PROTEINE ed AMMINOACIDI:RUOLO METABOLICO E

NUTRIZIONALE (a)

Università di Roma Tor Vergata - Scienze della Nutrizione UmanaBiochimica della Nutrizione

Prof.ssa Luciana Avigliano2011

AZOTOessenziale per la vita

amminoacidi proteinenucleotidi acidi nucleici

In natura- N2 atmosferico (N.B. N≡N triplo legame, molta energia per

metabolizzarlo)- ione nitrato NO3

– presente nel suolo

Nei sistemi biologici sono presenti le forme ridotte- ione ammonio NH4

+ libero- gruppo amminico (-NH3

+) e gruppo ammidico (-NH-C=O ) presenti incomposti organici

GLI ANIMALI DIPENDONO DA BATTERI E PIANTE PERL’AZOTO

I. Soltanto alcuni batteri anaerobi, simbionti nelle radici delleleguminose, sono in grado di fissare (ridurre) l’N2 atmosfericocon produzione di NH4

+ , che è quindi ossidato da altri batteri anitrato NO3

– .

II. Le piante sono in grado di utilizzare NO3– con produzione di

NH4+, che è quindi incorporato nei composti organici azotati

(punto d’ingresso glutammato e glutammina)

III. Gli animali assumono composti organici azotati (amminoacidi)

Fonte primaria di azoto:amminoacidi forniti dalle proteine

alimentari

Substrati per la sintesi proteica 20 a.a - con codone - riconoscimento via tRNA 21 a.a. selenocisteina - seril-tRNA --> Se-cisteinil tRNA

più numerosi in seguito a modificazione post-sinteticaidrossiprolinaN-metil istidinaacido γcarbossiglutammico

Componenti di peptidi glutatione (GSH) γGlu-Cys-Gly

Intermedi metabolici ornitina

Fonte energetica a.a. glucogenici, a.a. chetogenici

Regolatori del turnover proteico leucina, glutammina

Trasporto di azoto glutammina, alanina

Funzioni degli L-α-amminoacidi

Precursori per la biosintesi degli altri composti contenti azoto

composti derivati amminoacidi precursori––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Eme glicina (+ succinil CoA)

Nucleotidi glutammina, glicina, acido aspartico

Carnitina lisina, metionina

Creatina arginina, glicina, metionina

Ammine biogene istidina, triptofano, tirosina, glutammato ormoni, neurotrasmettitori, ammine di interesse farmacologico

Tiroxina, adrenalina tirosina

Taurina cisteina (sali biliari, neuromodulatore)

Glucosammina glutammina (amminozuccheri)

Ossido nitrico (NO) arginina (vasodilatatore, inibisce aggregazione piastrinica)

Niacina triptofano (1mg vit equivale a 60 mg a.a.)

Classificazionein base allastruttura

CLASSIFICAZIONE NUTRIZIONALEAMMINOACIDI ESSENZIALI :devono necessariamente essere introdotti preformati con la dieta

valina*leucina*isoleucina* * possono essere ottenuti per transaminazionemetionina* dai rispettivi α-chetoacidifenilalanina*triptofano*istidinalisina gli altri tre vanno introdotti come talitreonina

AMMINOACIDI NON ESSENZIALIsemi-indispensabili risparmiano i precursori essenzialitirosina (sintetizzata da fenilalanina)cisteina (sintetizzata da metionina)

condizionatamente essenzialiglicina, serina, prolina, glutammina, argininapossono non essere sufficienti in alcuni stati particolari qualiinfezioni, traumi, bambini prematuri, ..

non essenzialialanina, aspartato, asparagina, glutammato

Le reazioni di transaminazione, reversibili, permettonodi ridistribuire il gruppo NH3 fra gli amminoacidi

Vanno comunque integrati con la dieta e l’apporto deveessere bilanciato in quanto:

- Il pool di amminoacidi non è totalmente riutilizzabile

- NH3 principalmente prodotto di rifiuto, anche se vi è unriutilizzo limitato a riformare amminoacidi

FLUSSO GENERALE

α-amminoacidi α -chetoacidi

α -chetoglutarato glutammato + NADH DEAMINAZIONE + NAD

OSSIDATIVA

NH3

UREA

NH2

C=O NH2

O II C – O–

IH – C – NH3 I R

O II C – O–

I H – C = O I R

TRANSAMINAZIONEpiridossalfosfato (vit B6)

CO2

BIOSINTESI DEGLI AMMINOACIDI NON ESSENZIALI

piruvato alanina

ossalacetato aspartato (+ glutammina) asparagina

α-chetoglutarato glutammato + (NH3) glutamminaglutammato prolina, arginina

3-fosfoglicerato serina glicina

fenilalanina tirosinacarenza Phe idrossilasi causa fenilchetonuria: porta a ritardo mentale1:10.000 - 2% popolazione portatori sani - screening di routine sui neonati -(si formano fenilpiruvato, fenillattato, fenilacetato 1-2 g/die nelle urine)Dieta povera in Phe e ricca in Tyr

metionina cisteina

La velocità di sintesi può non essere sufficientemalati, stress, neonati a basso peso, ustionati,

Ammoniaca può essere in parte riutilizzata

α -chetoglutarato + NH4+ glutammato

glutammato + NH4+ + ATP glutammina + ADP + Pi

NH4+ + CO2 + folato glicina

Urea può essere ritrasformata in ammoniaca dalla microfloraintestinale: non è chiaro l’eventuale contributo

“perdita obbligatoria di azoto”

con le urineUrea 10 - 30 g/die dipende quantità proteine alimentari

NH3 0,4-1,2 g/die dipende equilibrio acido-base

Amminoacidi 0,3 -1,2 g/die

Acido urico 0,2-0,7 g/die dipende dalla dieta

Creatinina 0,3-0,8 g/die dipende dalla massa muscolare (indicedel turnover proteico del muscolo)

secrezioni intestinali, turnover enterociti, desquamazione pelle, …

NH3 deriva dal catabolismo degliamminoacidibasi puriniche (tramite deaminasi)basi pirimidiniche

metabolismo della catena carboniosa degli amminoacidi

Lo scheletro carbonioso fornisce energia attraversol’interazione con la via glicolitica ed il ciclo di Krebs

In condizioni fisiologiche esiste una relazione tra il livello deicarboidrati nella dieta ed il metabolismo degli amminoacidi

Aumenta quando l'apporto di energia è sufficiente ma vienefornito da proteine a scapito dei carboidrati e dei lipidi

La sua efficienza (molecole di ATP prodotte) è inferiore rispetto alladegradazione degli altri due substrati (carboidrati e lipidi):- non tutto lo scheletro carbonioso degli amminoacidi è soggetto adossidazione- la formazione di urea (il prodotto finale del catabolismo azotato)richiede il consumo di 3 molecole di ATP

piruvato

acetil-CoA

acetoacetil-CoA

citrato succinil~CoA

succinato

fumaratomalato

a-chetoglutatotriptofanoleucina

glicina, alanina,serina, cisteina,

arginina, glutammina, istidina, prolina

valinametioninatreonina

glutammato

leucinalisina

fenilalaninatirosinaasparagina, aspartato

isoleucina

isoleucina

fenilalanina tirosina

propionil~CoA biotina

B12isocitrato

ossalacetato

in gialloa.a ⇒ glucosio

in rosaa.a. ⇒ glucosio e corpi chetonici

in celestea.a. ⇒ corpi chetonici

formazione di acidi non volatili dal catabolismo dia.a. solforati,

metionina, cisteina SO42-

fosfoproteine fosfatifosfolipidi

acidi grassi e glucosioacetoacetato, β-idrossibutirrato, lattato

acidi nucleicibasi puriniche urati

nutrienti con anioni inorganici (superiori alla quantità di cationiinorganici)

Richiede l’escrezione di un catione NH4+ (fornito dalla

glutammina) per permettere all’organismo di conservarecationi quali Na+, K+, Ca2+,

dieta ricca in proteine genera acidi non volatili