ENZIMI PROTEOLITICI: ZIMOGENI ATTIVATI NEL LUME INTESTINALE DURANTE LA DIGESTIONE DELLE PROTEINE ESOGENETripsina, chimotripsina, carbossipeptidasi A e B, amminopeptidasi, enteropeptidasi, elastasi

FONTI DI AMMINOACIDI:PROTEINE ASSUNTE CON GLI ALIMENTI PROTEINE ENDOGENE (TURNOVER) BIOSINTESI

Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editoreS.p.A. Copyright © 2007

PROTEINE INGERITE CON GLI ALIMENTI

Le proteine sono continuamentesintetizzate e degradate in tutte lecellule (TURNOVER)

Il ricambio delle proteine cellulari assicura rapide risposte alle variazioni delle condizioni

ambientali e consente di recuperare e mettere in circolo i gruppi amminici e gli scheletri carboniosi degli amminoacidi

Anche le proteine che hanno assunto una conformazione tridimensionale

difettosa, con un ripiegamento scorretto, sono indirizzate rapidamente

verso la degradazione

Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichellieditore S.p.A. Copyright © 2007

Ciclo dell’acido citrico

α-chetoglutaratoossalacetato

piruvato

Acetil-CoA

Glucosio 6-fosfato Ribosio 5-fosfato

Eritrosio 4-fosfato

Fosfoenolpiruvato

Istidina

3-fosfogliceratoSerina

Glicina Cisteina

FenilalaninaTriptofano

Tirosina

Valina Leucina

Alanina

Aspartato

Asparagina

Metionina Treonina

Isoleucina

Lisina

Glutammato

ArgininaProlinaGlutammina

La biosintesi degli amminoacidi utilizza come precursori diversi intermedi metabolici

Esistono diverse vie biosintetiche degli aminoacidi, spesso differenti nei diversi tessuti e nei diversi organismi.

La gran parte dei processi di biosintesi utilizzano come precursori gli α-chetoacidi in reazioni di TRANSAMMINAZIONE

Consiste di 2 semireazioni:1) α-chetoacido convertito nel corrispondente α-amminoacido 2) α-amminoacido convertito nel corrispondente α-chetoacido

Scambio del gruppo –NH3+

Reazioni catalizzate dalle ammino-transferasi (o transamminasi)Coenzima che funge da scambiatore: PLP (piridossalfosfato)

TRANSAMMINAZIONI PIU’ COMUNI:

piruvato ↔ alaninaossalacetato ↔ aspartato

α-chetoglutarato↔ glutammato

il gruppo ammidico della catena laterale dell’Asn

proviene dalla Glutammina

:NH3

α

Enzˡ

LyslNH2..

+

..

+HH-N—Lys-Enz

H

α-chetoacido

La piridossamina-fosfatotrasferirà il gruppo

amminico su un secondo α-chetoacido che diventerà un α-amminoacido

Gli aminoacidi sono precursori metabolici

Precursori di ammine e molecole segnale con funzione regolativa

Precursori di purine e pirimidine, porfirine, coenzimi, fosfolipidi

Precursori di molecole carburanteSubstrati per la sintesi delle proteine, Vengono attivati mediante l’attacco al tRNA e vanno a costituire una riserva di amminoacil-tRNA a disposizione dell’apparato per la sintesi proteica.

chetogenici*

*

*

*

*

*(glucogenici)

L’ARGININA è precursore dell’OSSIDO NITRICO >> •N=0

Radicale libero instabile e gassoso dell’azotoMolto reattivo, in soluzione acquosa esiste per pochi secondi: forma nitriti e nitrati con l’H2O. È Potenzialmente tossico ma anche importante dal punto di vista fisiologico

Nei mammiferi la OSSIDO NITRICO SINTASI (NOS) produce N=Oa partire da Arginina e O2

arginina citrullina

Ossido nitricoN=O

Altri cofattori della NOS: FAD, FMN, EME, tetraidrobiopterina BH4

Esistono 3 isoforme della NOS:1) nNOS (NOS neuronale o NOS I) Ca2+-dipendente costitutiva (cervello)2) eNOS (NOS endoteliale o NOS III) Ca2+-dipendente costitutiva , (cellule

endoteliali)3) iNOS (NOS inducibile o NOS II) Ca2+-indipendente, espressa ad alti livelli solo per

induzione da parte di citochine e altri agenti infiammatori (macrofagi)

reduttasi

ossigenasi

calmodulina

ARGININAO2

CitrullinaN=O , H2O

Funge da messaggero cellulare: si lega alla GUANILIL CICLASI e stimola la

formazione di cGMP

Utilizzato dai macrofagi per uccidere cellule batteriche e tumorali. Può interagire con

l’anione superossido (•O2-) formando l’anione

perossinitrito (ONOO-) altamente tossico: causa nitrosilazione delle proteine (sui residui di Cys)

Azione vasodilatante e antiaggregante piastrinica.

Neurotrasmettitore cerebrale

È un dimero costituito da 2 subunità (reduttasi + ossigenasi)

Dalla decarbossilazione di alcuni amminoacidi si ottengono importanti ammine biologiche

Decarbossilazione dell’ISTIDINA ISTIDINA DECARBOSSILASI(PLP-dipendente)

CO2

Aminoacidi come precursori di ammine con funzione regolativa

CO2

Decarbossilazione del TRIPTOFANO

Idrossilazione in C-5Monoossigenasi

PLP

SEROTONINA(neurotrasmettitore)

Mediatore dell’infiammazione e delle reazioni allergiche

Metabolismo della FENILALANINA

CO2

transmetilazione

MELANINE

Idrossilazione in C-4Monoossigenasi

Decarbossilasi-PLP

COO -

H- H3+

COO -

H- H3+

HOTIROSINA

Idrossilazione in C-3Monoossigenasi

DOPA

DOPAMINA

Idrossilazione sul C-β(Ascorbato-dipendente)

NORADRENALINA

ADRENALINA

Vari altri derivati

Gli aminoacidi negli animali possono subire degradazione ossidativa in 3 condizioni:1) con il turnover delle proteine cellulari, aminoacidi non necessari per la sintesi di nuove

proteine sono rilasciati e degradati2) con una dieta ricca di proteine: sono degradati gli aminoacidi in eccesso rispetto alla

richiesta cellulare per la sintesi proteica3) durante il digiuno o nel diabete mellito: le proteine cellulari diventano fonte di molecole

carburante

Proteine cellulari

Disponibili per il metabolismo ossidativo.

Trasformato in glutammina

Tessuti extraepatici

Nei mammiferi, quando è necessario eliminare l’azoto in eccesso dall’organismo,

viene prodotta glutammina a partire dal glutammato. La Glutammina trasporta

azoto nel sangue dai tessuti extraepatici al fegato.

Nel mitocondrio degli epatociti la GLUTAMMINASIelimina azoto dalla catena laterale sottoforma di NH4

+. Una reazione simile coinvolge l’asparagina mediante l’ASPARAGINASI

TRANSAMMINASIONE

L-glutamminaGlutamminasi(mitocondrio-

epatociti)

L-glutammato

Escrezione dell’azoto in eccesso

Deamminazione ossidativa

α-chetoglutarato

NH4+

Ciclo di KREBS

L-GLUTAMMATO

VARI AMMINOACIDI

transamminazione

TESSUTI EXRAEPATICI

Ciclo alanina/glucosio

Si esplicita fra il tessuto muscolare e il fegato: nei miociti la degradazione degli amminoacidi ramificati è finalizzata a rilasciare scheletri carboniosi necessari per produrre energia e a trasferire i gruppi amminici sul piruvato che diventa alanina ed è trasportata negli epatociti.

transamminazione

glicolisigluconeogenesi

Deamminazione ossidativa

Ciclo dell’urea

Proteine muscolari

α-chetoglutarato

RUOLO CENTRALE DEL FEGATO NELMETABOLISMO DEGLI

AMMINOACIDI

La GLUTAMMATO DEIDROGENASI catalizza la Deamminazioneossidativa del glutammato in α-chetoglutarato e ammoniaca.

α-chetoglutarato

glutammato

NH4+

H2O

α-chetoglutarato

Intermedio imminico

Glutammato

IL CICLO DELL’UREA (o dell’ORNITINA) avviene negli EPATOCITI , in parte dentro il mitocondrio, in parte nel citosol

+ 2ATP

1) Nel mitocondrio il bicarbonato reagisce con l’ATP in una reazione catalizzata dalla CARBAMMILFOSFATO SINTETASI 1

Si forma carbossifosfato

2) L’ammoniaca rimpiazza il gruppo fosfato e si forma carbammato

3) Il carbammato viene fosforilato per formare CARBAMMILFOSFATO

Sono consumate due molecole di ATP

Nel mitocondrio il carbammilfosfato reagisce con l’ornitina per formare citrullina in presenza di ORNITINA TRANSCARBAMMILASI

++

+

La citrullina esce dal mitocondrio e nel citosol si combina con 1 ATP per formare l’intermedio citrullil-AMP. La reazione è catalizzata dall’ ARGININOSUCCINATO SINTETASI

Ossalacetato + glutammatoAspartato ammino-transferasi

aspartato + α-chetoglutarato

D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, FONDAMENTI DI

BIOCHIMICA 2/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2007

La citrullinacondensa con l’aspartato a dare argininosuccinato

L’ARGINATO SUCCINATO LIASI scinde l’argininosuccinato e libera arginina e fumarato

Arginina

Fumarato

Arginina

L’ARGINASI scinde per idrolisi il gruppo guanidio dell’arginina

rilasciando UREA

Si riforma ornitina che rientra nel mitocondrio dove può

ricominciare un successivo ciclo

Un atomo di azoto dell’urea proviene dall’ammoniaca incorporata nel

carbammilfosfato, l’altro atomo di azoto proviene dall’aspartato. L’atomo di carbonio proviene dal bicarbonato.

Il fumarato prodotto nel citosol può essere convertito in malato da una FUMARASI CITOSOLICA

Il malato può essere convertito dall’ENZIMA MALICO in piruvato che rientra nel mitocondrio

Il malato può essere convertito in ossalacetato dalla MALATO DEIDROGENASI CITOSOLICA

GLUCONEOGENESI

ASPARTATO

Può rientrare direttamente nel mitocondrio dove verrà indirizzato al ciclo di KREBS

Ciclo dell’UREA