Composti azotati - Metabolismo

Metabolismo dei composti azotati

• Deamminazione

Deamminazione ossidativa : consiste in una reazione di ossidazione a carico di un aminoacido, catalizzata da uno specifico enzima (amminoacido-ossidasi + FAD/FMN come coenzima) e portano al distacco del gruppo amminico sotto forma di ammoniaca (NH3), convertendo l'aminoacido nel chetoacido corrispondente. Questi enzimi non hanno grande importanza biologica perché hanno un'efficienza catalitica ridotta; particolare importanza metabolica ha invece la glutammico deidrogenasi un enzima NAD-dipendente che catalizza la deaminazione ossidativa dell'acido glutammico; non appartiene a questa categoria di enzimi però ha un'efficienza catalitica elevata.

Transaminazione : trasferimento reversibile di un gruppo amminico da un aminoacido ad un chetoacido, cosicché l'aminoacido si converta nel chetoacido corrispondente mentre il chetoacido, accettando il gruppo amminico, si converte nel rispettivo aminoacido. Queste reazioni assicurano la circolazione dell'azoto da un aminoacido all'altro.

• Decarbossilazione
Consiste nella rimozione del gruppo carbossilico da un aminoacido, per mezzo degli enzimi aminoacido-decarbossilasi; portano alla produzione di ammine biogene le quali, insieme ai loro derivati, hanno estrema importanza biologica come la noradrenalina e l'adrenalina. Alcune di queste sostanze sono le catecolammine che sono caratterizzate dal possedere il gruppo catecolico (o-diidrossibenzene); per inibire queste sostanze vengono sintetizzati enzimi FAD-dipendenti come la monoammina ossidasi (MAO) e la diammina ossidasi (DAO).

Frammenti monocarboniosi
Durante il metabolismo degli aminoacidi si possono generare frammenti monocarboniosi quali l'idrossimetile, il formile, l'imminoformile, che legandosi all'acido tetraidrofolico (un accettore specifico prodotto dall'enzima diidrofolato reduttasi) possono essere utilizzati in reazioni di carbossilazione o metilazione, come alternativa al coenzima biotina e del derivato attivato della metionina (S-adenosilmetionina).

Biosintesi basi puriniche (adenina e guanina)
Le basi puriniche vengono sintetizzate in due vie: la "de novo" e la via "di recupero". La via de novo non è una via lineare, tant'è che si parla di "puzzle molecolare": la prima tappa consiste nella reazione fra 5PRPP (prodotto dall'attivazione del ribosio 5-fosfato con ATP) e glutammina, con la formazione di 5Pribosilammina e acido glutamico e distacco del gruppo PP. Questa reazione. Questa reazione è irreversibile e perciò l'enzima che la catalizza è l'enzima regolatore dell'intera via. In seguito, alla molecola così ottenuta, si aggiunge la glicina e a questo punto attraverso una serie di ben 10 reazioni catalizzate si forma il precursore delle basi puriniche, INOSINA MONO FOSFATO (IMP); da questa molecola attraverso l'aggiunta di un gruppo amminico (proveniente dall'acido aspartico) si forma l'AMP (adenosinmonofosfato), mentre per generare il GMP l'inosina subisce una reazione di idratazione seguita da una deidrogenazione e dall'aggiunta di un gruppo amminico fornito dalla glutammina. Da un punto di vista metabolico questa via è meno significativa in quanto la via di recupero è così importante che se viene bloccata genera una sindrome detta "sindrome di Lesh-Nyhan". La via di recupero consiste nella reazione fra il PRPP e una base purinica con formazione del corrispondente nucleoside monofosfato.

Biosintesi basi pirimidiniche (citosina e timina e uracile)
La sintesi delle basi piriminiche utilizza il carbamilfosfato prodotto nel citosol a partire da glutammina, ATP e CO2 catalizzata dall'enzima carbamilfosfato sintetasi 2. Il CRBP reagisce con una molecola di acido aspartico per dare acido N-carbamilaspartico che rinchiudendosi su se stesso forma l'acido diidroorotico. Questo viene in seguito deidrogenato ad acido orotico che reagisce con il PRPP dando origine all'OMP che per decarbosiislazione genera UMP. Questo nucleoside può essere convertito in citidinmonofosfato introducendo un gruppo amminico proveniente dalla glutammina, oppure convertito in dTMP (nucleoside dal quale si genera poi la timina) per metilazione.

Ciclo dell'urea
La biosintesi dell'urea avviene nelle cellule epatiche ed è un processo indispensabile per eliminare i gruppi amminici che altrimenti possono generare ammoniaca. L'ammoniaca da un punto di vista chimico non è una base forte ma in un contesto biologico lo è (il cambiamento di 1/100 di unità di pH è comunque un evento drammatico per la cellula).
La confezione dell'urea avviene nell'ambito di un ciclo che prevede anche un passaggio all'interno del mitocondio, questo evento sottolinea di per sé un grande consumo di ATP, infatti globalmente vengono consumate 3 ATP per la biosintesi dell'urea.
All'interno del mitocondrio a partire da 3 ATP, 1 CO2, 1 NH3, 1 H2O si genera carbamilfosfato che all'interno del mitocondrio si lega all'ornitina (che possiede uno specifico di trasporto che le permette di superare tutte e due le membrane del mitocondrio.
Il carbamilfosfato, legandosi all'ornitina, genera la citrullina che esce dal mitocondrio (in questa fase avvenuta nel mitocondrio, la CO2 ha fornito il C dell'urea ed il primo gruppo amminico è arrivato dall'azione della glutammico deidrogenasi mitocondriale).
La struttura a questo punto riceve il secondo gruppo amminico dall'acido aspartico che lo ha ricevuto per transaminazione dall'acido glutammico con consumo di 1 ATP e produzione di acido argininosuccinico. Questo acido libera per idrolisi acido fumarico generando arginina che per entrata di 1 H2O libera una molecola di urea rigenerando l'ornitina.