Biochimica

ATP.

Sulla base di questo discorso, possiamo dividere gli aminoacidi delle proteine in 3 gruppi:

1) glucogenetici: dalla loro degradazione si ottengono delle molecole, che possono portare alla sintesi

di glucosio; sono la maggior parte (glicina, alanina, serina, cisteina, valina, asparagina, aspartico,

glutammico, glutammina, arginina, prolina, istidina, metionina). Producono composti che sono:

acido ossalacetico (ossalacetato), fumarato, succinato, ecc..., tutti intermedi del ciclo di Krebs.

Questi possono, quindi, produrre glucosio con la gluconeogenesi (ad es. in situazioni di

ipoglicemia);

2) chetogenetici: sono soltanto due, leucina e lisina; dalla loro degradazione si ottengono acetato o

aceto acetato. Questi due composti legati al coenzima A, sono i prodotti della beta ossidazione (ciò

che si ottiene dalla degradazione degli acidi grassi) e possono essere utilizzati come intermedi per

le sintesi di acidi grassi, colesterolo e corpi chetonici (molecole lipidiche);

3) gluco e chetogenetici: dalla loro degradazione danno origine a più tipi di molecole, ad es. sia

acetilcoenzima A, e quindi aceto acetato (prodotto chetogenetico), sia ossalacetato, che porta alla

sintesi di glucosio. Questi aminoacidi sono isoleucina, trionina, triptofano, fenilalanina e tirosina.

Da un punto di vista nutrizionale, gli aminoacidi vanno classificati in 2 gruppi:

1) Aminoacidi che possono essere sintetizzati dal nostro organismo;

2) Aminoacidi che il nostro organismo non può sintetizzare (aminoacidi essenziali). Questi sono 9 e

sono tutti caratterizzati dal fatto che hanno una catena laterale molto complessa, la cui sintesi

richiede numerose reazioni e consumo di grandi quantità di ATP; per questo motivo il nostro

organismo ha smesso di sintetizzarli e noi li introduciamo con la dieta.

L'arginina è un aminoacido un po' particolare, perché da adulti siamo in grado di sintetizzarlo, ma

nei primi anni di vita no: è essenziale soltanto nell'infanzia.

Gli aminoacidi derivano dalla degradazione per idrolisi delle proteine oppure dall'introduzione

nell'organismo tramite gli alimenti. In ogni caso, gli aminoacidi, da un punto di vista metabolico, come

prima cosa allontanano il gruppo amminico contenente l'azoto: si forma ammoniaca (NH₃), che è una base

di Lewis e, quindi, nel sangue tende a prendere uno ione idrogeno, diventando ione ammonio (NH₄⁺).

Una volta che all'aminoacido è stato tolto questo gruppo, rimane lo scheletro carbonioso: ogni aminoacido

dei 20 delle proteine subisce poi una via degradativa diversa (perché ogni aminoacido ha una catena

laterale diversa). Questi scheletri carboniosi vengono convertiti in intermedi del ciclo di Krebs, o ciclo

dell'acido citrico; con questo sistema vengono utilizzati per produrre energia: infatti, nel ciclo di Krebs,

queste molecole vengono ossidate e alla fine si formano CO₂ e H₂O. In particolare, gli elettroni vengono

trasferiti ai coenzimi NAD e FAD, che poi li trasportano all'ultima fase del catabolismo che si chiama catena

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di trasporto degli elettroni. L'accettore finale è l'ossigeno, il quale si trasforma in acqua. Con tutto questo

processo, produciamo circa il 15% dell'ATP che ci serve ogni giorno.

Lo ione ammonio, invece, può essere:

utilizzato per sintetizzare nuovi aminoacidi, che poi andranno a sintetizzare nuove proteine;

 convertito in una molecola chiamata carbamil fosfato, che entra nella via metabolica del ciclo

 dell'urea, nel fegato. L'urea è una molecola contenente due gruppi amminici, che viene liberata nel

sangue e, tramite il filtro renale, finisce nelle urine. E' la modalità principale con cui il nostro

organismo elimina l'azoto: il bilancio di azoto è così pressoché costante. La concentrazione di azoto

può essere misurata dal sangue come azotina.

Fra il ciclo di Krebs e il ciclo dell'urea esiste un punto di connessione: infatti, ci sono dei metaboliti

intermedi, che sono comuni fra i due cicli metabolici e prendono parte a un ulteriore ciclo.

Ci sono varie modalità di eliminazione del gruppo amminico negli aminoacidi:

Deaminazione ossidativa

 L'aminoacido glutammato (o acido glutammico) reagisce con acqua e il gruppo amminico si stacca

sottoforma di ione ammonio. Questo era legato al carbonio alfa (il secondo atomo di carbonio), che

si converte in un carbonio chetonico (C=O). Il composto che si forma dal glutammato si chiama alfa-

chetoglutarato (perché il carbonio alfa possiede un gruppo chetonico). Questa reazione è

catalizzata da glutammato deidrogenasi. E' un ossidoriduzione: il glutammato viene ossidato,

mentre il coenzima NAD si riduce e diventa NADH + H⁺. Può partecipare anche il coenzima NADP.

Questa reazione avviene con l'enzima glutammato deidrogenasi nel caso del glutammato, ma non

funziona allo stesso modo per gli altri aminoacidi. Le deidrogenasi degli altri aminoacidi sono FAD -

dipendenti e sono poco efficienti; nel nostro organismo riescono a catalizzare una bassissima

percentuale di reazioni. Nella deaminazione ossidativa l'unico vero enzima che funziona è, appunto,

la glutammato deidrogenasi e, alla fine, l'unico aminoacido, che con questo tipo di reazione libera

NH₄⁺ è proprio l'acido glutammico.

Deaminazione non ossidativa

 E' un altro modo per allontanare il gruppo amminico dagli altri aminoacidi. Può avvenire solo per

pochi aminoacidi: serina, trionina, cisteina e istidina.

Transaminazione

 Trans = trasferimento di gruppo amminico; avviene per tutti gi altri aminoacidi.

Il trasferimento avviene da un aminoacido generico (L-aminoacido) a una molecola di alfa-

chetoglutarato. Quest'ultima, accettando il gruppo amminico sul carbonio alfa, si ritrasforma in

glutammato. L'aminoacido, che ha perso il gruppo amminico, si trasforma in alfa-chetoacido

(termine generico, perché dipende da qual è R: ogni aminoacido ha un R diverso); si chiama alfa

perché il carbonio alfa del chetoacido ha un gruppo chetonico (C=O).

La reazione è catalizzata da enzimi che si chiamano aminotrasferasi (o transaminasi), con l'aiuto del

coenzima piridossalfosfato. 19

Un qualsiasi aminoacido, che deriva o dalla dieta o dalle proteine presenti nella cellula, può cedere il suo

gruppo amminico all'alfa-chetoglutarato, che diventa glutammato; quest'ultimo libera per deaminazione

ossidativa il suo gruppo amminico sottoforma di NH₄⁺ e tutto ricomincia da capo.

In questo modo qualsiasi aminoacido allontana il suo gruppo amminico tramite due passaggi

(transaminazione e deaminazione ossidativa); l'acido glutammico lo fa in un passaggio singolo diretto.

Ciclo dell'urea

NH₄⁺ è una molecola tossica per il nostro organismo, perché sposta l'equilibrio della deaminazione

ossidativa. Se nella cellula c'è un'alta concentrazione di NH₄⁺, la reazione della glutammato deidrogenasi

non va più da sinistra verso destra, ma tende ad avvenire da destra verso sinistra (perché secondo la

chimica, maggiore è la concentrazione dei prodotti, più la reazione tende ad avvenire in senso inverso). Per

questo, si forma tanto glutammato e scompare l'alfa-chetoglutarato, che è quello che accetta tutti i gruppi

amminici anche dagli altri amminoacidi.

L'alfa-chetoglutarato è anche un intermedio chiave del ciclo di Krebs; quindi se nella cellula questo

composto viene trasformato in glutammato (per transaminazione), questo ciclo si blocca e non si produce

più ATP.

Tutti i tessuti cercano, quindi, di eliminare l'ammoniaca: ad es. nei vari tessuti, come il cervello,

l'ammoniaca può essere legata a particolari aminoacidi, come l'acido glutammico; quest'ultimo, grazie a un

enzima che si chiama glutammina sintasi, sintetizza l'aminoacido glutammina (uno dei 20 delle proteine).

La glutammina, poi, può essere liberata dal cervello nel sangue, circola e raggiunge il fegato. Qui viene

riconvertita in glutammato più ammoniaca, grazie a un enzima che si chiama glutamminasi.

Un'altra reazione che porta all'allontanamento dell'ammoniaca avviene nei muscoli, dove questa molecola

può essere legata, ad es. al piruvato (un altro alfa-chetoacido) e formare l'aminoacido alanina. In seguito,

l'alanina viene liberata nel sangue, arriva al fegato, dove viene assorbita e riconvertita in piruvato più

ammoniaca.

In sostanza, possiamo dire che i tessuti extra - epatici cedono la loro ammoniaca al fegato, mediante dei

trasportatori ematici di gruppi amminici, che sono principalmente l'aminoacido glutammina e l'aminoacido

alanina. Per questo, questi due aminoacidi si trovano più concentrati degli altri nel sangue.

Nel fegato, tutta questa ammoniaca viene convertita in urea (attraverso il ciclo dell'urea), con consumo di

ATP. Noi siamo organismi ureotelici, proprio perché possediamo questa via metabolica di sintesi dell'urea,

molecola di scarto dell'azoto. Ci sono anche altri organismi, come i pesci, che sono detti ammoniotelici,

perché eliminano l'ammoniaca in eccesso, nell'acqua in cui si trovano, attraverso la pelle. Per questo

motivo il loro organismo non raggiunge mai concentrazioni troppo elevate di ammoniaca, la quale non

diventa mai tossica. Altri tipi di organismi vertebrati, che eliminano l'azoto in un altro modo, sono quelli

uricotelici, come i rettili e gli uccelli ("urico", perché hanno un'altra molecola che contiene azoto e che viene

eliminata, chiamata acido urico, derivato delle basi azotate).

Il ciclo dell'urea è in parte una via mitocondriale e in parte una via citosolica. 20

La prima tappa per la sintesi dell'urea avviene nel fegato (negli epatociti), a livello dei mitocondri: è una

+

reazione tra l'ammoniaca (ione ammonio, NH ) e una molecola di CO , che si trova sottoforma di

4 2

-

bicarbonato (HCO ). C'è un consumo di 2 molecole di ATP, che si convertono in ADP, e si forma una

3

C = O) con un gruppo fosfato attaccato, che si chiama carbamilfosfato. La sintesi è catalizzata

molecola (NH 2

dall'enzima carbamilfosfato sintetasi.

N.B. Nel nostro organismo CO e bicarbonato sono la stessa cosa, perché la CO reagisce con H O,

2 2 2

formando H CO (acido carbonico), che è un acido debole e tende sempre a stare sottoforma di ione

2 3 -

bicarbonato (HCO ). E' uno dei principali sistemi tampone del sangue nel nostro organismo.

3

Anche la seconda reazione avviene nei mitocondri; arriva una molecola, che si chiama ornitina ed è un

amminoacido non tra i 20 delle proteine, che si condensa con il carbamilfosfato. Dall'unione di queste due

molecole si forma la citrullina, che contiene il gruppo amminico derivato dall'ammoniaca.

A questo punto inizia il ciclo dell'urea, che si svolge nel citoplasma. La