Aminoacidi

Metabolismo degli aminoacidi

Il nostro corpo riceve alcune proteine dalla dieta, quelle che non possono essere assimilate, mentre altre sono di produzione endogena (sintesi proteica). Le proteine sono molecole altamente solubili e c’è un grande pool di enzimi proteolitici che vengono prodotti ed escreti nel lume intestinale che consentono al nostro apparato digerente di frammentare le proteine in singoli aa o in oligopeptidi che riescono a trovare dei sistemi di trasporto; questi sistemi mentre trasportano i peptidi dentro li frammentano contestualmente. Questi aa dall’enterocita, attraverso i sistemi di trasporto facilitato, vengono esportati nel torrente ematico.

Gli aa servono alla sintesi delle proteine, dei composti azotati, ma in parte servono anche per produrre energia: molti aa possono essere metabolizzati all’interno della nostra cellula per essere dirottati verso la produzione di AcetilCoA e supportare il Krebs.

La digestione delle proteine non avviene nel cavo orale: avremo una previa destabilizzazione proteica in sede gastrica e la digestione vera e propria nel lume intestinale.

Cellule dello stomaco

Nello stomaco abbiamo vari tipi di cellule:

• Cellule parietali: mantengono un pH fortemente acido nella compagine gastrica, secernono acido cloridrico, un acido che fa arrivare i livelli di pH ad 1.5.
• Cellule principali: producono pepsinogeno che è una proteasi nella forma immatura, che poi verrà convertita nella sua forma matura -> la pepsina.
• Cellule della mucosa gastrica: secernono la gastrina (ormone).

La pepsina inizia ad idrolizzare in sede gastrica tutti i legami peptidici qui partecipano con il triptofano, fenilalanina). Gruppo carbossilico gli aa aromatici (tirosina). Poi il prodotto della digestione gastrica passa nel lume intestinale, dove avviene la risposta pancreatica: il pancreas produce sia lo ione bicarbonato, che tampona l’eccesso di acidità, che tutta una serie di enzimi tripsinogeno, chimotripsinogeno, proelastasi, sotto forma di zimogeni e sono: procarbossipeptidasi sia di tipo A che di tipo B.

Il pH acido è indispensabile per la digestione e quando il contenuto dello stomaco passa in sede intestinale c’è una notevole differenza di pH (7.0) ed è lo stesso pH acido che stimola la secretina, produzione di un ormone: la quale stimola il pancreas a secernere ione bicarbonato; quindi da pH 1.5 si passa a pH 7.0, c’è un effetto tampone voluto dalla secretina.

Quando gli aa arrivano in sede duodenale nell’intestino tenue avviene il rilascio di un altro ormone, colecistochinina, che è la che induce il pancreas a secernere gli zimogeni.

Proteasi gastriche e pancreatiche

Proteasi gastriche:

• Pepsina -> è un’endopeptidasi (agisce all’interno delle proteine).

Proteasi pancreatiche:

• Tripsina (endopeptidasi).
• Chimotripsina (endopeptidasi).
• Elastasi (endopeptidasi).
• Carbossipeptidasi A e B (esopeptidasi).

Digestione delle proteine

Il processo digestivo delle proteine si distingue in 3 fasi:

• Gastrico.
• Pancreatico.
• Intestinale.

Il pancreas ha sia una funzione endocrina che esocrina: funzione esocrina (produce molecole), in questo caso produce proteine con attività catalitica molto elevata, che hanno la funzione di digerire le proteine, cioè di idrolizzare i legami peptidici in cui sono coinvolti determinati aa. Questi enzimi sono secreti sotto forma di proteine immature: zimogeni. Poi, una volta nel lume intestinale ci sarà un enzima che attiverà questi zimogeni e la loro attivazione coincide con una regolazione covalente irreversibile, un taglio proteolitico. La tripsina ha un duplice ruolo: 1) ruolo digestivo -> è una endopeptidasi che scinde il legame peptidico carbo-ammidico all’interno della catena proteica; 2) ruolo di attivazione -> quindi traduzione degli zimogeni in proteine mature. Infatti, la tripsina attiverà il chimotripsinogeno, la proelastasi e le procarbossipeptidasi.

Assorbimento degli aminoacidi

L’assorbimento è un fenomeno in cui i protagonisti sono gli enterociti (cellule intestinali) che sono altamente specializzati: hanno sistemi di trasporto specifici per quelle molecole che hanno subito una previa fase digestiva, quindi le riconoscono e importano all’interno del loro lume. Gli enterociti hanno funzione di:

• Assorbimento, tanto che le loro membrane plasmatiche sono caratterizzate dalla presenza di villi che hanno la funzione di aumentare la superficie assorbente; inoltre, si distingue anche una porzione di membrana plasmatica rivolta verso il lume con numerose inter-digitazioni (sempre per l’assorbimento) e una parte abluminale altamente specializzata all’atto dell’assorbimento.
• Controllo di tutto ciò che dal lume intestinale entra nel torrente ematico.

Trasporto degli aa dalla parte luminale alla porzione cellulare o citoplasmatica: un gradiente di Na guida questo trasporto di aa. Si tratta di un sistema che riconosce gli aa e che utilizza l’energia di gradiente del Na per farli entrare. -> Simporto sodio mediato.

Questo trasporto richiede il consumo di energia, perché le concentrazioni di Na all’interno della cellula sono sempre mantenute basse e questo gradiente deve essere mantenuto; per cui questo sistema è modulato dall’antiporto sodio potassio ATP-dipendente.

Diffusione/trasporto degli aa dalla porzione citoplasmatica alla porzione ematica: i villi intestinali, tappezzati dagli enterociti, sono molto irrorati, quindi è un sistema di capillari che garantisce l’assorbimento dei nutrienti. Nella porzione abluminale ci sono una serie di uniporti che riconoscono famiglie di aa e li trasportano verso il torrente ematico.

Abbiamo 4 sistemi di trasporto:

• Per gli aa neutri.
• Per gli aa basici.
• Per gli aa acidi.
• Per la glicina e la prolina.

L’organizzazione dell’ingresso degli aa nel sangue varia a seconda del tipo di trasporto.

Pool intracellulare degli aminoacidi

Il pool intracellulare degli aa è generato da:

• Digestione e assorbimento delle proteine della dieta.
• Degradazione, riciclo delle proteine cellulari. Riciclo o di enzimi digestivi o di proteine delle cellule che si staccano dalla parete intestinale o dall’emoglobina.

Le proteine muscolari sono degradate in seguito al digiuno prolungato e re-sintetizzate dopo l’ingestione delle proteine dietetiche.

Le proteine danneggiate sono degradate dai lisosomi e dal sistema dell’ubiquitina e del proteosoma.

Sistema dell’ubiquitina e del proteosoma

Il proteosoma è il luogo in cui muore la proteina all’interno della cellula, mentre l’ubiquitina è una proteina che si attacca alla proteina danneggiata da degradare rendendola riconoscibile da parte del proteosoma; infatti, l’ubiquitina è caratterizzata da una estremità carbossiterminale che presenta una glicina particolarmente attiva, tramite la quale si lega alle proteine destinate alla proteolisi.

Il proteosoma è un complesso proteolitico ATP dipendente e utilizza quindi energia per il riciclo delle proteine. Esso è caratterizzato da 2 parti: 1) il proteosoma 20 S, che contiene l’attività proteolitica (attività catalitica); 2) una sorta di cappuccio che è la parte ATP dipendente detta ATPasica 19 S, la quale si unisce al proteosoma 20 S per costruire una struttura all’interno della quale viene incanalata la proteina che deve essere degradata. L’energia dell’ATP serve a questo processo e il peptide degradato o gli aa liberi vengono, poi, destinati alle funzioni cellulari.

Quindi, le proteine vengono prima ubiquitinate, entra il proteosoma e l’ubiquitina viene conservata, staccata dalle proteine che sono già state degradate -> c’è un sistema di riciclo dell’ubiquitina. I frammenti peptidici saranno poi ulteriormente degradati in sede citoplasmatica e si creano gli aa liberi (pool di aa intracellulare).

Destino metabolico degli aminoacidi

Gli aa all’interno della cellula inseguono un destino metabolico: essi sono la fonte di eventi molecolari importanti, proprio per il loro scheletro carbonioso e per la presenza dei gruppi amminici, perché l’azoto, all’interno del nostro organismo, e in particolare modo l’azoto legato al gruppo amminico, è una molecola che consente la sintesi proteica, mentre il gruppo amminico è importante perché è protagonista della biosintesi dei nucleotidi. Tuttavia, il gruppo amminico è una struttura che può evolvere negativamente se sfugge dai sistemi di controllo e può diventare ammoniaca. Lo ione ammonio è una molecola altamente basica che, qualora venisse veicolata liberamente nel torrente ematico, provocherebbe un fenomeno detto alcalosi metabolica.

Quindi il destino degli aa all’interno della cellula è:

• Sintesi proteica.
• Essere catabolizzati a scopo energetico. -> È il primo evento che segna il loro catabolismo è il distacco del gruppo amminico. Lo scheletro degli atomi di C può andare a costituire CO2, quindi aa introdotti nel Krebs; oppure questo scheletro carbonioso può diventare glucosio o può essere convertito in AcetilCoA.

Gli aa sotto il profilo catabolico possono essere identificati come:

• Aminoacidi glucogenici: possono essere convertiti in piruvato, oppure consentono al fegato di creare glucosio.
• Aminoacidi chetogenici: possono essere convertiti in AcetilCoA o acetoacetato.

Le reazioni che consentono la degradazione degli aminoacidi sono:

• Transaminazioni catalizzate da enzimi detti transaminasi o ammino-transferasi. Sono tante perché ognuna è specifica per ogni aa.
• Deaminazione ossidativa: deaminazione perché consiste nel distacco irreversibile del gruppo amminico; ossidativa perché contestualmente l’aa che viene deaminato viene anche ossidato a spese di una molecola di NAD che si riduce -> reazione di glutammato deidrogenasi.
• Deaminazione.