FOLDING AND MISFOLDING (I) Sintesi proteica: nei ribosomi Folding cotraduzionale o (cellula eucariota) dal reticolo endoplasmatico all apparato di Golgi Processo guidato dalle proteine chaperonine Misfolding o aggregazione Aggregazione amiloide delle proteine: deposizione tissutale di strutture proteiche supramolecolari (organizzate in foglietti β) che si evolve fino alla formazione di fibrille, il cui asse risulta perpendicolare ai filamenti β, paralleli o antiparalleli
PROTEINS FOLDING AND MISFOLDING (II) Protofibrille: perline in catene o anelli; 2-5 nm di diametro; costituite da 2-6 monomeri proteici Protofilamenti: 2-6 superavvolti in ogni fibrilla; 2-5 nm di diametro; costituiti dall impilamento di uno o più strand Fibrille: 7-13 nm di diametro; lunghezza micrometrica Gli aggregati solubili ( inclusioni cellulari, fino alle protofibrille) sono assai citotossici (forse scompaginano i 3-8 mm di fosfolipidi membranali, con ingresso di calcio e apoptosi) Sono citotossiche anche le fibrille mature (per lo più per strutture extracellulari)
PROTEIC SOURCES Alimento animale più ricco in proteine: carne bianca Alimento vegetale più ricco in proteine: soia Proteine nobili (con proporzioni aminoacidiche ottimali): nelle uova, nel latte, nel pesce, nella carne... Aminoacidi essenziali: leucina, isoleucina, valina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano e lisina; istidina nell infante
PROTEIC INTAKE A livello gastrico la pepsina (endopeptidasi attiva a ph 2) idrolizza le proteine in peptoni A livello del duodeno agiscono tripsina, chimotripsina (per aminoacidi aromatici) ed elastasi (endopeptidasi) e carbossipeptidasi (esopeptidasi) A e B (per aminoacidi basici) del succo pancreatico Nel succo enterico vi è l erepsina (aminopeptidasi) L assorbimento degli aminoacidi avviene per trasporto attivo tramite la γ- glutammiltranspeptidasi
PROTEIC METABOLISM Prevalentemente in fegato e rene Deaminazione ossidativa tramite la glutammicodeidrogenasi (GDH) Transaminazioni, tramite ad esempio glutammico-ossalacetico ossalacetico transaminasi (GOT) e glutammico-piruvico transaminasi (GPT) Trasformazione dell ammonio in urea nel ciclo dell urea Aminoacidi glucogenici (neoglucogenesi) e chetogenici Sintesi proteica (nei ribosomi)
TO BE CONTINUED
PROTEINS AND DIET (I) 1 g di azoto urinario = 6,25 g di proteine Apporti energetici: proteine 4 kcal/g; glicidi 3,7; lipidi 9 (vatutati con bomba calorimetrica di Berthelot; correzioni per l azoto ureico) Per valutare il fabbisogno energetico si usa la calorimetria diretta (calorimetro di Atwater- Rose-Benedict) o indiretta (termochimica alimentare o respiratoria - con sacco di Douglas e quoziente respiratorio) Donne: metabolismo basale (MB) inferiore del 10-20% a quello dell uomo
PROTEINS AND DIET (II) MB: 1400 kcal/die nel maschio medio (1,71 m e 65 kg) MB massimo a 1 anno; fra i 35 e i 55 anni diminuisce del 5% ogni decade Fabbisogno energetico giornaliero: 8 h di sonno (MB leggermente diminuito) + 8 di vita di relazione (MB + 30-35%) 35%) + 8 h di lavoro + 10%, per l azione dinamico-specifica (ADS), dovuta soprattutto al metabolismo proteico Fabbisogno energetico: 10-15% 15% soddisfatto da proteine (di cui 1/3 animali), 20-30% da lipidi
PROTEINS AND RELATED DISEASES Nelle diete occidentali le proteine forniscono anche il 17% delle fabbisogno energetico Nel settore del fitness, che fa ampio uso di aminoacidi ramificati, e nelle diete dimagranti lo squilibrio è ancora maggiore (malnutrizione primaria per eccesso) Conseguenze a medio e lungo termine sono la malattia renale cronica e l'insufficienza renale, che ne rappresenta l'evoluzione Si va verso la dialisi
AGGREGATING PROTEINS AND RELATED DISEASES Amiloidosi umane (oltre 40): neurodegenerative localizzate non-neuropaticheneuropatiche sistemiche non-neuropaticheneuropatiche I polifenoli sembrano inibire in vitro la formazione di fibrille amiloidi o destabilizzare le stesse Principali fonti alimentari: frutta e succhi di frutta, ortaggi, tè, cioccolata, vino rosso I polifenoli sono usati da tempo come antiossidanti per preparati farmaceutici e alimentari Sono dei promettenti nutraceutici
POLYPHENOLS: CLASSIFICATION Acidi fenolici Oltre 8000 in natura; metaboliti secondari di piante, spesso con funzione difensiva Classificazione chimica di J. B. Harborne Oltre 4000 flavonoidi (pigmenti dei fiori), talora glicosilati Oltre 200 antocianine (flavonoidi rosso-violetti)
SOME REFERENCES Ricciotti G - Fondamenti di biochimica - Italo Bovolenta Biffoli R - Nozioni di chimica degli alimenti - Uncini Pierucci Cappelli P, Vannucchi V - Complementi di scienza dell alimentazione - Zanichelli Liguri G - Argomenti di dietetica e prodotti dietetici - Edizioni scuola universitaria Firenze Goodman Gilman A, Goodman L S, Gilman A - Le basi farmacologiche della terapia - Editoriale Grasso Chiti F and Dobson CM, 2006.. "Protein misfolding, functional amyloid, and human disease". Annu. Rev. Biochem. 75(75): 333-66 Rivière C,, Richard T, Vitrac X, Mérillon JM, Valls J and Monti JP, 2008.. "New polyphenols active on beta-amyloid amyloid aggregation". Bioorg. Med. Chem. Lett. 18(2): 828-31 Stefani M and Dobson CM, 2003.. "Protein aggregation and aggregate toxicity: new insights into protein folding, misfolding diseases and biological evolution". J. Mol. Med. 81(11): 678-99
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