24 Metabolismo degli aminoacidi Reazioni di deaminazione e ciclo dell urea

Metabolismo degli aminoacidi

Reazioni di deaminazione e destino metabolico dell’NH₃

Ciclo dell’urea

Durante il digiuno, a seconda del n° di giorni, si ha aumento/rallentamento della degradazione delle proteine che avviene per azione delle proteasi lisosomiali o del proteasoma, che porta in ogni caso alla liberazione dei 20 aa costituenti. Per poterli utilizzare devono però essere privati del gruppo amminico.

Il pool di aa deriva, in situazione di un individuo normale (non a digiuno):

• In parte dalle proteine alimentari (digestione);
• In parte dalla sintesi endogena (per quegli aa non essenziali sintetizzati a partire da precursori);
• Ma anche dalla degradazione delle proteine, composti che hanno un loro normale turnover.

~ 50-80 g/giorno. Questi aa possono essere usati per produrre E, una volta liberati del gr. amminico: per produrre lo scheletro carbonioso del glucosio e di alcuni intermedi del ciclo del TCA. L'E che proviene da queste fonti è però estremamente ridotta rispetto ad es. a quella che deriva dagli ac. grassi.

1 cal = 4,128 Joule.

Gli aa possono essere utilizzati anche per formare altri composti azotati dell'organismo e per sintetizzare proteine → la quantità di aa che derivano dalla degradazione sono infatti utilizzati per fare altre proteine.

* Tirosina è considerata condizionalmente essenziale ma in realtà è semiessenziale perché può derivare dalla fenilalanina, essenziale. Sono quelli che l'organismo è potenzialmente in grado di sintetizzare nell'organismo, non però se l'organismo è in accrescimento → serve un'integrazione dietetica.

Piruvato, ossalacetato e α-chetoglutarato sono i 3 α-chetoacidi più importanti → i 3 aa più importanti sono alanina, aspartato e glutammato, coinvolti nel ciclo dell'urea e nell'eliminazione di N dal rene.

Ad eccezione di prolina, treonina e lisina, tutti gli altri aa possono essere trasaminati → tutti possono trasferire il gr. amminico. → Transaminazione = interconversione tra aa.

Dei 3 chetoacidi l'α-chetoglutarato, che diventa glutammato, ha importanza maggiore nell'acquisire il gruppo amminico: il glutammato, e solo lui, può subire infatti l'azione della glutammato-DH che porta a liberazione di ioni ammonio → deaminazione ossidativa, avviene SOLO per il glutammato, unico dei 3 aa che quindi può liberare ioni ammonio.

Prodotti di degradazione dello scheletro carbonioso degli aminoacidi

Aminoacidi glucogenici e aminoacidi chetogenici

Gli aa, per essere utilizzati a scopi E o per produrre glucosio e corpi chetonici, devono subire reazione di deaminazione. Per rimuovere il gr. amminico esistono diverse reazioni; una delle più importanti è la transaminazione → il gr. amminico non viene perso ma è una reazione in cui viene trasferito da un composto ad un altro.

Avvengono ad opera di amminotransferasi e coinvolgono sempre un aa e un α-chetoacido affinché uno si trasformi nell'altro. È indispensabile la vitamina B6 nella forma attiva di PALP.

Corpi chetonici. Treonina. Rimozione del gruppo amminico: reazioni di transaminazione mediante amminotransferasi.

Aminotransferasi importanti

Ci sono 2 importanti aminotransferasi:

• Glutammato-piruvato aminotransferasi (GPT);
• Glutammato-ossalacetato aminotransferasi (GOT).

PALP. Reazioni reversibili.

NB: sono reazioni ampiamente reversibili → la direzione dipende dai livelli di substrati e prodotti e dalle richieste della cellula.

Aspartato trasferisce il suo gr. amminico su ossalacetato che diventa glutammato (AST).

Da alanina ad α-chetoglutarato. α-chetoacido accettore è l'ossalacetato.

PALP. Glutammato-ossalacetato aminotransferasi (GOT).

Sono enzimi citosolici → se presenti a livello del sangue vuol dire che c'è degradazione a livello epatico o del miocardio → utilizzati in test diagnostici.

Rimozione del gruppo amminico

Reazioni di deaminazione ossidativa

Reazioni di deaminazione ossidativa catalizzata dalla glutammato deidrogenasi localizzata nei mitocondri mediante vera e propria eliminazione di ioni ammonio.

NAD⁺. Reazione reversibile. NADH + H⁺.

Deaminazione ossidativa: NADP⁺.

• Ox del C a cui è legato il gr. amminico attraverso l'intervento del NAD che si riduce a NADPH;
• Imminoacido;
• Idrolisi con liberazione di ioni ammonio e α-chetoglutarato, utilizzato nel ciclo del TCA come intermedio.

NADH: si forma + H⁺. α-Glutammato.

ADP e GDP. Glutammato. Reazione reversibile. ATP, GTP e NADH.

Si ha quindi liberazione di gr. amminici che possono essere escreti. È una deidrogenasi che può procedere quindi anche in senso opposto verso la amminazione riduttiva, catalizzata dallo stesso enzima, ma il coenzima utilizzato è il NADPH che, legando i gr. amminici liberi all'α-chetoglutarato, si ossida a NADP⁺ formando glutammato.

La glutammato DH è un enzima mitocondriale → i substrati devono trovarsi nel mitocondrio. La direzione della reazione dipende dalle richieste E. È infatti:

• Attivata da ADP e GDP, quando i livelli E diminuiscono;
• Inibita da ATP, GTP e NADH, che indicano che il ciclo del TCA è efficiente e l'α-chetoglutarato può essere utilizzato per produrre glutammato.

Ciclo dell’acido citrico. α-chetoglutarato.

Reazioni di deaminazione ossidativa mediante aminoacido ossidasi flaviniche

Rimozione del gruppo amminico: reazioni di deaminazione ossidativa catalizzate da aminoacido ossidasi flaviniche localizzate nei perossisomi del fegato e rene.

aa ossidasi a livello perossisomale.

Esistono reazioni di aa ossidasi che contengono coenzimi flavinici. Si trovano in fegato/rene e possono agire sia su L che D aa.

• L-aminoacido ossidasi FMN-dipendente, scarso significato fisiologico;
• D-aminoacido ossidasi FAD-dipendenti hanno FMN come coenzima ma la loro rilevanza è limitata.

La reazione procede con l'ox e la formazione di imminoacido, seguita da idrolisi e liberazione di gr. ammonio e formazione del chetoacido corrispondente.

FMN. FMNH. R. R. O. O. FAD. FADH₂.

Le D-aa ossidasi sono invece FAD-dipendenti e sono importanti perché possono ox e deaminare i D aa introdotti dalla dieta, prodotti dal met. della flora intestinale e che, se non degradati, potrebbero andare ad interferire con il met. degli L-aa, normalmente utilizzati per la sintesi proteica.

O₂ + H₂O₂ → H₂O. Catalasi.

I coenzimi ridotti non possono essere riossidati a livello della catena respiratoria mitocondriale in quanto queste reazioni avvengono nei perossisomi → vengono ossidati grazie all'O₂ molecolare ad acqua ossigenata, eliminata e degradata poi dalle perossidasi e dalla catalasi a composto come ossigeno ed acqua, non tossici.

Queste reazioni sono importanti per eliminare aa con la configurazione scorretta, aa che interferiscono con il normale met. dell'organismo.

Reazioni di deaminazione non ossidativa

Rimozione del gruppo amminico: reazioni di deaminazione non ossidativa mediante. La rimozione del gr. amminico avviene in questo caso per semplice idrolisi, ma sono tutte reazioni che richiedono vitamina B6 nella forma di piridossal fosfato (PALP).

H O. Serina deidratasi. 2 PALP. PALP = temporaneo accettore dei gruppi amminici. CHCH₃. Piruvato.

H O₂. PALP. Treonina deidratasi. SuccinilCoA. CHCH₂. CHCH₃.

1. Rimozione iniziale di una molecola di H₂O;
2. Spostamento del doppio legame, che forma l'imminoacido;
3. La successiva idrolisi forma l'α-chetoacido.

α-chetobutirrato.

H S₂. Cisteina desulfidrasi. PALP.

In questo caso si ha eliminazione di un gruppo sulfidrilico invece dell'acqua.

CHCH₃. Piruvato.

Destino metabolico dei gruppi amminici e dell’NH₃ prodotti nei tessuti

Dona gruppo amminico della catena laterale. Reazioni di amminazione riduttiva o transaminazione.

Da aminoacidi per reazioni biosintetiche o altri composti azotati, es. basi azotate.

Tutte queste reazioni possono avvenire in tutti i distretti dell'organismo, che possono quindi liberare i loro gruppi amminici.

Glutamina sintetasi. RENE.

Gli ioni ammonio sono tossici per l'organismo perché alterano il pH → devono essere eliminati attraverso il rene come glutammina oppure attraverso il fegato per formazione di urea.

La glutammina trasporta 2 gruppi amminici: quelli provenienti dalle reazioni di transaminazione e quelli che devono essere trasportati dai tessuti extraepatici per essere eliminati.

L-glutammato. Glutammina sintetasi. Glutamminasi. Glutammato deidrogenasi (mitocondriale). Glutamminasi. Alanina amino transferasi. γ-glutamilfosfato.

Glutammina. Ciclo del glucosio-alanina. Glutammina sintetasi. L-glutammina. Alanina.

Gli ioni ammonio devono essere trasportati agli organi deputati alla loro eliminazione. Non possono essere trasportati come ammo