Appunti biochimica umana, testo di riferimento "Principi di biochimica di Lehninger"

PPAR

PPAR è una famiglia di recettori nucleari che comprende fattori di trascrizione che regolano molti processi metabolici in risposta a vari ligandi a

struttura simile agli acidi grassi. Il PPARalfa agisce nel muscolo, nel tessuto adiposo e nel fegato dove attiva una serie di geni essenziali per

l’ossidazione in risposta ad un aumentata richiesta di energia, per esempio nell’intervallo tra i pasti o in condizioni di digiuno

Beta-ossidazione perossisomiale

Nelle cellule delle piante, il sito principale della Beta-ossidazione non sono i mitocondri ma i perossisomi: gli intermedi sono sempre gli stessi

ed il processo è sempre costituito da quattro tappe, la differenza è a livello della prima tappa:

1) Nei perossisomi la flavoproteina deidrogenasi che genera il doppio legame passa direttamente gli elettroni all’ossigeno, formando H202 che

viene immediatamente scisso in H20 ed 02 dalla catalasi, nei mitocondri invece gli elettroni passano attraverso la catena respiratoria fino

all’ossigeno e il prodotto che si forma è acqua, quindi nei perossisomi l’energia liberata dalla prima tappa ossidativa non viene conservata

come ATP ma dissipata sotto forma di calore

2) Un’altra differenza è data dalla specificità per gli acil-CoA in quanto il sistema perossisomiale è maggiormente attivo su acidi grassi a catena

molto lunga e su quelli a catena ramificata; il loro catabolismo coinvolge molti enzimi ausiliari presenti solo in questi organelli.

ω ossidazione

In alcuni organismi esiste un’altra via che coinvolge l’ossidazione del carbonio (omega), il più distante dal gruppo carbossilico. Gli enzimi della

ossidazione sono presenti nel reticolo endoplasmatico del fegato e del rene e la omega ossidazione assume una maggiore importanza quando

la Beta-ossidazione funziona male

1) Viene introdotto sul carbonio omega un gruppo ossidrilico. L’ossigeno di questo gruppo proviene dall’ossigeno molecolare (0 2) in una

complessa reazione che coinvolge il citocromo P450 e il donatore di elettroni NAPDH. Le reazioni di questo tipo sono catalizzate da ossidasi a

funzione mista.

2) A questo punto intervengono sul carbonio omega altri due enzimi; l’alcol deidrogenasi, che ossida il gruppo ossidrilico ad aldeide, e

l’aldeide deidrogenasi, che ossida il gruppo aldeidico ad acido carbossilico, generando un acido grasso con un gruppo carbossilico su ciascuna

estremità, ognuna delle quali può legarsi con il coenzima A;

3)la molecola può ora entrare nel mitocondrio, dove viene ossidata secondo un normale processo di (3 ossidazione. Dopo il loro passaggio

attraverso la 3 ossidazione,dell’acido grasso a “doppia estremità” restano acidi bicarbossilici come l’acido succinico, che entra nel ciclo

dell’acido citrico, e l’acido adipico.

Corpi chetonici

I corpi chetonici sono tre composti (acetone, acetoacetato e D-Beta-idrossibutirrato) che si formano dall’acetil-CoA formato nel fegato durante

l’ossidazione degli acidi grassi e che non è entrato nel ciclo dell’acido citrico.

Formazione dei corpi chetonici: la tiolasi catalizza la condensazione di due molecole di acetil-CoA formando acetoacetil-CoA, il precursore dei

tre corpi chetonici; l’acetoacetil-CoA condensa poi con un’altra molecola di acetil-CoA formando B-idrossi-B-metilglutaril-CoA (HMG-CoA),

che si scinde in acetoacetato libero e acetil-CoA;

1) L’acetoacetato libero così prodotto viene ridotto reversibilmente dalla D-B-idrossibutirrato deidrogenasi per formare D-B-idrossibutirrato

2) L’acetoacetato libero raramente perde spontaneamente (o si decarbossila ad opera dell’acetoacetato decarbossilasi) il suo gruppo

carbossilico portano alla formazione di acetone

Destino dei corpi chetonici: l’acetone, prodotto in piccole quantità viene eliminato con la respirazione, l’acetoacetato e il D-B-idrossibutirrato

sono trasportati dal sangue ai tessuti extraepatici, dove sono ossidati nel ciclo dell’acido citrico per soddisfare la richiesta energetica dei

tessuti

- Il D-B-idrossibutirrato come fonte di energia:

Nei tessuti extraepatici, il D-B-idrossibutirrato viene ossidato ad acetoacetato dalla D-B-idrossibutirrato deidrogenasi. L’acetoacetato è

attivato mediante la formazione di un tioestere con il coenzima A, una reazione catalizzata dalla tioforasi, in cui il coenzima A viene donato dal

succinil-CoA, un intermedio del ciclo dell’acido citrico. L’acetoacetil-CoA è poi scisso dalla tiolasi in due molecole di acetil-CoA che entrano

nel ciclo dell’acido citrico. Quindi i corpi chetonici sono usati come fonte di energia in tutti i tessuti ad eccezione del fegato, che non ha

tioforasi. Il fegato produce quindi corpi chetonici per gli altri tessuti ma non li utilizza.

Logica dei corpi chetonici: la produzione e l’esportazione di corpi chetonici del fegato consentono una continua ossidazione di acidi grassi con

solo una minima ossidazione di acetil-CoA. Per esempio, quando gli intermedi del ciclo dell’acido citrico sono utilizzati per la sintesi del

glucosio attraverso la gluconeogenesi, l’ossidazione dell’unità acetile nel ciclo si riduce. Il fegato ha una quantità limitata di coenzima A e,

quando la maggior parte del coenzima è impegnata nel legame con l’unità acetile, la B ossidazione degli acidi grassi tende a diminuire per la

scarsità di coenzima A libero. La produzione e l’esportazione di corpi chetonici liberano coenzima A e consentono alla (3 ossidazione degli

acidi grassi di continuare. Diabete e digiuno prolungato

Il digiuno prolungato e il diabete mellito non trattato portano alla

sovrapproduzione di corpi chetonici, che generano a loro volta alcuni pro-

blemi medici.

- Durante il digiuno, la gluconeogenesi sottrae intermedi al ciclo dell’acido

citrico, indirizzando l’acetil-CoA verso la produzione di corpi chetonici

- Nel diabete non trattato l’insulina è presente in quantità insufficienti e i

tessuti extraepatici non possono assumere il glucosio dal sangue per usarlo

come combustibile o per convertirlo in grassi di riserva. In queste condizioni,

il malonil-CoA (il materiale di partenza per la sintesi degli acidi grassi) non si

forma e quindi la carnitina aciltrasferasi I non viene inibita. Gli acidi grassi

entrano quindi nei mitocondri per essere degradati ad acetil-CoA, che però

non può essere ossidato attraverso il ciclo dell’acido citrico, in quanto alcuni

intermedi del ciclo stesso sono stati sottratti per la gluconeogenesi.

L’accumulo di acetil-CoA provoca una produzione di corpi chetonici in

quantità superiori alle capacità degli organi extraepatici di utilizzarli.

L’aumento di acetoacetato e di D-(3-idrossibutirrato abbassa il pH del

sangue, generando una condizione nota con il nome di acidosi. L’acidosi

estrema porta al coma e in alcuni casi alla morte.

Ossidazione degli amminoacidi

Nella degradazione degli amminoacidi (che avviene prevalentemente

nel fegato) questi ultimi perdono i loro gruppi amminici e vengono

trasformati in alfa-chetoacidi che vanno incontro a ossidazione a

CO2 e H20 o forniscono unità a tre o quattro atomi di C che possono

essere convertite in glucosio tramite la gluconeogenesi.

Negli animali gli amminoacidi vanno incontro alla degradazione

ossidativa in tre circostanze diverse

1) Durante il normale processo di sintesi e degradazione delle

proteine alcuni amminoacidi liberati dalla degradazione delle

proteine, ma non necessari per la sintesi di nuove proteine vanno

incontro a degradazione ossidativa

2) Poiché gli amminoacidi non possono essere immagazzinati se la

dieta è ricca di proteine gli amminoacidi in eccesso rispetto al

fabbisogno per la sintesi proteica sono catabolizzati

3) Durante il digiuno o il diabete mellito quando i carboidrati non

sono disponibili le proteine cellulari vengono utilizzate come

combustibile metabolico

Destino metabolico dei gruppi amminici

Durante la degradazione degli amminoacidi i gruppi alfa-amminici

sono staccati ed incanalati verso uno specifico metabolismo: lo ione

ammonio viene in parte utilizzata in una serie di vie biosintetiche

oppure viene escreto come tale oppure convertito in urea o acido

urico che verranno poi eliminati.

Quattro amminoacidi hanno un ruolo importante nel metabolismo

dell’azoto:

- Negli epatociti i gruppi amminici della maggioranza degli

amminoacidi vengono trasferiti all’alfa-chetoglutarato formando

glutammato che entra nei mitocondri dove perde il suo gruppo

amminico sotto forma di NH4+

- Negli altri tessuti l’eccesso di ammoniaca viene convertito in azoto

ammidico della glutammina, che viene trasferita al fegato e quindi

entra nei mitocondri di queste cellule

- Nel muscolo scheletrico i gruppi amminici in eccesso vengono

trasferiti al piruvato formando alanina che può trasferire i gruppi

amminici al fegato

- L’aspartato partecipa a processi metabolici che avvengono dopo

che i gruppi amminici sono stati trasportati al fegato

Questi amminoacidi sono convertiti più facilmente in intermedi del

ciclo dell’acido citrico: il glutammato e la glutammina in alfa-

chetoglutarato, l’alanina in piruvato e l’aspartato e ossalacetato;

glutammato e glutammina in particolare sono importanti perché

agiscono come un punto di raccolta dei gruppi amminici

Distacco del gruppo alfa-amminico 1) Transamminazione nel fegato: il distacco del gruppo alfa-amminico, la prima tappa del

catabolismo della maggior parte degli L-amminoacidi, è promosso da enzimi chiamati

amminotrasferasi oppure transamminasi ed in queste reazione di transamminazione il gruppo alfa-

amminico viene trasferito all’atomo di carbonio alfa dell’alfa-chetoglutarato, generando

contemporaneamente l’alfa-chetoacido corrispondente all'amminoacido. L’effetto delle reazioni di

transamminazione è quello di raccogliere i gruppi amminici che derivano da diversi amminoacidi su

un unico tipo di composto, l’L-glutammato, che funge poi da donatore del gruppo amminico per le

reazione delle vie biosintetiche o per le reazioni di escrezione.

- Amminotrasferasi: le amminotrasferasi differiscono nella specificità per l’L-amminoacido che deve

donare il gruppo amminico e prendono il nome proprio dall’amminoacido donatore (per esempio

alanina amminotrasferasi). Tutte le amminotrasferasi hanno lo stesso gruppo prostetico, il piridossal

fosfato (PLP), la forma coenzimatica della piridossina o vitamina B6

- PLP: Il piridossal fosfato è legato covalentemente al sito attivo dell’enzima

mediante un legame aldimminico con il gruppo amminico epsilon di un residuo

di Lys e va incontro a trasformazioni reversibili tra la sua forma aldeidica, il

piridossal fosfato che può accettare un gruppo amminico, e la sua forma

amminata, la piridossammina fosfato che può