Ossidazione degli amminoacidi Gli amminoacidi, derivanti dalle proteine, possono essere degradati,...

Ossidazione degli amminoacidi

Gli amminoacidi, derivanti dalle proteine, possono essere degradati, ossidati, contribuendo in maniera significativa alla generazione di energia metabolica della cellula.

Le situazioni che portano ad una maggiore degradazione degli amminoacidi sono:

• Un eccesso di rispetto al fabbisogno per la sintesi delle proteine• Una dieta ricca di proteine che apporta più amminoacidi del

necessario e quindi questi vengono degradati• Il digiuno o il diabete mellito portano ad una diminuzione degli

zuccheri, le proteine diventano una fonte di energia


Il gruppo amminico viene staccato ed lo scheletro carbonioso, un chetoacido, viene ossidato a CO2 e acqua.

Quando il chetoacido è a tre o quattro atomi di carbonio può essere utilizzato per la neosintesi di glucosio, necessario per il fabbisogno energetico cerebrale o muscolare.

L’eliminazione del gruppo amminico distingue la via catabolica degli amminoacidi dalle altre viste fino ad ora.

Le proteine introdotte con la dieta, raggiunto lo stomaco, vengono denaturate dalla sua elevata acidità e idrolizzate in peptidi corti dalla pepsina che a pH acido è attiva su residui di amminoacidi aromatici. Nel duodeno invece operano la tripsina, la chimotripsina, la carbossipeptidasi ed altre peptidasi che liberano gli amminoacidi che vengono poi assorbiti attraverso le pareti cellulari.

Digestione ed assunzione di proteine.

Schema di una parte del tratto digestivo con evidenziate varie funzioni svolte nella digestione delle proteine.

Ciclo dell’urea - Parte del metabolismo di alcuni organismi che conduce all’eliminazione dell’azoto ammoniacale in eccesso.L’azoto proviene dal metabolismo delle proteine e degli amminoacidi

Proteineintracellulari

amminoacidi

-chetoacidi NH4+

Dieta

Ciclodell’acido

citrico

CO2 + H2O

Glucosio

respirazione

Gluconeo-genesi

escrezione

Biosintesi AA.Nucleotidiammine.


Acido urico

Urea

H2N CONH2

NH4+

Ammonio

Animali ammoniotelici:la maggior parte dei vertebrati acquaticipesci con scheletro osseo, larve di anfibi

Animali ureotelici:molti vertebrati terrestri(anche gli squali)

Animali uricotelici:uccelli, rettili

Forme di escrezione dell’ammonio

NN

NN

O

O

O

H

HH

H

L’ammonio è tossico, la sua conversione in urea è confinata nel fegato

amminoacidi -chetoacidi

-chetoglutarato glutammato

glutammina

piruvato

alaninaNH4

+

urea

L’ammoniaca libera è molto tossicaAltera il pH, reagisce con gli intermedi dei cicli energetici alterandoli, ha effetti neurotossici.

Dai muscoli

Dal muscolo e altri tessuti

Dalla dieta

NH4+

NH4+

Interconversione tra amminoacidi: reazione di transamminazione

COO-

|C=O |CH2 |CH2 |COO-

COO-

|H3N+-C-H

| R

COO-

|H3N+-C-H

| CH2

| CH2

| COO-

COO-

|C=O |R

++

PLP

amminotransferasi

-chetoglutarato

L-amminoacido

glutammato

-chetoacido

COO-


COO-

|H3N+-C-H

| CH3

COO-

|H3N+-C-H

| CH2

| CH2

| COO-

COO-

|C=O |CH3

++

PLP

Alaninaamminotransferasi

-chetoglutarato

L-alanina

glutammato

piruvato

N+

H

CH3

OHP-O

CHOpiridossal

fosfato

N+

H

CH3

OHP-O

CH2

NH2

piridossamminafosfato

PLP

PMP

L’ammonio viene liberato anche dal glutammato

COO-


H2O

COO-

|H3N+-C-H

| CH2

| CH2

| COO-

NH4+

++

glutammato deidrogenasi

-chetoglutaratoglutammato

NAD(P)+ NAD(P)H + H+

GTPADP

- +

L’ammonio dei tessuti viene legato nella glutammina

COO-

|H3N+-C-H

| CH2

| CH2

| COO-

+

ATP

Glutamminasintetasi

glutammato

COO-

|H3N+-C-H

| CH2

| CH2

| O=C-OPO3

=

COO-

|H3N+-C-H

| CH2

| CH2

| O=C-NH2

ADP NH4+ Pi

-glutammil fosfatoglutammina

Glutamminasintetasi

Negli animali ureotelici l’azoto viene convogliato nei mitocondridegli epatociti e nel fegato viene convertito in urea.

Hans Krebs, 1932

Sintesi dell’urea stimolata “cataliticamente” da:OrnitinaCitrullinaArginina

ammoniaca+ CO2

ornitina

citrullina

arginina

urea

ammoniaca

2NH3 + CO2 H2N-CO-NH2 + H2O

La reazione complessiva del ciclo dell’urea

NH3+

| NH4

+ + HCO3- + -OOC-CH2-CH

| COO-

O ||H2N-C-NH2 + -OOC-CH=CH-COO- + 2 H2O + H+

ammonio

bicarbonato

aspartato

urea fumarato

3 ATP

2ADP + AMP + 2Pi + PPi

La sintesi dell’urea consiste di 5 reazioni enzimatiche

NH4+ + HCO3

- + 2ATP H2N-CO-O-PO3=

2ADP + 2Pi

citrullina

ornitina

ornitina

citrullina

arginina

ureaH2O

fumarato

aspartato

argininosuccinato

(Citrullil-AMP)

AMP

PPiATP

mitocondrio

citosol

1

3a

4

5

3b

2

Attivazione dell’ammonio prima che entri nel ciclo

NH4+ + HCO3

- + 2ATP H2N-CO-O-PO3= + 2ADP + Pi

Carbamilfosfatosintetasi I

a)

b)

c)

ATP + HCO3- [HOCO-O-PO3

=] + ADP

carbonilfosfato

NH4+ + [HOCO-O-PO3

=] [H2N-COO-] + Pi

carbamato

[H2N-COO-] + ATP H2N-CO-O-PO3= + ADP

carbamilfosfato

Ornitina transcarbamilasi

H2N-CO-O-PO3=

+H3N-CH2-CH2-CH2-CH

NH3+

|

|COO-

+

H2N-CO-NH-CH2-CH2-CH2-CH

NH3+

|

|COO-

Pi +

ornitina citrullina

Condensazione con l’ornitina prima di uscire dal mitocondrio

1

2

Trasformazione della citrullina in argininosuccinato nel citosol dell’epatocita

H2N-CO-NH-CH2-CH2-CH2-CH

NH3+

|

|COO -

+

citrullina

ATP

AMP| O|

+H-N=C-NH-CH2-CH2-CH2-CH

NH3+

|

|COO -

Citrullil-AMP

AMP| O|


NH3+

|

|COO -

Citrullil-AMP

+

CH-CH2-COO -

NH3+

|

|COO - aspartato

argininosuccinato


NH3+

|

|COO -

|NH|

|COO -

CH-CH2-COO -

Argininosuccinatosintetasi

a)

b)

3

+ PPi

+ AMP

2 Pi

Liberazione di fumarato dall’argininosuccinato per dare arginina


NH3+

|

|COO -

arginina

|NH2

- OOC-CH=CH-COO -


NH3+

|

|COO -

argininosuccinato

|NH|

|COO -

CH-CH2-COO -

fumarato

+Argininosuccinato

liasi

4

5


NH3+

|

|COO -

arginina

|NH2

Arginasi

+

H2O

+H3N-CH2-CH2-CH2-CH

NH3+

|

|COO -

ornitina

O ||

H2N-C-NH2

urea

Idrolisi dell’arginina per dare urea e rigenerare ornitina

Organizzazione del ciclo dell’urea all’interno della cellula

Gli enzimi del ciclo dell’urea sembrano essere “raggruppati”cosicché la citrullina, l’argininosuccinato, l’arginina e l’ornitina non sono rilasciati nel citosol ma incanalati da un enzima all’altro;solo l’urea viene rilasciata.

Il recupero del fumarato grazie a 2 enzimi del ciclo dell’acido citricorifornisce di aspartato il ciclo dell’urea.

- OOC-CH=CH-COO -

fumarato

- OOC-CH=CH-COO -

fumarato

CH-CH2-COO -

NH3+

|

|COO - aspartato

aspartato

CH-CH2-COO -

NH3+

|

|COO -

citrullina

argininosuccinato

arginina

ATP

AMP + PPi

Glutammato

- OOC-CH-CH2-COO -

| OH

- OOC-C-CH2-COO -

||O

H2O

NAD+

NADH + H+

-chetoglutarato

fumarasi

malato deidrogenasi

transaminasi

dal ciclo dell’acido

citrico

dal ciclodell’urea

Bilancio energetico del ciclo dell’urea

NH3+

| NH4

+ + HCO3- + -OOC-CH2-CH

| COO-

O || H2N-C-NH2 + -OOC-CH=CH-COO- + 2 H2O + H+

3 ATP

2ADP + AMP + 2Pi + PPi

2Pi

Regolazione del ciclo dell’urea

• Dieta• Digiuno

• Regolazione a lungo termine• Regolazione a breve termine

CoA-S-CO-CH3

+-OOC-CH2-CH2-CH |

COO -

NH3+

|-OOC-CH2-CH2-CH |

COO -

NH-CO-CH3

|

CoA-SH

NH4+ + HCO3

- + 2ATP H2N-CO-O-PO3= + 2ADP + Pi

Carbamilfosfatosintetasi I

acetilglutammatosintetasi

+

(arginina)

+

+

Quando il ciclo dell’urea non funziona bene

NH4+ + HCO3

- + 2ATP H2N-CO-O-PO3=

2ADP + 2Pi

citrullina

ornitina

ornitina

citrullina

arginina

ureaH2O

fumarato

aspartato

argininosuccinato

(Citrullil-AMP)

AMP

PPiATP

mitocondriocitosol

1

3a

4

5

3b

2

STOP

STOP

STOP

STOP

STOP

iperammoniemia citrullinemia argininuriaNOME difetto enzimatico oroticoaciduria argininsuccinemiaiperammoniemia tipo I carbamil-P sintetasi si no “ tipo II orn. transcarbamilasi si si citrullinemia arg-succ. sintetasi + - + - si noarg-succ. aciduria arg-succ. liasi si si argininuria arginasi + - si si

Quando il ciclo dell’urea non funziona bene

Difetti genetici - ridotta capacità di convertire l’NH4+ in urea

Dieta selezionata, povera di proteine ed amminoacidi, ma arricchitadi -chetoacidi precursori degli amminoacidi essenziali.

a-chetoacido(di aa. essenziale)

amminoacido (non essenziale)

transaminasi

a-chetoacido(di aa. non essenziale)

amminoacido (essenziale)

Riepilogo

• Il ciclo dell’urea è deputato alla trasformazione dell’azoto dalla forma ammoniacale, tossica, all’urea, meno tossica.

• Il ciclo dell’urea è localizzato parte nel citosol e parte nei mitocondri degli epatociti.

• L’urea si libera dall’arginina per idrolisi generando ornitina che viene poi convertita nei mitocondri in citrullina; la citrullina viene quindi addizionata di un azoto dall’acido aspartico per rigenerare l’arginina: gli intermedi quindi non vengono consumati e il loro livello ha un’influenza “catalitica”.

• Costi energetici• Difetti genetici - dieta correttiva

Ciclo del glucosio-alanina.L’alanina viene utilizzato come trasportatore di ammoniaca dai muscoli al fegato. Il piruvato, trasformato in glucosio attraverso la gluconeogenesi, ritorna al muscolo.

Vie degradatorie degli amminoacidi

• La degradazione degli amminoacidi normalmente contribuisce per il 10%-15% del nostro fabbisogno energetico.

• I 20 processi catabolici portano alla formazione di 5 intermedi metabolici del ciclo degli acidi tricarbossilici:acetil-CoA-chetoglutarato succinil-CoAfumaratoossalacetato

CO2

CO2

Citrato

Isocitrato

-chetoglutarato

Succinil-CoA

Succinato

Fumarato

Malato

Ossalacetato

Acetil-CoA

FADH2

GTP(ATP)

NADH

NADH

NADH

1

2

3

4

56

7

8

ArgininaGlutammina

IstidinaProlina

Glutammato

IsoleucinaMetioninaTreoninaValina

FenilalaninaTirosina

Piruvato

AlaninaCisteinaGlicinaSerina

Triptofano

IsoleucinaLeucina

Triptofano

Asparagina Aspartato

LeucinaLisina

FenilalaninaTriptofanoTirosina

Acetoacetil-CoA

Fenilchetonuria PKUdovuta a deficienza dell’enzima finilalanina idrossilasi con accumulo di fenilalanina.

Fenilchetonuria PKUdovuta a deficienza dell’enzima finilalanina idrossilasiL’accumulo di fenilalanina porta alla formazione di fenilacetato e fenillattato che vengono anche escreti nelle urine.

Prolina, glutammato, glutammina, arginina, istidina

-chetoglutarato

Prolina

glutammato

glutammina

arginina

ornitinaistidinaNH2

CH

OCH2

CH2

O

NH2

OH

NH2

CH

OCH2

CH2

CH2

NH

NH

NH2

OH

NH2

CH

OCH2

CH2

O

OH

OH

NH

CH

CH2

CH2

CH2

O

OH

NH2

CH

OCH2

N

CHCH

NH

OH

O

OCH2

CH2

O

OH

OH

Amminoacidi convertiti in succinil-CoA

Amminoacidi convertiti in ossalacetato

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