Svolgono funzioni biologiche di fondamentale importanza e possono essere divise in 7 gruppi principali: •  proteine strutturali (collagene, cheratine); •  proteine catalitiche (enzimi); • proteine di trasporto (emoglobina, albumina); • proteine regolatorie (ormoni); • proteine di protezione (anticorpi, trombina); •  proteine contrattili (actina, miosina) •  proteine di riserva (ovoalbumina, caseina)

Fabbisogno proteico

10 -15 % Kcal/die (Razione Dietetica Raccomandata)

Neonato = 2.2 gr/Kg di p.c./die Bambino = 1.5 gr/Kg di p.c./die Adulto = 1.0 gr/Kg di p.c./die

Gli amminoacidi provenienti dai processi degradativi e digestivi vengono utilizzati principalmente per la sintesi delle proteine o di

altri composti azotati come le basi azotate

L’organismo deve continuamente costruire nuove proteine non solo durante l’accrescimento ma anche in età adulta (turnover); per far ciò c’è bisogno di nuovo materiale proteico proveniente dall’esterno per rifornire il

“pool” di amminoacidi corporeo

AMMINOACIDI

Dieta

Sintesi ex-novo

Degradazione delle proteine

DIGESTIONE ED ASSORBIMENTO DELLE

PROTEINE (avviene nel tratto gastro-intestinale)

L’assorbimento intestinale

Localizzata sulla membrana

plasmatica degli enterociti

*

*

AMMINOACIDI

Dieta

Sintesi ex-novo

Degradazione delle proteine

Il turnover delle proteine può durare da poche ore a decine di giorni Proteasi intracellulari presenti: CALPAINE (attivate da Ca2+) PROTEASI NEUTRA nel citosol *PROTEASOMA (ATP-dipendente) CATEPSINE --------------------à nei lisosomi

SEGNALI BIOCHIMICI PER LA DEGRADAZIONE DELLE PROTEINE -  Ubiquitazione -  residuo N-terminale: Phe, Leu, Tyr, Trp, Lis, Arg, Asp - ossidazione di residui aminoacidici (ARG, LIS, PRO) -  sequenze PEST, prolina (P), acido glutammico (E), serina (S) e treonina (T).

La maggior parte delle proteine corporee è continuamente sintetizzata e degradata; ciò permette l’eliminazione delle proteine anomale o non più necessarie (es. proteine regolatorie)

Qual è il destino metabolico degli amminoacidi che si rendono liberi durante la digestione o il turnover

delle proteine?

Quantità totale di aa 500gr/die

~ 100gr ~ 400gr dieta rilasciati dalla degradazione delle proteine

400gr vengono utilizzati per la sintesi delle proteine 100gr sono metabolizzati

Biosintesi di amminoacidi ex-novo (variabile)

Gli amminoacidi in eccesso rispetto alle necessità biosintetiche non possono essere né accumulati né escreti e vengono utilizzati come fonte di energia

Gli amminoacidi in eccesso rispetto alla richiesta vengono catabolizzati a scopo energetico o possono essere convertiti in glicogeno o in trigliceridi ed essere così immagazzinati dall’organismo Un accentuato catabolismo degli amminoacidi, che si formano per incremento dell’idrolisi delle proteine tissutali (prevalentemente muscolari), si verifica quando, esaurite le riserve glucidiche, l’organismo deve ricavare energia da altre fonti tra cui lo scheletro carbonioso degli aminoacidi (digiuno prolungato). In queste condizioni il principale destino metabolico dello scheletro carbonioso è la sua conversione in GLUCOSIO mediante la GLUCONEOGENESI

Il distacco del gruppo a-amminico degli amminoacidi avviene mediante processi di TRANSAMINAZIONE

seguiti dalla DEAMMINAZIONE OSSIDATIVA

R1 R1 R2 R2

TRANSAMINAZIONE: trasferimento reversibile del gruppo amminico da un amminoacido ad un a-chetoacido catalizzato dalle TRANSAMINASI (AMMINOTRANSFERASI)

Tutti gli aa tranne Lisina e Treonina sono suscettibili di transaminazione

Poiché l’accettore del gruppo amminico è quasi sempre l’a-chetoglutarato, il nome di una transaminasi dipende dallo specifico donatore del gruppo amminico

1

2

1 Alanina amminotransferasi (ALT) (Glutammato-Piruvato transaminasi, GPT)

2 Aspartato amminotransferasi (AST) (Glutammato-Ossalacetato transaminasi, GOT)

Le transaminasi catalizzano reazioni

prossime all’equilibrio la cui direzione in vivo

dipende dal rifornimento di

substrato e dalla rimozione del

prodotto

Il glutammato incanala i gruppi amminici sia nelle vie biosintetiche (sintesi amminoacidi, nucleotidi e ammine biogene) sia nella sequenza finale delle reazioni in cui si formano i prodotti azotati da eliminare (utilizzo dello

scheletro carbonioso)

Reazione di DEAMMINAZIONE OSSIDATIVA catalizzata dalla Glutammato Deidrogenasi, presente solo nei mitocondri, costituito da 6 subunità identiche, KM elevata per l’NH3, sottoposto a regolazione allosterica: •  GTP modulatore negativo •  ADP modulatore positivo •  Utilizza NADPH nella direzione di produzione di Glutammato

transaminasi

GlutammatoDH

L’azione combinata delle transaminasi (o amminotransferasi) e della

glutammato deidrogenasi viene detta “transdeamminazione”

L’effetto netto di queste due reazioni è il rilascio di gruppi a-amminici sotto forma di ammoniaca e la formazione di

a-chetoacidi

Il glutammato viene trasportato dal citosol nei mitocondri dove viene sottoposto a

deamminazione ossidativa.

anello piridinico sostituito

Il PLP è la forma coenzimatica la cui formazione è ATP dipendente

Sito attivo dell’enzima TRANSAMINASI

Gruppo prostetico legato all’enzima mediante interazioni non covalenti molto forti e mediante la formazione di una base di Schiff con un residuo di Lys del sito attivo

Tutte le transaminasi (amminotransferasi) utilizzano il

coenzima piridossal fosfato (derivato della vitamina B6)

Anche se la degradazione degli amminoacidi avviene prevalentemente nel FEGATO, altri tessuti possono degradare gli amminoacidi

Esempio: il MUSCOLO utilizza gli amminoacidi

a catena ramificata (Valina, Isoleucina e Leucina) come fonte di energia nell’esercizio

prolungato e nel digiuno ma……….

non possiede gli enzimi del Ciclo dell’UREA

Nel tessuto muscolare, la via di trasporto dell'ammoniaca è particolare. A seguito della glicolisi si forma un quantitativo elevato di piruvato. Questo chetoacido accetta un gruppo amminico dal glutammato mediante l'intervento dell'enzima alanina amminotransferasi (ALT) con la conseguente sintesi dell'alanina. L'alanina così formata si d i r i g e d a l m u s c o l o a l f e g a t o trasportando con sé il gruppo amminico. Ne l f ega to t a l e g r uppo v i e ne allontanato e si forma nuovamente piruvato che entra nella gluconeogenesi per formare il glucosio. Per questo motivo questo particolare processo di eliminazione dello ione ammonio viene definito ciclo glucosio-alanina

Ciclo del Glucosio-Alanina (fegato/muscolo)

(ALT)

(Fegato/Muscolo)

Ciclo del Glucosio-Alanina Ciclo Del Glucosio-Lattato (Ciclo di Cori)

Ammoniaca (animali ammoniotelici)

Urea (animali ureotelici)

Acido urico (animali uricotelici)

ELIMINAZIONE DELL’AZOTO

Ciclo dell’UREA

L’eccesso di ammoniaca deve essere eliminata dall’organismo. Nella maggioranza dei vertebrati terrestri e nei mammiferi l’azoto viene eliminato sotto forma di u r e a c h e v i e n e sintetizzata nel fegato e d o p o e s s e r e s t a t a r iversata in c irco lo , raggiunge i reni e viene escreta con le urine

Trasporto dell’ammoniaca prodotta a livello dei tessuti al fegato

ALT

GluDH

La glutammina rappresenta la principale forma di trasporto dell’ammoniaca (circa il 50%)

Di norma è presente nel siero a concentrazioni molto più elevate di quelle degli altri

amminoacidi

Regione periportale

L’ammoniaca è trasportata dalla glutammina nella maggior parte dei tessuti, ma dall’alanina nel muscolo

Nei tessuti: glutammato + NH4

+ + ATP Glutammina + ADP + Pi (glutammina sintetasi) Nel fegato (regione periportale): Glutammina + H2O Glutammato + NH4

+ (glutamminasi) Glutammato + NAD(P)+ α-KG + NAD(P)H + NH4

+ (glutammicoDH)

Da dove derivano gli ioni ammonio?

IL CICLO DELL’UREA L’urea è la forma principale di

eliminazione dei gruppi amminici provenienti dagli amminoacidi e

costituisce il 90% circa dei composti urinari contenenti

azoto

Aspartato + NH4+ + HCO3

- + 3ATP + H2O

Urea + fumarato + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi

Ciclo dell’UREA

•  Contributo mitocondriale

•  Contributo citosolico

OSSALACETATO

L’aspartato è il donatore del secondo gruppo amminico per la formazione dell’urea

La velocità del ciclo dell’ UREA è determinata da una regolazione a lungo termine e da una a breve termine

i cinque enzimi del ciclo sono sintetizzati

-  ad elevata velocità durante i periodi di digiuno o con diete ricche di proteine

-  a velocità molto inferiore con diete povere di proteine e ricche di carboidrati

Regolazione a lungo termine:

Regolazione a breve termine:

la regolazione allosterica del primo enzima della via metabolica,

la carbamil fosfato sintetasi I (N-acetilglutammato)

Ciclo dell’urea: NH3 + HCO3- + aspartato + 3ATP + H2O

----à UREA + fumarato + 2 ADP + 2Pi + AMP + PPi

•  richiede 3 ATP + ione Ammonio + Aspartato + bicarbonato

•  Produce UREA + fumarato + 2ADP + 2 Pi + AMP + PPi

•  il FUMARATO entra nel TCA •  N.B. costo energetico: 4 ATP consumate,

2,5 ATP prodotte= 1,5 ATP

Un deficit degli enzimi epatici preposti al CICLO DELL’ UREA (mitocondriali o citosolici) causa iperammonemia.

Metabolismo dell’ammoniaca

M e t a b o l i s m o