5 - Metabolismo epatico delle proteine e processi di detossificazione

VLDL.

In caso di dieta iperproteica ed ipoglucidica (esempio Dukan) avremo un rapporto insulina/

glucagone fortemente a sfavore dell’insulina, ne consegue:

Gluconeogenesi a partire dagli acidi grassi con modibilitazione dal tessuto adiposo (rimuovo

• massa grassa)

La massa magra non viene intaccata perché con la dieta introduco aas.

• Tuttavia se sono in uno stato di benessere energetico glucosio ed aas saranno indirizzati verso la

• sintesi di acidi grassi (glucosio→piruvato→AcetilCoA; aas chetogenici→AcetilCoA;

AcetiCoA+OAA→Citrato→Acidi Grassi→aumento VLDL)

Inoltre queste diete danno sovraccarico renale!

• 10

DRASTICHE CONDIZIONI IPERCATABOLICHE

In particolare condizioni di stress date ad esempio da traumi, interventi chirurgici, ustioni o

infezioni nel nostro organismo sarà diminuita la secrezione di insulina ed aumentati i livelli di

cortisolo ed altri GC, glucagone ed adrenalina che stimolano i processi catabolismo. Questo stato di

ipercatabolismo serve assicurare la degradazione della massa magra, quindi la disponibilità di aas

per il sistema immunitario e per la sintesi delle proteine di fase acuta.

Immaginiamo una condizione di sepsi, le cellule del sistema immunitario attivate secernono

molecole che stimolano l’asse-ipotalamo-ipofisi-surrene ed ipotalamo-ipofisi-pancreas, avremo

pertanto:

Nella midollare del surrene ↑Adrenalina (catecolamina)

• Nella corticale ↑Cortiosolo e GC

• Nel Pancreas ↑Glucagone.

•

Il Glucagone, al contrario dell’insulina, rallenta l’uptake di aas da parte del muscolo inibendo perciò

la sintesi proteica e favorendo il catabolismo proteico.

Adrenalina e Cortisolo stimolano la degradazione delle proteine muscolari.

Alanina, Glutammina ed altri aas derivati dalla degradazione delle proteine muscolari vanno in

circolo:

La glutammina viene captata dall’intestino dove la glutammina sintetasi cede il gruppo amminico

• al piruvato per formare Alanina che va al fegato

L’alanina ed altri vanno al fegato er fare gluconeogenesi ed aumentare la glicemia in circolo; il

• glucagone facilita l’iptake di aas a livello epatico ed i macrofagi rilasciano molecole (IL, TNF,

citochine) che stimolano la sintesi delle proteine di fase acuta (PCR, fibrinogeno…)

Alcuni aas vengono captati dalle cellule del SI che li utlizzano per la biosintesi delle basi azotate.

•

Problema: in una condizione di sepsi, l’ipercatabolismo porta ad un’aumento della glicemia, questo

può rappresentare un problema per i soggetti affetti da diabete, in queste condizioni sarebbe quindi

raccomandabile la somministrazione di insulina anche se si mangia poco (lo stress diminuisce

l’appetito). 11

Fine metabolismo proteico

PATOLOGIE LEGATE AL METABOLISMO DEGLI AMINOACIDI

Le patologie che comportano un alterato metabolismo degli aas sono tutte patologie rare

(prevalenza <1/2000) che si manifestano in presenza di carenze enzimatiche. Di queste andiamo a

studiare la Fenilchetonuria che è la ‘meno rara’.

FENILCHETONURIA (PKU)

Generalità - Prevalenza di 1/10000. È Dovuta al deficit della Fenil-alanina-idrossilasi, enzima

epatico che converte la fenilalanina (aa essenziale) in tirosina (aa semiessenziale), con conseguente

accumulo di fenilalanina in circolo che non può essere metabolizzata.

Un eccesso di Phe in circolo è pericoloso perché supera la barriera ematoencefalica provocando

gravi danni a livello del SNC e diminuzione del Q.I.

Phe: -R= -CH2 + anello benzenico

La Phe-idrossilasi addiziona un gruppo -OH all’anello convertendola in tirosina, utilizzando

come cofattore BH4 (tetraidrobiopterina)

La tirosina è precursore della melanina, la reazione è catalizzata dall’enzima tirosinasi il cui

deficit causa albinismo.

Diagnosi - La malattia è grave ma può essere diagnosticata alla nascita e, se si interviene nell’arco

di pochi giorni allontanado quasi completamente la Phe dall’alimentazione, lo sviluppo del bambino

sarà perfettamente normale. La dieta risulta tuttavia complicata.

Lo screening neonatale avviene mediante il TEST di GUTHRIE:

1. Viene prelevata una goccia di sangue tramite una puntura sul tallone.

2. La goccia viene messa su un foglietto di carta assorbente che viene inviato in laboratorio.

3. In laboratorio il pezzo di carta viene posto su agar in presenza di una molecola che impedisce

l’utilizzo della Phe. Possiamo avere 2 diversi risultati:

A. In condizioni normali Bacillus sottilis non cresce perché necessita di Phe.

B. Se nel campione è presente molta Phe, il competitore non risulterà sufficiente ed il batterio

crescerà. Se il batterio cresce, l’eccesso di Phe può essere dovuto a deficit dell’enzima o

deficit del cofattore. Si prosegue quindi con il test della BH4.

- se il test è positivo l’enzima è funzionante quindi è sufficiente somministrare BH4 per

via orale.

- se il test è negativo siamo in presenza di un deficit enzimatico.

Parliamo di soggetto phenilchetonurico se Phe <600-1200 micromolare.

Sintomatologia: ritardo dello sviluppo, rachitismo, crisi epilettiche, vomito, colore chiaro perché

dalla tirosina si forma la melanina ed un eccesso di Phe va a rallentare la tirosinasi che trasforma la

tirosina in melanina. I pazienti non trattati sviluppano deficit cognitivo e motorio permanente e

severo. 12

Patogenesi molecolare:: Le mutazioni alla base della malattia sono diverse, ciò giustifica le diverse

forma con diversa gravità ed i diversi quadri clinici dei soggetti. Il gene è localizzato sul braccio

corto del cromosoma 12.

Biochimica: L’individuo sano possiede a livello del fegato una funzionante

fenilalanina idrossilasi che converte la Phe in Tirosina.

Se manca la Phe-idrossilasi la conseguenza immediata è l’accumulo di Phe in

circolo. La Phe può tuttavia essere metabolizzata attraverso vie metaboliche

alternative:

1. La Phe può essere transaminata a Fenil-Piruvato (l’accettore del gruppo

amminico è il piruvato che diventa Alanina). Il Fenilpiruvato è un chetone

(da cui il nome della patologia) e può subire due processi:

2. Può essere decarbossilato a Fenilacetato (conferisce un’odore

caratteristico a cute e capelli).

3. Può essere ridotto a Fenillattato.

La seconda conseguenza è la mancata produzione di Tirosina e la tirosina che si assume con la dieta

non è sufficiente a ripristinare i normali livelli di tirosina in circolo.

La Tirosina serve per:

Biosintesi delle proteine tissutali

• Formazione della melanina mediante l’enzima tirosinasi (che è inibito da alte concentrazione di

• Phe), ciò giustifica la colorazione chiara di pelle e capelli dei soggetti affetti.

Formazione DOPA quindi delle catecolammine (adrenalina e noradrenalina) mediante l’enzima

• tirosina idrossilasi (inibito da alte concentrazione di Phe).

Lo scheletro carbonioso della tirosina può dare fumarato, che entra nel ciclo di Krebs, ed

• acetoacetato (corpo chetonico che va in circolo e viene utilizzato dai tessuti che sono in grado di

catabolizzarlo).

Un eccesso di Phe medierebbe inoltre i seguenti effetti:

La Phe va ad inibire la triptofano idrossilasi che permette di ottenere Serotonina dal Triptofano.

• Un eccesso di Phe in circolo va infiine ad interferire con il trasportatore dei grandi aas neutri a

livello della barriera emato-encefalica con diminuzione dell’ingresso di triptofano, che aggrava

ulteriormente la deplezione di serotonina (senso di benessere).

La competizione per i trasportatori della barriera ematoencefalica, sembrerebbe diminuire la

• concentrazione di aas all’interno, interferendo quindi con la sintesi di neurotrasmettitori; tuttavia

non tutti i ricercatori concordano su questo ultimo punto., sembra infatti che la concentrazione di

13

aa rimanga invariata, probabilmente dovuto ad un

aumento del numero dei trasportatori (??).

Un eccesso di Phe a livello cerebrale competerebbe

• con il Piruvato per l’ingresso nei mitocondri: ne

consegue minor conversione del piruvato in

AcetilCoA e minor produzione di ATP.

La Phe inibisce la beta-HMGCoA (da

• Mevalonato), con conseguente riduzione dei livelli

di colesterolo che è importante per la formazione

della guaina mielinica; questa alterazione della

mielina è stata riscontrata in modelli sperimentali e

supporterebbe le problematiche cognitive

caratteristiche dei soggetti affetti.

In sintesi nei soggetti affetti vengono a mancare

molti importanti neurotrasmettitori, ATP e

colesterolo e si formano fenilpiruvato, fenillattato e

fenilacetato.

APPROCCIO TERAPEUTICO STANDARD:

Diagnosi precoce ed adozione di un regime

• alimentare privo di Phe e ricco di Tirosina

consentono uno sviluppo normale; la tendenza

all’interruzione della dieta in età adulta è associata ad un brusco calo del QI ed all’insorgenza di

uno stato di malessere generale, pertanto si suggerisce di mantenere ridotta l’assunzione di Phe

anche negli adulti. Questa sembra attualmente l’unica strategia veramente efficacie; tuttavia la

dieta è difficile da seguire e comporta deficit nutrizionali; inoltre ha basse proprietà organolettiche

e rappresenta un problema socio-economico in quanto i prodotti sono molto costosi.

KUVAN (forma sintetica del cofattore BH4) - Sembra che la somministrazione di Kuvan sia di

• aiuto anche ai soggetti con deficit dell’enzima (e non del cofattore).

Altra strategia terapeutica è l’utilizzo di grandi aminoacidi neutri che possono competere con la

• Phe per i trasportatori a livello cerebrale.

Dieta vegetariano-simile

• Utilizzo Glicomacropeptide (GMP), proteine naturali ricche di aas ma scarse di Phe.

• Somministrazione di 5-idrossitriptofano, forma che attraversa facilmente la barriera

• ematoencefalica.

Approccio diverso: TERAPIA ENZIMATICA SOSTITUTIVA

La somministrazione di Phe-idrossilasi ricombinante non è possibile in quanto l’enzima è instabile,

ha una struttura complessa e necessita del cofattore; da anni la ricerca è orientata verso l’utilizzo

della Fenilalanina-ammonio-liasi (PAL) enzima diverso che svolge la stessa funzione della Phe-

idrossilasi. PAL è un enzima originario di un’alga che viene ricostruito in laboratorio mediante la

tecnologia del DNA ricombinante. Vantaggi:

Struttura molto più semplice e stabile della Phe-idrossilasi.

• Non necessita del cofattore.

• Trasforma la Phe in un composto eliminabile con le urine.

• 14

In studi preclinici PAL è stata somministrata su modelli murini mostrando una breve emivita in

circolo a