21/01/2014
1
Digestione proteine della dieta
Ormoni polipeptidici prodotti da cellule endocrine dellapparato gastrointestinale: gastrina, secretina, colecistochinina (CCK)
La secrezione regolata da: nutrienti, fattori propri del lumen (pH, [ Ca++], ecc.), ormoni e neurotrasmettitori
ORMONI GASTROENTERICICoinvolti nella digestione delle proteine
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2
ORMONI GASTROENTERICI
Controllano importanti funzioni degli organi addettiallassorbimento e alla digestione dei nutrienti:
Secrezione di acqua, enzimi, elettroliti ed ormoni
Motilit delle pareti
Afflusso di sangue
ORMONI GASTROENTERICI
1. Gastrina
Ormone formato da 17 residui aminoacidici
Prodotto dalla mucosa gastrica
Stimola la secrezione di HCl (cellule parietali) e pepsinogeno (cellule adelomorfe)
2. Secretina
Ormone formato da 27 residui aminoacidici
Prodotto dalla mucosa dellintestino tenue
Stimola la secrezione di HCO3- da parte del pancreas
al fine di neutralizzare lacidit
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3
ORMONI GASTROENTERICI
3. Colecistochinina (CCK) Ormone formato da 33 residui aminoacidici
Prodotto dal tratto iniziale dellintestino tenue
Stimola lo svuotamento della colecisti, la secrezione di enzimi pancreatici e di HCO3
-
La secrezione di colecistochinina stimolata da monogliceridi, acidi grassi e alcuni aminoacidi
DIGESTIONE DELLE PROTEINE
A causa delle dimensioni elevate,non vengono assorbite come tali: eccessivamente grandi per passare attraverso le membrane
Enzimi digestivi Rompono i legami peptidici
Secreti come pre-enzimi inattivi Prevengono lauto-digestione
H3N+ C
HC
R
O
NH
CH
C
O
RNH
CH
C
R
O
O
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4
Classi di enzimi coinvolti nella digestione delle proteine
Endopeptidasi: enzimi proteolitici appartenenti alla classe delle idrolasi che catalizzano lidrolisi dei legami peptidici interni alla catena delle proteine o dei peptidi- pepsina
- tripsina
- chimotripsina
- elastasi
Esopeptidasi: enzimi proteolitici appartenenti alla classe delle idrolasi che catalizzano lidrolisi dei legami peptidici in corrispondenza delle estremit delle catene proteiche- carbossipeptidasi
- amminopeptidasi
- dipeptidasi
Enzimi digestivi secreti come zimogeni inattivi
attivati tramite proteolisi
DIGESTIONE PROTEINE - STOMACO
PEPSINOGENO pH acido, pepsina PEPSINA + peptidiproteine alimentari pepsina grandi peptidi
INTESTINO (secreti dal pancreas esocrino)
TRIPSINOGENO enterochinasi TRIPSINA + esapeptidi
CHIMOTRIPSINOGENO tripsina CHIMOTRIPSINA +2 dipeptidi
PROCARBOSSIPEPTIDASI tripsina CARBOSSIPEPTIDASI
PROELASTASI tripsina ELASTASi
TRIPSINA - scinde legame COO- di a.a. basici (arginina, lisina)
CHIMOTRIPSINA - scinde legame COO- di a.a. aromatici (Phe, Tyr)
ELASTASI - scinde legame COO- di glicina
CARBOSSIPEPTIDASI A - a.a. aromatici
CARBOSSIPEPTIDASI B - a.a basici
MUCOSA INTESTINALE
AMINOPEPTIDASIDIPEPTIDASI
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5
digestione enzimatica
delle proteine a livello
gastro-intestinale
Digestione gastrica delle proteine
Cellule parietali secernono HCl (stimolata da gastrina)
Stomaco: pH 1.6 - 3.2
Vengono denaturatele strutture 40, 30, e 20
le cellule adelomorfe (o zimogeniche) dello stomaco secernono pepsinogeno. Una volta attivato dall'acidit agisce come proteasi,
Taglia le proteine in corrispondenza di : fenilalanina, tirosina, triptofano
Le proteine lasciano lo stomaco come una miscela di proteineinsolubili, proteine solubili,l peptidi ed aminoacidi.
aminoacidi aromatici
PepsinogenoHCl
Pepsina
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6
K+K+
SANGUELUME
Cl Cl
Cl Cl
HCO3
CO2 + H2O
metabolismo
H+ H+
pompaH+/K+
ATPasi
membrana
apicale
membrana
baso-laterale
HCO3
La pepsina in grado di digerire il collagene,costituente principale del tessuto connettivointercellulare della carne. Quando il collagene digerito, gli enzimi proteolitici possonoattaccare pi agevolmente le proteinecellulari.
La pepsina garantisce solo il 10-20% delladigestione proteica
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Il rilascio di colecistochinina dalle cellule enteroendocrine stimolato da:
-aminoacidi ed acidi grassi
-CCK Releasing Peptide e Peptide monitor (rilasciati a seguito anche di input nervosi)
Attivazione per taglio proteolitico
il pH acido del succo gastrico induce la secrezione nel sangue da parte dellepitelio duodenale di secretina. Questa stimola il rilascio di bicarbonato per neutralizzare il pH. Lingresso di AA nel duodeno induce la secrezione di colecistochinina che stimola la secrezione di enzimi pancreatici , il rilascio di bile e diminuisce la motilit gastrica
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Digestione delle proteine nel piccolo intestino (1)
Tripsinogeno Tripsina Endopeptidasi
Taglia il legame peptidico in corrispondenza del carbonile di Lys & Arg
Enteropeptidasi/Tripsina
Conversione degli zimogeni nella loro forma attiva
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Digestione delle proteine piccolo intestino (2)Conversione degli zimogeni nella loro forma attiva
Chimotripsinogeno Chimotripsina
Endopeptidasi
Taglia il legame peptidico in corrispondenza di Phe, Tyr and Trp
Procarbossipeptidasi Carbossipeptidasi Esopeptidasi
Rimuove I residui carbossi-terminali
Carbossipeptidasi A: NON agisce in corrispondenza di Arg Lys
Carbossipeptidasi B: Arg-Lys
Enteropeptidasi/Tripsina
Tripsina
pH 7,5 8,5
pH succo intestinale
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Digestione delle proteine piccolo
intestino (3) (orlo a spazzola)
Lassorbimento intestinale avviene attraverso un trasporto attivo
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Assorbimento amminoacidi liberi
AA liberi
Sistemi di trasporto AA neutri
AA basici
AA acidi
Iminoacidi (prolina e idrossiprolina)
Lingresso di alcuni AA richiede trasporto attivo
Consumo di energia
Na+ Na+
Il trasporto a livello dellenterocita avviene in maniera analoga al trasporto del glucosio, si ha un simporto con Na+
Trasportatori di amminoacidi(orlo a spazzola membrana)
Sistema ditrasporto
Richiestaenergetica
Substrato trasportato
L
B
IMINO
y+
Bo,+
bo,+
No
Si
Si
No
Si
No
Leu, altri neutri
Phe, Tyr, Trp, Ile, Leu, Val
Pro, Gly
AA basici
AA neutri e basici
AA neutri e basici
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Assorbimento di peptidi Pi rapido
dellassorbimento diAA liberi
Trasporto attivo
Metabolizzati ad aminoacidi liberinellenterocita
Solo gli aminoacidiliberi vengonotrasportati a livelloematico
Famaci peptidomimeticiAntibiotici beta-lattamiciAngiotensin Converting Enzyme-inibitori
Negli enterociti
Rappresentano le primecellule che utilizzano gliamminoacidi assunti conla dieta
Trasferimento ematico a livello portale
Sintesi proteica
Fonte energetica
Stoll et al. (1998)
%
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Membrana Basolaterae
Trasporto solo di AA liberi I peptidi sono digeriti nellenterocita
trasporto principalmente per diffusione e attraverso trasportatori Na-indipendenti
Trasporto degli aminoacidi nel sangue
Gli AA diffondono attraverso la membrana basolaterale Enterociti vena portafegato tessuti
Trasportati principalmente come AA liberi
Fegato Gli aa vengono metabolizzati
Sintesi di AA non essenziali
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SERINA PROTEASI
Spesso attivano zimogeni e quindi partecipano a processi fisologici altemente controllati quali:
Coagulazione del sangueFibrinolisiAttivazione del complementoFecondazione Produzione di ormoniDigestione
NN
H
O HH
OH
H2O
Idrolizzato in condizioni non fisiologiche:
ambiente acido (HCl 6 M, 110C, 24-72 h) ambiente basico (KOH 1 M 100C 24 h)
Il legame peptidico particolarmente stabile in condizioni fisiologiche. Anche se termodinamicamente instabile, il t1/2 di circa 10
2 anni
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Sito catalitico:
Triade catalitica delle serina proteasi
chimotripsina
Il diisopropilfosfofluoruro (DIPF) tra le possibili 28 serine disponibili reagisce esclusivamente con la serina 195.Non reagisce con lenzima che ha perso il folding o con la serina libera.
Il DIPF tossico: inibisce lacetilcolinesterasi.
Identificazione dei residui aminoacidici
coinvolti nella catalisi: Ser195
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Identificazione dei residui aminoacidici
coinvolti nella catalisi: His57
Substrato normale della chimotripsina
Tosil-fenilalanina-clorometil chetone
evoluzione convergente
RELAZIONI EVOLUTIVE TRA SERINA PROTEASI
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Diversa struttura terziaria ma identico sito attivo
TripsinaSubtilisina
Sito di legame
per il substrato
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veloce
P-nitrofenolo
lento
Cinetica dello stato prestazionario
Formazione di un intermedio covalente acil-enzima
P-nitrofenil-acetato
Kcat/Km
Kcat
1/Km
Stato di ionizzazione dellHis57: protonata a pH bassi non pu accettare il protone dalla Ser195
Stato di ionizzazione del gruppo amminico dellIle16 (estremit N ter). Nellenzima attivo forma un ponte salino con lAsp194
A pH elevati perde il protone e rompe il ponte salino. Una modificazione conformazionale chiude la tasca idrofobica del sito attivo
CHIMOTRIPSINA:
DIPENDENZA DELLA REAZIONE DAL PH
kcatkM
=v0 [E]T[S] [S]
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Formazione di Legami idrogeno a bassa barriera
pKa troppo elevato per cedere il protone
Compressione del legame idrogeno
Formazione del legame idrogeno abassa barriera: il pKa dellistidinaaumenta da 7 a 12 e pu quindicomportarsi da base generale
chimotripsina
Sito riconoscimento Substrato
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Catalisi covalente
1 legame idrogeno
2 legami idrogeno
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TASCA OSSIANIONE
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Catalisi acido-base
Distacco 1P
Ingresso 2S
E modificato
Distacco 2 P
E torna libero
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Metabolismo degli amminoacidi
Metabolismo del gruppo amminico
Metabolismo dello scheletro carbonioso degli amminoacidi
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DESTINO METABOLICO DEI GRUPPI AMMINICI
Catabolismo degli aminoacidi
ureaurea
NHNH33
aminoacidoaminoacido
ScheletroScheletrocarboniosocarbonioso
COCO22 glucosioglucosioacetilCoAacetilCoA
CorpiCorpichetonicichetonici
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ESCREZIONE DELLAZOTO
Animali uricotelici
(rettili, uccelli)
Animali ammoniotelici
(pesci ossei), larve di anfibio
Animali ureotelici
vertebrati terrestri e squali
DEAMMINAZIONE DEGLI AMMINOACIDI
La maggior parte degli amminoacidi vengonodeamminati mediante transaminazione: trasferimento digruppi amminici ad un -chetoacido con formazionedell -chetoacido dellamminoacido di partenza e di unnuovo amminoacido.
Esistono transaminasi per quasi tutti gli aminoacidi.
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I principali accettori del gruppo amminico sono l-chetoglutarato e lossalacetato.
le transaminasi o aminotransferasi richiedono come cofattore piridossal-5-fosfato (vitamina B6 ).
piridossina (B6)
piridossal-5- fosfato
piridossina e piridossal fosfato
la forma biologicamente attiva della vitamina B6(piridossina) il piridossal fosfato (PLP)
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27
il piridossal fosfato esiste in due forme tautomeriche:
il PLP prende parte alla catalisi di unampia
variet di reazioni che coinvolgono aminoacidi:
transaminazioni- e -decarbossilazioni- e -eliminazioniracemizzazionireazioni aldoliche
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enzima
enzima
il PLP lega lenzima con formazione di una base di schiff
1
2
il PLP lega lAA con formazione di una base di schiff
aminoacido
Meccanismo di reazione delle transaminasi
N CH3
H
P
CH N
H
O
(CH2)4
EnzymeB:
R C
H
NH2
COO +
N CH3
H
P
CH N
H
O
R C
H
COO
EnzymeB:
-Amino Acid
Enzyme-PLP Schiff Base
Amino Acid-PLP Schiff Base (aldimine)
Lys
Il gruppo amminico nucleofilico dellamminoacidoattacca latomo di carbonio del legame enzima-PLPcon formazione di unaldimmina esterna
-amminoacido
enzima-PLP
base di Schiffenzima-PLP
base di Schiff
amminoacido-PLP
base di Schiff
(aldimmina esterna)
1) transimminazione
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2)Tautomerizzazione
N CH3
H
P
C
H N
H
O
R C
H
COO
EnzymeB:Lys
N CH3
H
P
C
H N
H
O
R C COO
EnzymeBH+Lys
la lisina agisce come un catalizzatore acido-base generale
Intermedio di reazione stabilizzato per risonanza
N CH3
H
P
C
H N
H
O
R C COO
EnzymeBH+Lys
N CH3
H
P
C
H N
H
O
R C COO
EnzymeBH+Lys
Intermedio chinonoide
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30
N CH3
H
P
C
H N
H
O
R C COO
EnzymeBH+Lys
N CH3
H
P
C
H N
H
O
R C COO
EnzymeB:Lys
H
Ketiminechetimmina
lamminoacido-PLP base di Schiff tautomerizza a un -chetoacido-PMP base di Schiff (chetimmina)
3) idrolisi
N CH3
H
P
C
H N
H
O
R C COO
EnzymeB:Lys
H
N CH3
H
P
C
O
H H
NH
CR COO
O
H
EnzymeB:Lys
OH
N CH3
H
P
C
O
H H
NH2
R C
O
COO
EnzymeB:Lys
Pyridoxamine Phosphate (PMP) Enzyme
-Keto Acid
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31
63
Reazione dell Aspartato Transaminasi
L-Asp OAA -KG L-Glu
meccanismo a ping-pong: reazione a 2 substrati a spiazzamento doppio
E-PLP PLP-Asp PLP-OAA PLP-a-KG PLP-GluE-PMP E-PLP
21/01/2014
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tossicit dellammoniaca
NH3 + H2O NH4+ + OH-
- TRASPORTO EMATICO : GLUTAMMINA, ALANINA- ELIMINAZIONE: UREA
Incorporazione dellNH4+
-chetoglutarato + NH4+ glutammato
glutammato + NH4+ + ATP glutammina + ADP + Pi
NH4+ + HCO3
+ 2 ATP carbamilfosfato + 2ADP + Pi
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GLUTAMMATO DEIDROGENASI
(deamminazione ossidativa/
amminazione riduttiva)
importante nel metabolismo intracellulare dei gruppi amminici
GLUTAMMATO DEIDROGENASI
(Mitocondrio)
-chetoglutaratoglutammato
Glutamatodeidrogenasi
I gruppi amminici di molti -amminoacidi vengono raccolti nel fegato sotto forma del gruppo amminico del glutammato
-imminoglutarato
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Transaminazione vs deaminazione
Trasferimento di NH2 da un aminoacido a un chetoacido
Glutammato transaminasi (GOT):
Aminoacido + -ketoglutarato-chetoacido + glutammato
Alanina transaminasi (ALT):
Aminoacido + piruvato
-chetoacido + alanina
Coenzima: piridossal fosfato (vitamina B)
Rimozione di NH2 da Glu:
glutammato + NAD(P)+
-chetoglutarato + NAD(P)H + NH3
glutammina sintetasi (nei tessuti extraepatici)
glutammato glutammina
glutammina: importante nel trasporto dei gruppi
amminici dai tessuti extraepatici al fegato e come
donatrice di azoto per le biosintesi
21/01/2014
35
Trasporto ematico
dellammoniaca: la glutammina
La glutammina la forma di trasporto
delleccesso di ammoniaca tissutale al
fegato.
Lammoniaca che deriva dal metabolismo
degradativo, viene legata covalentemente
al glutamato, grazie allenzima glutamina
sintetasi, originando glutamina.
La reazione richiede ATP ed avviene in
due tappe:
nella prima abbiamo la formazione del -glutamil fosfato (il P quello terminale
dellATP)
nella seconda il glutamil fosfatoreagisce con lammoniaca, originando
glutammina e Pi.
Glutammina sintetasi di E.Coli
-Regolata allostericamente mediante inibizione cumulativa a feedback da 9 inibitori specifici: prodotti finali metabolismo glutammina, e da molecole che indicano lo stato generale metabolismo aminoacidico.
-inibita mediante modificazione covalente: adenilazione di un residuo Tyr
21/01/2014
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Regolazione allosterica della GS
O
O
NH3+
O
O
2HN
O
NH3+
O
O
NH2
O
N
N
O
H
NH2
O
O
HH
NH2
O
CH3
O
Nh2
O
N
O
H
NH3+
PO
O
O
O
P
O
OO
O
NO
N
N
OHOH
N
NH2
P
OO
O
O
OH
NH2
OH
OH
O
P
O
OO
P
O
OO
P
O
OO O
NO
OH
N
OOH
NH2
NH2
OH
O
O
ATP + NH4+
ADP + Pi
Glutamato
GlutaminaGlucosamina-6-fosfato
CTP
AMP
Carbamilfosfato
Triptofano
Istidina
Serina
Alanina
Glicina
Indicatori metabolismo generale aa
Regolazione covalente della GS
Ognuna delle dodici subunit della glutamina sintasi pu essere adenilata in Tyr397
La GS adenilata pi sensibile allinibizione cumulativa e al feeback.
un meccanismo finemente regolato, non on-off.
*
OH
12
NO
N
N
OHOH
N
NH2
O
*
OP
O
O
12
12 ATP 12 PPi
Tyr397
21/01/2014
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glutammato glutammato
ATP
NH4+
H2O, ADP, Pi
glutammina glutammina
glutammina sintetasi
H2O
NH4+
glutamminasi
urea
LA MAGGIOR PARTE DEI TESSUTI FEGATO
21/01/2014
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CICLO GLUCOSIO-ALANINA
Ciclo di Cori
21/01/2014
39
NEL CERVELLO
Alti livelli di glutammato e glutammina per detossificazione da NH3
la produzione di glutammato pu abbassare il livello di -chetoglutarato e quindi: ciclo di Krebs produzione di energia
glutammato e -amminobutirrato (GABA) sono neurotrasmettitori. La sintesi di glutammina a partire da glutammano causa una diminuzione di questi neurotrasmettitori.
La glutammina osmoticamente attiva e richiama acqua negli astrociticausando edema cerbrale.
Ingresso dellazoto nei mitocondri
21/01/2014
40
Sintesi del carbamil fosfato
carbamil fosfato sintetasi I
enzima mitocondriale attivato alloststericamente da N-acetilglutammato.
La reazione avviene in 3 tappe:
1. Attivazione del HCO3- da parte dellATP con
formazione di carbonil fosfato e ADP
2. Attacco dellNH4+ e produzione di
carbammato e Pi
3. Fosforilazione del carbammato ad opera dellATP con formazione del carbamilfosfato e di ADP
Sintesi di
N-acetilglutammato
Aumento del ritmo di demolizione degli AA
Sovrabbondanza di N
Aumento della concentrazione di glutammato
attivato da arginina
21/01/2014
41
CPS I (Mitocondriale) Usa NH3 Ciclo dellurea
CPS II (Citosolica) Usa Glutammina Biosintesi delle pirimidine
ornitina
citrullina
Il carbammil fosfato entra nel ciclo dellureacondensando con lornitina a formarecitrullina con rilascio di Pi
ornitina transcarbamilasi
21/01/2014
42
argininosuccinato sintetasi
Catalizza la reazione di condensazione tra il gruppoamminico dellaspartato e il gruppo ureidico dellacitrullina a formare argininosuccinato.
La reazione richiede ATP e passa per la formazione diun intermedio adenilato: citrullil-AMP
Citrullil-AMP
citrullina
Citrullil-AMP
arginina
argininosuccinato liasi
Argininosuccinato
urea
arginasi
21/01/2014
43
Interconnessioni tra il ciclo
dellurea e il ciclo di Krebsqueste trasformazioni sono catalizzate da isoenzimi citosolici di analoghi enzimi del ciclo di Krebs (mitocondriali).
Il bilancio complessivo per la sintesi di una molecola di urea il
seguente:
2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O UREA + 2ADP+ 4Pi +AMP
vengono inoltre prodotti collateralmente 2 NADH:
-Dalla glutammato deidrogenasi che libera il gruppo amminico iniziale dal glutammato per la sintesi di carbamil fosfato
-Dalla malato deidrogenasi citosolica.
FUMARATO MALATO OSSALACETATO
Le due molecole di NADH prodotte portano alla formazione di 4 ATP(il NADH citosolico, per mezzo dello shuttle glicerolo-3-P, trasferisce elettroni al FADH2 nel mitocondrio).
fumarasi Malato deidrogenasi
NADH + H+NAD+
21/01/2014
44
Difetti genetici del ciclo dellurea
NAGS Deficit di N-acetilglutammato sintetasi CPS1 Deficit di Carbamilfosfato sintetasi OTC Deficit di Ornitina transcarbamilasi ASS Deficit di Argininosuccinato sintetasi o Citrullinaemia ALL Deficit di Argininosuccinato liasi o Aciduria argininosuccinica Arginasi Deficit di Arginasi
iperammonemia
21/01/2014
45
Iperammonemiaterapia
Limitare lassunzione di proteine e laccumulo di ammoniaca
Rimuovere leccesso di ammoniaca
somministrazione di composti che legano covalentemente gli aminoacidi produzione di molecole azotate eliminate con le urine
Rimpiazzare i composti intermedi mancanti nel ciclo dellurea
Trapianto di fegato
Lattulosio (fruttosio-galattosio): metabolizzato dai batteri intestinali a prodotti acidi Ammoniaca escreta con le feci sotto forma di NH4
+
Trattamento delliperammonemia
Eliminati con le urine
21/01/2014
46
Destino dello scheletro carbonioso Scheletro carbonioso
I 20 aminoacidi standard vengono convertiti in uno dei seguenti setteintermbedi metabolici:
Piruvato-chetoglutaratoSuccinil-CoAFumaratoOssalacetato
Acetil-CoAacetoacetato
AMINOACIDI GLUCOGENICI
Gli scheletri carboniosi sono precursori del glucosio
AMINOACIDI CHETOGENICI
Gli scheletri carboniosi sono precursori di acidi grassi o corpi chetonici
21/01/2014
47
Gli scheletri cerboniosi degli AA glucogenici vengono convertiti in:
piruvato
Intermedi del ciclo di Krebs a 4-C o 5-C
Qiando i livelli di glucosio sono bassi, gli AA glucogenici sono la maggiore fonte di carbonio per la gluconeogenesi.
Possono anche essere catabolizzati per ricavare energia oppure possono essere convertiti in glicogeno o acidi grassi (riserve energetiche)
Gli scheletri cerboniosi degli AA chetogenici vengono convertiti in:
acetil-CoA
acetoacetato
Non portano a produzione netta di ossalacetato che un precursore della gluconeogenesi
Per ogni Ac-CoA (2-C)che entra nel ciclo di Krebs Cycle, 2 atomi C vengono eliminati sotto forma di CO2.
Gli aminoacidi chetogenici vengono quindi convertiti in acidi grassi o corpi chetonici ma non in glucosio
21/01/2014
48
piruvato
acetil-CoA
acetoacetil-CoA
citrato succinil~CoA
succinato
fumaratomalato
-chetoglutatotriptofanoleucina
glicina, alanina, serina,
cisteina,triptofano
arginina, glutammina, istidina, prolina
valina metioninatreonina
glutammato
leucina lisina
Fenilalanina
tirosina
aspartato, asparagina
isoleucina
isoleucina
fenilalaninatirosina
propionil~CoA
biotina
B12
isocitrato
ossalacetato
in giallo a.a glucosio
in rosa
a.a. glucosio e corpi chetonici
in celeste a.a. corpi chetonici
Alcuni cofattori giocano un ruolo fondamentale nel catabolismo degli aminoacidi
Reazioni di trasferimento di unit monocarboniose
21/01/2014
49
Gli AA a 3 atomi di C vengono convertiti in piruvato
Serina deidratasi
Serina idrossimetil transferasi
Glicina sintasi
Serina deidratasi
21/01/2014
50
Il legame che deve essere rotto deve giacere nel piano perpendicolare a quello del sistema dellorbitale del PLP. Il taglio pu essere realizzato mediante rotazione del legame C-N
Lasparagina viene idrolizzata dallasparaginasi a NH4+ e
aspartato.
Laspartato pu anche essere convertito in fumarato nel ciclo dellurea
aspartato -chetoglu tarato ossalacetato glu tammato
Aminotransferasi
COO
CH2
CH2
C
COO
O
COO
CH2
HC
COO
NH3+
COO
CH2
CH2
HC
COO
NH3+
COO
CH2
C
COO
O + +
Gli AA a 4 atomi di C vengono convertiti in ossalacetato
21/01/2014
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AA a 5 atomi di C: alcuni vengono
convertiti in -chetoglutarato attraverso il glutammato
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metionina degradata a Succinil-CoA (1)
S-adenosil-metionina uno degli agenti metilanti pi importanti
metionina degradata a Succinil-CoA (2)
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Aminoacidi Ramificati (1): isoleucina, leucina e valina
Sebbene il metabolismo della gran parte degli aminoacidi avvenga nel fegato, gli aminoacidi ramificati vengono ossidati prevalentemente nel muscolo, nelrene e nel cervello.
questi tessuti extraepatici contengono una transaminasi, assente nel fegato, che agisce su questi tre aminoacidi producendo i corrispettivi -cheto acidi.
Una deidrogenasi specifica per gli -cheto acidi ramificati catalizza la lorodecarbossilazione ossidativa rilasciando CO2 e producendo diversi acil-CoA
Aminoacidi Ramificati (1): isoleucina, leucina e valina
transaminazione
Decarbossilazione ossidativa
deidrogenazione
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Aminoacidi Ramificati (2)
isoleucina valina leucina
idratazione
ossidazione
tiolisi
Reaz. Standard nella formazione di corpi chetonici
Lisina
convertita ad
acetoacetato e
acetil-CoA
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Catabolismo di fenilalanina e tirosina
fenilpiruvato
fenillattato
Phe-idrossilasi= ossidasi a funzione mista poich utilizza un cofattore e lossigeno molecolare per compiere la reazione di idrossilazione.
Lossigeno necessario per la reazione di idrossilazione proviene dalla molecola biatomica dellO2.Laltro atomo di ossigeno si unisce ai due atomi di idrogeno portati dalla tetraidrobiopterina formando acqua.
Il ripristino della forma ridotta tetraidrobiopterina si ha con la reazione di riduzione catalizzata dalla diidrobiopterina reduttasi che usa NADH *
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Catabolismo della tirosina (a)
tirosina idrossilasitetraidrobiopterina
DOPA decarbossilasiPiridossalfosfato
(prodotto finale nellasubstantia nigra)
Nella porzione midollaredella ghiandola surrenale:
SAM
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Due vie di degradazione del triptofano:
1. formazione di acetoacetato
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2. Formazione di serotoninaimportante neurotrasmettitorenel cervello
Vie di degradazione del triptofano:
Morbo di Hartnup: alterato trasportotransmembrana del triptofano
melatonina: implicata nella regolazione dei ritmi circadiani. Inibisce la sintesi e la secrezione di altri neurotrasmettitori, quali DOPA e GABA
*
*
serotonina
melatonina
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Biosintesi delleme
85% cellule eritroidi emoglobinatrasporto dellossigeno (emoglobina e mioglobina)
15 % epatica cofattore di enzimi
trasporto di elettroni (citocromi)
ossidazioni a funzione mista (citocromo P450)
decomposizione del perossido didrogeno (perossidasi),
sintesi del GMP ciclico (guanilato ciclasi)
ossidazione del triptofano (triptofano pirrolasi), delle prostaglandine (prostaglandina endoperossido sintetasi) e dellindolammina (indolamina diossigenasi).
L'eme pu presentarsi sotto tre diverse forme: eme a, eme b ed eme c.
eme a: differisce dall' eme b in quanto ha un gruppo metile ossidato a un gruppo formile (CHO), e una delle catene viniliche rimpiazzata da una isoprenica. Tra gli enzimi contenenti questo tipo di eme vi la citocromo c ossidasi.
eme b: il pi comune dei tre, presente tra gli altri nell'emoglobina e nella mioglobina
eme c: simile all'eme b con la differenza che con le due catene viniliche covalentemente legata alla sua apoproteina. Tra le proteine che possiedono questa forma vi il citocromo c
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Uroporfirinogeno I Coproporfirinogeno I
Schema Schema generalegenerale delladella biosintesibiosintesi dellemedelleme
Succinil CoA + Glicina
Acido -aminolevulinico
Porfobilinogeno Uroporfirinogeno III Copropofirinogeno III
Coproporfirinogeno III
Protoporfirinogeno IX
Protoporfirina IX
eme
ALA sintasi
citoplasma
Matrice mitocondriale
Acido -aminolevulinico
Passaggio chiave della via biosintetica
Regolato a livello trascrizionale, lemivita dellenzima breve (t1/2 = 1 hr). Leme e lemina bloccano la trascrizione
Nelle cellule eritroidi, la sintesi delleme coordinata con quella delle catene globiniche ed entrambe sono stimolate da eritropoietina
Leme e lemina inibiscono allostericamente l ALA sintasi
Succinil CoA glicina-amminolevulinato
-amminolevulinato sintasi
1. Sintesi di -amminolevulinato (mitocondri)
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La reazione coinvolge nel sito attivo due residui di lisina ed un catione (Zn++).Il gruppi chetonici del -aminolevulinato (ALA) formano una base di Schiff con il gruppo amminico della lisina. Queste basi di Schiff promuovono le successive condensazioni C-C and C-N grazie allazione del catione che coordina I gruppi amminici delle molecole si ALA
-aminolevulinato porfobilinogeno
Porfobilinogeno sintasi
Inibita da piombo
2.Sintesi di profobilinogeno (citosol)
Porfbilinogeno Deaminasi (o uroporfirinogeno sintasi): gruppo prostetico dipirrometano legato ad un residuo di cisteina
Le unit di porfobilinogeno sono aggiunte fino a formare un esapirrolo lineare
3a. Sintesi di uroporfirinogeno III (citosol)
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3b. Sintesi di uroporfirinogeno III (citosol)
Uroporfirinogeno III
cosintasi
Uroporfirinogeno IIIUroporfirinogeno I
4 porfobilinogeno
idrossimetilbilano
4. lUroporfirinogeno Decarbossilasi rimodella le catene laterali di
acetato (Citosol)
Coproporfirinogeno III(fisiologicamente utile)
Coproporfirinogeno I(non utile)
Uroporfirinogeno I Uroporfirinogeno III
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5. Coproporfirinogeno III Ossidasi catalizza la decarbossilazione ossidativa di specifiche
catene laterali di propionato ( mitocondri)
Coproporfirinogeno III protoporfirinogeno IX
6. Formazione della protoporfirina IX (mitocondri)
Lenzima ossida i ponti metilenici che collegano gli anelli pirrolici in
modo da estendere la coniugazione allintero tetrapirrolo
proto
Protoporfirinogeno ossidasi
Protoporfirinogeno IX Protoporfirina IX
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7. Inserzione di Fe2+ (mitocondri)
La reazione richiede ac. Ascorbico e cisteina come agenti riducenti
(Pb2+ agisce come inibitore competitivo rispetto al Fe2 ma non viene comunque inserito nella protoporfirina IX
La mancanza di ferro porta allinserzione di Zn2+ (zinco- protoporfirina) (ZnPP), un importante indicatore clinico di deficit di ferro
Ferrochelatasi
Protoporfirina IX eme
Regolazione della sintesi delleme
Fegato
Gli enzimi contenenti eme sono soggetti ad un rapido turnover per consentire gli adattamenti metabolici (inibizione a feedback)
Precursori globuli rossi
Biosintesi mantenuta a livelli altiSensibile alla concentrazione di ferro
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Disordini della sintesi di eme
Acquisiti: avvelenamento da piombo
Congeniti: Porfirie
-amminolevulinato
porfobilinogeno
preuroporfirinogeno
uroporfirinogeno III
coproporfirinogeno
protoporfirinogeno
protoporfirina
eme
PORFIRIA DI DOSS
PORFIRIA INTERMITTENTE ACUTA
PORFIRIA ERITROPOIETICA CONGENITA(deficit di uroporfirinogeno III cosintasi accumulo di uroporfirinogeno I)
PORFIRIA CUTANEA TARDA
COPROPORFIRIA EREDITARIA
PORFIRIA VARIEGATA
PROTOPORFIRIA ERITROPOIETICA
PORFIRIE
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PORFIRIE
gruppo di malattie metaboliche rare, ereditarie causate dalla ridotta attivit di uno degli enzimi della via biosintetica dell'eme
determinano livelli eccessivi di varie sostanze dette porfirine o dei loro precursori nella via metabolica
che si accumulano in sedi diverse
vengono escreti nelle urine e nelle feci
determinano manifestazioni patologiche per i loro effetti su sistema nervoso e cute
CATABOLISMO DELLEME E FORMAZIONE DELLA
BILIRUBINA
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Destino dei globuli rossi
Circolano mediamente per 60-120 giorni
RBC senescenti vengono fagocitati e/o lisati
Normalmente la lisi avviene extravascolarmente nei macrofagi della milza, fegato e midollo osseo,quello della emoglobina libera prevalentemente negli epatociti
la lisi pu avvenire intravascolarmente
emoglobina
Globina
Amminoacidi
Pool amminoacidi
eme Bilirubina
Fe2+
escrezione
fagocitosi & Lisi
Riciclo
Il catabolismo della emoglobina derivata dagli eritrociti avviene nei macrofagi della milza, fegato e midollo osseo,quello della emoglobina libera prevalentemente negli epatociti
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Citotossicit delleme libero
Capacit pro-ossidante dovuta alla presenza di ferro e alla capacit di generare radicali liberiPerossiredossina-1
ferritina
bilirubina
Meccanismi di protezione nei confronti di eme libero
emoglobina
aptoglobina
eme
Macrofagi epatociti
emopessina
Macrofagi
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Eme libero: induce la sintesi di apo-emoproteine in cui deve essere incorporato. Leccesso viene degradato a livello cellulare.
Metabolismo della bilirubina
Il catabolismo dell'eme porta alla produzione dei pigmenti biliari; i suoi precursori sono l'Hb dei GR in disfacimento, i precursori dei GR nel midollo osseo, nonch le proteine contenenti questo gruppo prodotte nel fegato e in altri tessuti.
La bilirubina, un anione organico pigmentato un prodotto insolubile del catabolismo. Per essere escreta deve essere convertita in una formaidrosolubile; questa trasformazione rappresenta l'obiettivo finale del metabolismo della bilirubina, che si svolge attraverso 5 tappe fondamentali:
1. FORMAZIONE
2. TRASPORTO PLASMATICO
3. CAPTAZIONE EPATICA
4. CONIUGAZIONE
5. ESCREZIONE BILIARE
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1. Formazione: ogni giorno si formano circa 250-350 mg di bilirubina; il 70-80% deriva dalla distruzione dei GR invecchiati. Il restante 20-30% deriva dalle altre proteine contenenti l'eme, localizzate principalmente nel fegato e nel midollo osseo.
EME
biliverdina
Eme ossigenasi
Eme ossigenasi 2: espressa costitutivamente nella maggior parte delle cellule e catabolizza leme in condizioni omeostaticheEme ossigenasi 1: viene prodotta quando c eme in eccesso, quindi a seguito di stress metabolico
CO: modula lattivit delle emoproteine legando il ferro; impedisce lossidazione delle stesse proteinePreviene il rilascio delleme dallemoglobina
Ferro: pu catalizzare la formazione di ROS con meccanismo fenton;Viene legato dalla ferritina che possiede anche attivit ferrossidasica (Fe+2 Fe+3)
biliverdina
biliverdina
bilirubina
Biliverdina reduttasi
La biliverdina riduttasi, converte, poi, la biliverdina a bilirubina.
Questi passaggi avvengono principalmente nelle cellule del sistema reticoloendoteliale (fagociti mononucleati).
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2. Trasporto plasmatico: a causa dei legami idrogeno interni, la bilirubina non idrosolubile. La bilirubina non coniugata (a reazione indiretta) perci trasportata nel plasma legata all'albumina e non pu attraversare la membrana glomerulare e quindi non compare nelle urine. Il legame si indebolisce in alcune condizioni (p. es., l'acidosi), mentre alcune sostanze (p. es., certi antibiotici e i salicilati) competono con la bilirubina per i siti di legame dell'albumina.
3. Captazione epatica: sono ancora poco chiari i dettagli della captazione della bilirubina da parte del fegato e l'importanza delle proteine di legame (binding proteins) intracellulari (p. es., la ligandina o la proteina Y). La captazione della bilirubina avviene attraverso un trasporto attivo ed rapida.
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4. Coniugazione: la bilirubina libera concentrata nel fegato viene coniugata con l'acido glicuronico a formare la bilirubina diglicuronide o bilirubina coniugata (a reazione diretta). Questa reazione, catalizzata dall'enzima microsomiale glicuronil-transferasi, rende il pigmento idrosolubile.
5. Escrezione biliare:la bilirubina coniugata viene escreta nei canalicoli biliari insieme agli altri costituenti della bile. Nell'intestino, la flora batterica deconiuga e trasforma la bilirubina in urobilinogeno.
La maggior parte di questo viene convertito in stercobilina ed eliminato con le feci; una piccola quota viene riassorbita (circolazione enteroepatica), ed inviata al rene dove viene convertito in urobilina.
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rene-glucuronidasi battericheurobilina
Cir
cola
zio
ne
ente
roep
atic
a
Bilirubina totale: 0.1 1 mg/dl
Bilirubina indiretta o non coniugata: 0.1 1 mg/dl
Bilirubina diretta o coniugata: 0 0.20 mg/dl
Subittero:
bilirubinemia > 1,5 mg/dl
Ittero:
bilirubinemia > 2,5 mg/dl
GLI ITTERI
Ittero la colorazione giallastra della cute e delle mucose dovuta a concentrazioni di bilirubina superiori a 1,5-2 mg/dl. Classicamente si distingue tra ittero e subittero: questo termine indica la colorazione giallastra delle sclere e della mucosa sottolinguale che si ha quando la bilirubinemia compresa tra 1,5-2 mg/dl.
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Iperproduzione di Bilirubina
Emolisi
Eritropoiesi inefficace
Alterato Metabolismo
Epatico della Bilirubina
Difetto di Coniugazione:s.di Crigler-Najjar
Difetti di Captazione eConiugazione: s. di Gilbert
Difetto di Escrezione: s. diDubin-Johnson, s. di Rotor
Itteri Acquisiti
Difettosa captazione e trasporto(epatiti acute,croniche, da farmaci)
Difettosa coniugazine(latte materno, farmaci)
Itteri da Ostacolato Deflusso
Intraepatico colestasi gravidica IIItrimestre Cirrosi Biliare Primitiva Colangite sclerosante Extraepatico litiasi biliare tumori della v. biliare, tumori della testa del pancreas
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