17 Catabolismo aminoacidi - unipi.it
Transcript of 17 Catabolismo aminoacidi - unipi.it
1
CATABOLISMO AMMINOACIDICATABOLISMO AMMINOACIDI
2
Catabolismo aminoacidi
Digestione di proteone dalla dieta
Turnover delle proteine
Digiuno prolungato
3
Digestione delle proteine dalla dieta
L’organismo ricava la maggior parte degli aminoacidi di cui ha bisogno dalle proteine alimentari;
Per essere utilizzati questi aminoacidi le proteine devono essere “digerite” cioèidrolizzate negli aminoacidi costituenti;
Meno di 1/10 delle proteine ingerite con una dieta equilibrata viene eliminata senza essere stata “digerita”
4
Aminoacidi essenziali e non
per la sintesi proteica sono necessari tutti e 20 gli aminoacidi naturali;
alcuni aminoacidi sono definiti essenziali perchénon possono essere sintetizzati e sono introdotti con la dieta;
La fenilalanina ènecessaria per la sintesi di ormoni tiroidei e dell’adrenalina
5
Cosa succede se mancano aminoacidi essenziali?
l’organismo è costretto a demolire alcune sue proteine;
Durante il digiuno prolungato il fegato può arrivare a perdere il 50% delle proprie proteine, il muscolo scheletrico il 30% il cuore solo il 3%;
Cioè fegato e muscolo scheletrico possono servire da “riserva” di aminoacidi.
6
Stomaco
Intestino
7
Proteine introdotte con la dietaProteine introdotte con la dieta
Enzimi proteolitici:
Proteasi gastriche Pepsina
Proteasi pancreatiche Tripsina Chimotripsina
8
9
Zimogeni e Zimogeni e proteasiproteasi
10
Degradazione proteine da dieta: proteasigastrichePepsina•L’attacco enzimatico inizia nella cavità dello stomaco;
•pH ottimale ~ 2;
•Secreto dalle cellule della mucosa gastrica come pepsinogeno (zimogeno);
•L’attivazione avviene spontaneamente a pH =2 realizzato con la secrezione di HCl
11
Pepsina• non particolarmente specifica;
•Idrolizza preferenzialmente i i legami peptidici con il gruppo carbossilico di aminoacidi aromatici (fenilalanina, triptofano, tirosina)
HCl•Attiva la pepsina;
•Svolge azione battericida;
•Denatura le proteine
12
Proteasi pancreaticheTripsina• Endopeptidasi (pH 7-8);
•Idrolizza legami peptidici con il gruppo carbossilico di aminoacidi basici quali arginina e lisina;
•E’ particolarmente attiva sui prodotti di degradazione della pepsina;
•E’ sintetizzata come zimogeno (tripsinogeno) ed attivata da una enteropeptidasi (enzima prodotto dalla mucosa intestinale.
13
Peptidasi intestinali•Enzimi endocellulari;
•Aminopeptidasi staccano gli aminoacidi N-terminali;
•Dipeptidasi rompono i dipeptidi che resistono alle aminopeptidasi;
14
Assorbimento intestinale degli aminoacidi
Gli aminoacidi così formati sono assorbiti dall’intestino mediante trasporto attivo.
Specifici trasportatori fannoentrare gli aminoacidi insieme a ioni Na+ con idrolisi di ATP.
15
Turnover delle Turnover delle proteineproteine
16
Regola dellRegola dell’’NN--terminaleterminale
E1 Enzima di attivazione dell’ubiquitina
E2
Enzima di coniugazione dell’ubiquitina
E3 Ubiquitina-proteina ligasi
17
ATP
E1
Ubiquitina
+
++
E2
+
E3
+
Target
18
3 enzimi sono necessari per il tag di una proteina con l’ubiquitina
19
Ubiquitina= proteina di 8,5 kDa ~76 aa
Il residuo di glicinacarbossiterminaleforma il legameisopeptidico con residuidi lisina della proteinada degradare
20
La La degradazionedegradazione delledelleproteineproteine èè essenzialeessenziale per la per la crescitacrescita cellularecellulare
FornisceFornisce amminoacidiamminoacidiRimuoveRimuove enzimienzimi in in eccessoeccessoRimuoveRimuove o o portaportaallall’’attivazioneattivazione didi fattorifattori diditrascrizionetrascrizione
StrutturaStruttura del del proteasomaproteasoma 26S26S20S Parte 20S Parte centralecentrale con con attivitattivitàà cataliticacatalitica19S 19S complessocomplesso regolatorioregolatorio
ProteasomaProteasoma
21
Il Il ProteasomaProteasoma 26S 26S degradadegrada le le proteineproteine legate legate allall’’ubiquitinaubiquitina
19S subunità regolatoria(7 α subunità)
20S proteasoma(attività catalitica)2 x 7 β subunità
19S subunità regolatoria(7 α subunità)
25
Inibitori del Inibitori del proteosomaproteosomaIl blocco dellIl blocco dell’’attivitattivitàà del del proteasomaproteasomapotrebbe essere una strategia vincentepotrebbe essere una strategia vincentecontro alcuni tumoricontro alcuni tumori
Meccanismo dMeccanismo d’’azioneazione••Peptide boronico inibisce le Peptide boronico inibisce le serineserine proteasiproteasi imitando il imitando il substrato nel legame nel sito attivo.substrato nel legame nel sito attivo.
••Queste molecole possono inibire il proteosoma legandosi Queste molecole possono inibire il proteosoma legandosi al sito centrale 20S del al sito centrale 20S del proteasomaproteasoma
26
APOPTOSIAPOPTOSI
STABILIZZAZIONESTABILIZZAZIONE
PROLIFERAZIONEPROLIFERAZIONE
p21 p27p21 p27p53 p53 BidBid BaxBax
APOPTOSIAPOPTOSI
PROLIFERAZIONEPROLIFERAZIONE
ANGIOGENESIANGIOGENESI
APOPTOSIAPOPTOSI
JNKJNK
NFNF--kBkB
PROTEOSOMAPROTEOSOMA
BORTEZOMIB: UN FARMACO INTELLIGENTE
Effetti biologiciEffetti biologiciACCUMULO DI I-KBRepressione di NF-KBInduzione ApoptosiRepressione proliferazioneEtc….
27
Rimozione del gruppo amminico Rimozione del gruppo amminico
degli amminoacididegli amminoacidi
28
Da dove vengono i gruppi amminici?
29
α-chetoacidi
COO-
|C=O|R
COO-
|C=O|CH3
COO-
|C=O|CH2|COO-
Piruvato
Ossalacetato
30
α-aminoacidi
COO-
|CH-NH2|R
COO-
|CH-NH2|CH3
COO-
|CH-NH2|CH2|COO-
Alanina
Acido Aspartico
31
COO-
|C-NH2|CH3
Alanina
COO-
|C=O|CH3
Piruvato
32
33
TransaminazioneTransaminazione
NH2| +
HOOC - CH - R1
O||
HOOC - C - R2
O|| +
HOOC - C - R1
NH2|
HOOC - CH - R2
34
35
PLP PLP PiridossalPiridossal fosfatofosfato
36
40
Sintesi dellaGlutammina
41
Nel fegato
42
tryptophan
histidine
glucosamine-6-P
carbamoyl-phosphate
CTP
AMPO C-NH2
CO2-
+H3N-C-HCH2
CH2
La La glutamminaglutammina serve come serve come donatoredonatore didi gruppigruppi amminiciamminici per per moltemolte altrealtre molecolemolecole
43
SeiSei deidei prodottiprodotti finalifinali inibisconoinibiscono allostericamenteallostericamentela la glutamminaglutammina sintetasisintetasi
glycinealanine
L’effetto inibitorio di tutti I prodottiinsieme è maggiore della sommadegli effetti individuali.
X X X X X X X X
tryptophan
histidine
AMP
GlnGluglucosamine-6-P
carbamoyl-phosphateglutamine
synthetaseATP ADPNH4
+ Pi
CTPOC-NH2
CO2-
+H3N-C-HCH2
CH2
CO2-
CO2-
+H3N-C-HCH2
CH2
Ser, Gly e Ala inibiscono il sitodi legame con il substrato
44
O C-NH2
CO2-
+H3N-C-HCH2
CH2
O C-O-
CO2-
+H3N-C-HCH2
CH2
Glutamminasi+ NH4
+
Nel Fegato
45
SintesiSintesi delldell’’alaninaalanina
46
Alanina
47
48
Reazione della Reazione della
Glutammico deidrogenasiGlutammico deidrogenasi
49
Regolazione della Glutammato deidrogenasiRegolazione della Glutammato deidrogenasi
50
Come vengono degradati gli aminoacidi?
51
Destino del gruppo amminico degli aminoacidi Destino del gruppo amminico degli aminoacidi nei vertebratinei vertebrati
52
Glutammato
GDH
α-chetoglutarato
Ciclo dellCiclo dell’’ureaurea
53
54
Sintesi del Sintesi del CarbamilCarbamil fosfato fosfato
CarbamilCarbamil fosfato fosfato sintetasisintetasi
55
mitocondri
56
citosol
57
citosol
58
citosol
59
CICLO DELLCICLO DELL’’UREAUREA
60
61
COO-
|C=O|CH2|COO-
OssalacetatoTransamminazionead aspartato e ciclo dell’urea
Conversione in glucosio nella gluconeogenesi
Condensazione con acetilCoAnel ciclo di Krebs
62
63
64
Deaminazione degli aa (rimozione del gruppo aminico)
Deaminazione degli aa (TRANS-AMINATIVA)(solo spostamento del gruppo aminico da aa ad α-chetoglutarato, con formazione del chetoacido e di glutammato)
deaminazione ossidativa(AAO con FAD o FMN)
aminoacido deidrogenasi(glutamico deidrogenasi = GDH)
GOT- glutamico-ossalaceticotransaminasiAST (aspartico transaminasi)
GPT- glutamico-piruvicotransaminasiALT (alanina transaminasi)
65
GDHGDH
TransaminasiTransaminasi
GPTGPT
GlutaminasiGlutaminasi
GlutaminaGlutaminasintasisintasi
66
Regolazione del ciclo dellRegolazione del ciclo dell’’UreaUrea
• a breve termine:
Attivazione della carbamilfosfato sintetasi da parte dell’ N-acetilglutammato;
• a lungo termine:
Induzione della sintesi di enzimi del ciclo in seguito a dieta iperproteica e nel digiuno prolungato
67
Regolazione del ciclo dellRegolazione del ciclo dell’’UreaUrea
68
Destino dello scheletro carbonioso
GlucogeniciGlucogenici
ChetogeniciChetogenici
69
Piruvato
70
α− chetoglutarato
71
72
COO-
|C=O|CH2|COO-
COO-
|CH-NH2|CH2|COO-
COO-
|CH-NH2|CH2|CONH2
asparaginasi Aspartatotransaminasi
Ossalacetato
asparagina aspartato
73
Succinil CoA
74
Acetil CoA
75
76
Difetti del ciclo dell’urea
IPERAMMONEMIA
Congenita: carenza di uno qualsiasi degli enzimi del ciclo dell’urea
Acquisita: patologie epatiche (epatite, cirrosi, ostruzione vie biliari)
77
Difetti del ciclo dell’ureaCarenza di carbamil fosfato sintetasi o di ornitina transcarbamilasi
78
ArgininosuccinasiOrnitinatranscarbamilasi
79
Il trattamento è basato sulla combinazione di una dieta ipoproteica
integrata con aminoacidi (Arg) e farmaci che favoriscono l’escrezione
dell’azoto attraverso vie alternative al ciclo dell’urea
80
Vie alternative: impiego di benzoato e fenilacetato che reagiscono principalmente con glicina e glutammina producendo composti che vengono eliminati con le urine
81
Citrullinemia I – difetto in argininosuccinatosintetasi provoca crisi epilettiche e tensioni muscolari. Può essere curata con una dieta opportuna
Citrullinemia II– difetto nel trasportatore mitocondriale aspartato-
glutammato provoca iperammonemia
Sindrome HHH- iperammonemia, iperornitinemia, omocitrullinemia
82
FenilchetonuriaAccumulo di fenilalanina nel sangue provoca grave ritardo mentale.Può essere trattata con un’opportuna dieta povera di fenilalanina
83
Morbo di Parkinson-Malattia neurologica associata anche alla limitata produzione di dopammina.
Un tentativo di cura è la somministrazione proprio di dopammina