Biochimica - I semestre

TRANSAMINASI

Nelle reazioni di transaminazione, il gruppo amminico viene trasferito all’atomo di carbonio dell’α-chetoglutarato generando

α-chetoacido

contemporaneamente l’ corrispondente all’amminoacido

Non c’è una deamminazione netta, cioè una perdita di gruppi amminici, poiché si ha contemporaneamente un’amminazione dell’α-

chetoglutarato e una deamminazione dell’α-amminoacido

L’effetto delle reazioni di transaminazione è quello di raccogliere i gruppi amminici che derivano da diversi tipi di amminoacidi su un

L-GLUTAMMATO

unico tipo di composto, l’

Il glutammato funge poi da donatore del gruppo amminico per le reazioni delle vie sintetiche o per le reazioni di eliminazione dei

prodotti azotati di scarto

Esistono diverse transaminasi specifiche per l’amminoacido che deve donare il gruppo amminico

prendono il nome proprio dall’amminoacido donatore

Hanno lo stesso gruppo prostetico: PIRIDOSSAL FOSFATO PLP, la forma enzimatica della piridossina o vitamina B6

agisce come un trasportatore di gruppi amminici a livello dl sito attivo della transaminasi

va incontro a trasformazioni reversibili tra:

la sua forma aldeidica (piridossal fosfato che può accettare un gruppo amminico)

⇾ la forma amminata (piridossamina fosfato che può donare il gruppo amminico a un α-chetoacido)

⇾ α-chetoacido

Amminoacido si lega al sito attivo, dona il suo gruppo amminico al piridossal fosfato e si allontana sotto forma di

L’α-chetoacido si lega poi al sito attivo e accetta il gruppo amminico dalla piridossammina fosfato, uscendo sotto forma di

amminoacido

I gruppi amminici di molti amminoacidi vengono raccolti nel fegato sotto forma di gruppi amminici delle molecole di glutammato

Successivamente, i gruppi amminici devono essere rimossi dal glutammato in modo da poter essere escreti

Negli epatociti, il glutammato viene trasferito dal citosol ai mitocondri dove va incontro a una deamminazione ossidativa, catalizzata

dalla L-GLUTAMMATO DEIDROGENASI (solo enzima che può usare NAD+ o NADP+ come accettore di equivalenti di riduzione)

L’azione combinata di un’amminotrasferasi e della glutammato deidrogenasi viene chiamata transdeamminazione

Staccato NH dal glutammato con produzione di NADPH o NADH e di un α-chetoglutarato (può essere usato nel ciclo di Krebs o per la

3

sintesi del glucosio)

Glutammato + NAD/NADP + H O NH + α-chetoglutarato + NADH/NADPH + H

4+ +

⇾

2

Modulatori allosterici

- ADP modulatore positivo

- GTP modulatore negativo

L’ammoniaca è molto tossica per i tessuti, quindi il suo livello nel sangue deve essere regolato

In molti organi, come il cervello, processi come la degradazione dei nucleotidi possono generare ammoniaca

Nella maggior parte degli animali, l’ammoniaca viene convertita in un composto non tossico prima di essere trasportata attraverso il

sangue dai tessuti extra-epatici verso il fegato e i reni GLUTAMMINA

L’ammoniaca prodotta nei tessuti si combina con il glutammato formando per azione della GLUTAMMINA SINTETASI

la reazione richiede ATP e avviene in due tappe: γ-GLUTAMMIL FOSFATO

- glutammato e ATP reagiscono tra loro formando ADP e il composto intermedio

GLUTAMMINA

- il γ-glutammil fosfato reagisce con l’ammoniaca (ione ammonio) generando e fosfato inorganico

Glutammina (trasportatore nel tossico dell’ammoniaca) è normalmente presente nel sangue a concentrazioni nettamente più elevate di

ogni altro amminoacido

Cellule utilizzano energia per non fare aumentare i livelli di tossicità cellulare e quindi mantenere l’omeostasi

A livello epatico, l’azoto ammidico viene rilasciato sotto forma di ione ammonio nei mitocondri dove l’enzima GLUTAMMINASI converte

la glutammina in glutammato e NH viene trasportato attraverso il sangue al fegato, dove lo ione ammonio viene trasformato in

4+ ⇾

UREA

Una certa quantità del glutammato prodotto dalla glutamminasi può essere ulteriormente metabolizzata nel fegato dalla glutammato

deidrogenasi che libera altro ione ammonio e rende disponibili scheletri carboniosi come combustibile metabolico

Nel muscolo e in altri tessuti che degradano gli amminoacidi per usarli come combustibili ciclo glucosio-alanina

⇾

gruppi amminici degli amminoacidi diventano gruppi amminici del glutammato tramite la transaminazione

Il glutammato può essere poi convertito in glutammina che verrà trasportata al fegato

altrimenti, il glutammato trasferisce il suo gruppo α-amminico al PIRUVATO prodotto dalla glicolisi che avviene nel muscolo per azione

ALANINA

dell’ALANINA AMMINOTRANSFERASI formazione di

⇾

L’alanina così formata passa nel sangue e giunge al fegato

nel citosol degli epatociti, l’alanina amminotransferasi trasferisce il gruppo amminico dall’alanina all’α-chetoglutarato formando

PIRUVATO GLUTAMMATO

e

il glutammato può entrare nel mitocondrio, dove la reazione con la GLUTAMMATO DEIDROGENASI provoca il rilascio di NH

4+

ASPARTATO

oppure va incontro a transaminazione con l’OSSALACETATO per formare (altro donatore di azoto nella sintesi dell’urea)

Piruvato può essere trasformato in glucosio (gluconeogenesi) che ritorna al muscolo

I gruppi amminici, se non vengono riutilizzati per la sintesi di nuovi amminoacidi o altri prodotti azotati, vengono convertiti tutti in un

unico prodotto finale di escrezione

Eliminazione dell’azoto amminico sotto forma di urea animali ureotelici

⇾ ciclo dell’urea

L’ammoniaca accumulata nei mitocondri degli epatociti viene convertita in urea mediante il

Produzione di urea ha luogo quasi esclusivamente nel fegato ed è il destino metabolico della maggior parte dell’ammoniaca che vi giunge

L’urea passa poi nel sangue e raggiunge i reni, dove viene escreta tramite le urine

Il ciclo dell’urea inizia all’interno dei mitocondri degli epatociti, mentre le tre tappe successive avvengono nel citosol

Il primo gruppo amminico a entrare nel ciclo dell’urea deriva dall’ammoniaca presente all’interno dei mitocondri

il fegato riceve ammoniaca anche attraverso la vena porta dall’intestino, dove è prodotta dall’ossidazione degli amminoacidi a opera dei

batteri

NH presente nei mitocondri viene utilizzata insieme alla CO (sotto forma di HCO ) proveniente dalla respirazione mitocondriale per

4+ 3-

2

CARBAMIL FOSFATO

formare

reazione dipendente dall’ATP (2 molecole), catalizzata dalla CARBAMIL FOSFATO SINTETASI I

Il carbamil fosfato può essere considerato un donatore di gruppi carbamilici attivati

Ciclo dell’urea è costituito da 4 tappe enzimatiche

la parte iniziale avviene a livello della matrice mitocondriale, il resto a livello citosolico

1- Carbamil fosfato dona il suo gruppo carbamilico all’ORNITINA per formare

CITRULLINA con rilascio di Pi

Reazione catalizzata dall’ORNITINA TRANS-CARAMILASI

L’ornitina viene sintetizzata a partire dal glutammato in una via a cinque tappe

Citrullina esce dai mitocondri e va a livello citoplasmatico

2a- Formazione dell’intermedio citrullil-AMP con consumo di ATP

2b- Condensazione tra il gruppo amminico di una molecola di aspartato e il

gruppo ureidico (carbonilico) della citrullina, genera il composto

ARGININO-SUCCINATO con distacco di AMP

Reazione catalizzata dall’enzima ARGININO-SUCCINATO SINTETASI

3- L’arginino-succinato viene poi scisso reversibilmente dall’ARGININOSUCCINASI

ARGININA FUMARATO

che produce e

(unica reazione reversibile nel ciclo dell’urea)

UREA ORNITINA

4- L’ARGINASI scinde l’arginina in e utilizzando H O

2

Si è così rigenerata l’ornitina che entra nei mitocondri per iniziare un nuovo ciclo

dell’urea

Ornitina viene ri-trasportata al mitocondrio, l’urea si disperde nel mitocondrio

Avviene un aumento della formazione di urea nel caso in cui con la dieta vengano introdotte molte proteine

Consumo di 1 ATP

Urea formata da 2 gruppi amminici che sono stati eliminati

Collegamenti con il ciclo di Krebs

Il fumarato prodotto nella reazione è anche un intermedio di Krebs, viene poi convertito in malato

Il fumarato generato nel processo di sintesi dell’arginina nel citosol può essere convertito in malato a livello del citosol e trasportato nel

mitocondrio (non ci sono trasportatori per il fumarato a livello del mitocondrio)

L’aspartato, formato nei mitocondri mediante transamminazione dell’ossalacetato a opera del glutammato, può essere trasportato nel

citosol dove agisce da donatore di azoto nella reazione del ciclo dell’urea

Gli equivalenti riducenti vengono trasportati all’interno del mitocondrio convertendo

l’aspartato in ossalacetato nel citosol, riducendo l’ossalacetato a malato mediante gli

equivalenti riducenti del NADH e trasportando il malato nella matrice mitocondriale

attraverso il trasportatore malato/α-chetoglutarato

L’ossalacetato viene convertito in aspartato nella matrice mitocondriale e poi trasportato al

di fuori tramite il trasportatore malato-aspartato

Regolazione

Il flusso dell’azoto attraverso il ciclo dell’urea varia con la dieta

Se la dieta è iper-proteica scheletri carboniosi degli amminoacidi vengono usati come combustibile metabolico e l’urea viene prodotta

⇾ in eccesso per l’aumentata disponibilità di gruppi amminici

Durante un digiuno prolungato la degradazione delle proteine muscolari diventa l’unico rifornimento di sostanze nutrienti

⇾ aumento della produzione di urea

Enzimi vengono sintetizzati molto più velocemente durante i periodi di digiuno o in caso di dieta iper-proteica

N-ACETILGLUTAMMATO

La carbamil fosfato sintetasi I è attivato allostericamente dall’ , che viene sintetizzato dall’acetil-CoA e dal

glutammato per mezzo dell’enzima N-acetilglutammato sintasi

Livello di N-acetilglutammato viene mantenuto allo stato stazionario dalla concentrazione di glutammato, di acetil-CoA e di arginina

METABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI

Catabolismo Le vie di degradazione degli amminoacidi considerate nel loro

insieme sono in grado di produrre solo il 10-15% dell’energia totale

necessaria all’uomo

Ogni via di degradazione porta verso uno specifico ingresso nel ciclo dell’acido citrico

Glucogenici: glicina, serina, valina, istidina, arginina, cisteina, prolina, idrossi-

prolina, alanina, glutammato, glutammina, aspartato, asparagina, metionina

Chetogenici: leucina, lisina

Glucogenici e chetogenici: treonina, isoleucina, fenilalanina, tirosina, triptofano

Possono essere convertiti in α-chetoglutarato, succinil-CoA, fumarato, ossalacetato, piruvato

(che può essere trasformato in acetil-CoA o ossalacetato)

Gli amminoa