Biochimica e biologia molecolare - processo metabolico degli amminoacidi

DIGESTIONE DELLE PROTEINE

PROTEASI GASTRICHE + +

ATPasi H ,K

- pepsina (endopeptidasi)

PROTEASI PANCREATICHE

-tripsina (endopeptidasi) pH 1

pH 7.4

-chimotripsina (endopeptidasi) gradiente di pH

-elastasi (endopeptidasi)

-carbossipeptidasi A e B (esopeptidasi)

PEPTIDASI INTESTINALI 4

5

5

Alcune proteine non possono essere correttamente digerite da individui

che presentano alcune patologie.

MORBO CELIACO

MORBO DI HARTNUP 6

Degradazione delle proteine

intracellulare

a. Degradazione lisosomiale

b. Ubiquitina

c. Proteasoma 7

A. Degradazione lisosomiale

- i lisosomi mantengono un pH interno di circa 5.0

- gli enzimi che contengono sono attivi ad un pH acido

Processi normali e patologici associati ad un’aumentata attività lisosomiale

- regressione dell’utero dopo il parto

- atrofia muscolare causata dal disuso o da ferite traumatiche

- artrite reumatoide 8

B. Ubiquitina

Struttura ai raggi X dell’ubiquitina

IL TURNOVER DELLE PROTEINE E

’ STRETTAMENTE

REGOLATO

• Come fa una cellula a identificare le proteine che devono essere

degradate?

• ,

L’ UBIQUITINA una piccola proteina di peso molecolare 8,5 Kd,

presente in tutte le cellule eucariotiche, è il segnale che identifica le

proteine destinate alla distruzione

L’ UBIQUITINA è l’equivalente cellulare della “MACCHIA NERA “ nel libro

“ L’ ISOLA DEL TESORO di Robert Louis Stevenson: è un segnale di

“ CONDANNA A MORTE “.

Il legame dell’ubiquitina alla proteina bersaglio è attuato da un enzima chiamato E3

10

Alcune condizioni patologiche illustrano molto chiaramente l’importanza

della regolazione del ricambio delle proteine:

1. Il virus del papilloma umano (HPV) produce una proteina che attiva

uno specifico enzima E3.

2. L’ enzima lega l’ ubiquitina alla proteina oncosoppressore p53 e ad

altre proteine che controllano i meccanismi di riparazione del DNA,

che sono di conseguenza distrutte

3. L

’

attivazione di questo enzima E3 si osserva nel 90% dei carcinomi

della cervice 11

Se l’ubiquitina è il segnale di morte chi esegue la

sentenza ?

L’esecutore è un grande complesso detto proteasoma o

che digerisce la proteine combinate con

proteasoma 26 S

l’ubiquitina

Questo complesso proteolitico ATP

-

dipendente, composto

dipendente

da numerose subunità, non degrada l’ubiquitina (che viene

reciclata) mentre i prodoti peptidici sono ulteriormente

degradati 12

PROTEASOMA

Il proteasoma 26 S è costituito da due componenti:

1) Il complesso 20 S costituito da due copie di 14 subunità con una

massa di 700 Kd, che contiene l’ attività catalitica.

2) Il complesso 19 S o complesso regolatore 13

Questa classe di ATPasi, che si trovano in tutti gli esseri

viventi, è associata ad un gran numero di funzioni cellulari,

comprese la regolazione del ciclo cellulare e la biogenesi

degli organelli

Il processo di ubiquitinizzazione e il proteasoma

collaborano nella degradazione delle proteine non pi

ù

necessarie 14

Qual è il destino degli amminoacidi liberi ? 15

La prima tappa della degradazione degli amminoacidi è la

rimozione del residuo azotato 16

17

Deamminazione degli amminoacidi 18

19

Transamminazione 20

amminoacido α-chetoglutarato

+ O

NH

3

I II

- - -

R-CH-COO + OOC-CH -CH -C-COO

2 2 +

NH

O 3

I

II - - -

+ OOC-CH -CH -CH-COO

R-C-COO 2 2

α-chetoacido glutammato 21

Tutti gli amminoacidi, ad eccezione di prolina, lisina e treonina, subiscono la

transaminazione.

α α

-chetoacidi: -chetoglutarato, piruvato e ossalacetato 22

Le transaminasi utilizzano il PLP come cofattore che viene convertito in piridossamina

23

TRANSALDIMMINAZIONE

In tutti gli enzimi dipendenti dal PLP il cofattore è legato, in assenza di substrato,

ε-amminico

al gruppo di una lisina al sito attivo tramite una base di Schiff.

Il riarrangiamento che porta alla formazione della base di Schiff con il substrato

entrante è una reazione di transaldimminazione 24

LA REAZIONE DELLE TRANSAMINASI SEGUE UN MECCANISMO A PING-PONG

α ε

1) il gruppo -amminico dell’amminoacido va a sostituirsi al gruppo -amminico

base di Schiff

dell’enzima. La che si forma tra l’amminoacido e il PLP resta

tramite interazioni multiple non covalenti

fortemente legata all’enzima .

α

2) la stessa base perde un protone dall’atomo di carbonio dell’amminoacido e

α

successivamente viene idrolizzata in -chetoacido e PLP legato solo all’NH3.

α-chetoacido

3) un (secondo substrato) reagisce con il complesso E-PLP-NH3,

formando un’altra base di Schiff

4) si produce un amminoacido (secondo prodotto) e si rigenera il complesso

E-PLP aa-NH3 …

PLP-NH3-aa PLP-NH3 + chetoacido

PLP-E * *

E E

2°chetoacido aa-NH3 + PLP-

PLP-NH3

* *

E E 25

a) generica reazione di

transamminazione

b) transamminazione

glutammato-ossalacetato

(GOT)

Meccanismo cinetico a ping-pong

26

Transamminasi in medicina 27

TRANSAMINASI

Aspartato amminotransferasi ( AST o GOT )

α-chetoglutarato + aspartato glutammato + ossalacetato

Alanina amminotransferasi ( ALT o GPT )

α-chetoglutarato glutammato + piruvato

+ alanina 28

29

AST o GOT: miocardio

- alta concentrazione nel , nel fegato e nel cervello

- aumenta nel siero in seguito a necrosi cellulare (infarto del

miocardio)dopo 8-12h (liv. max dopo 24-48h; val. norm. dopo 4-7 giorni)

La determinazione serve a 4 scopi:

1. distinguere l’infarto del miocardio da una crisi di angina pectoris

2. diagnosticare un infarto nei casi di elettrocardiogramma dubbo

3. stabilire l’estensione dell’infarto del miocardio

4. seguire il decorso della malattia

- aumento elevato di AST (100 volte sup. ai valori normali):

epatite acuta

avvelenamenti

ALT o GPT: fegato

-localizzata nel , rene, miocardio, muscoli scheletrici, pancreas,

milza

-nell’epatite virale il suo aumento è sovrapponibile a quello della AST 30