Biochimica metabolica

SINTESI PROTEICA

Le proteine sono la 2° riserva energetica del corpo dopo i trigliceridi, sono usate per produrre ATP solo in casi estremi (digiuni prolungato e sforzo massimale protratto).

La sintesi proteica e la degradazione proteica a riposo possono avvenire contemporaneamente e dipendono dal turnover proteico, cioè la velocità di ricambio delle proteine che serve per:

• Rimuovere le proteine danneggiate o modificate nella loro conformazione.
• Mantenere la corretta concentrazione di amminoacidi liberi nel sangue e nelle cellule.

Il turnover proteico si esegue in tempi differenti a seconda del tipo di proteina:

• Proteine contrattili: 180 giorni.
• Collagene: 1000 giorni.
• Enzimi: ore.

Fasi della sintesi proteica:

1. La sintesi inizia con l'attivazione dei geni codificanti la proteina.
2. Il gene viene copiato dalla RNA polimerasi che genera un RNA messaggero, il quale contiene sequenze non utili alla trascrizione detti Introni.
3. Vengono rimossi gli introni con un processo...

detto Splicing.

L'RNA messaggero composto da soli Esoni viene portato nei ribosomi (citoplasma), che iniziano a sintetizzare la proteina per poi indirizzarla al reticolo sarcoplasmatico.

PROTEOLISI

La degradazione delle proteine avviene secondo 2 modalità:

• Sistema liso-somiale: le proteine sono inglobate nei lisosomi e digerite da enzimi lisosomiali.
• Sistema extra-lisosomiale: rappresentato dal proteasoma e dalla calpaina.

La proteolisi è influenzata da 4 effettori:

1. Stato nutrizionale: nel digiuno inizia ad aumentare la proteolisi a causa dell'ossidazione degli amminoacidi.
2. Esercizio fisico:
• Esercizio Dinamico (sport di endurance): durante l'esercizio è attivata la proteolisi, nel recupero aumenta il turnover proteico. La proteolisi varia tra i 2 e 25 g/h in base a durata ed intensità. L'utilizzo di proteine ed amminoacidi avviene anche a scopo energetico. Fabbisogno proteico tra 1,2 e 1,7 g/Kg corporeo al giorno.

potenza (sport di forza): durante l'esercizio, il metabolismo degli amminoacidi è poco attivo, nel recupero aumenta aumenta il turnover con la sintesi che supera la proteolisi. L'ingestione di proteine dopo l'esercizio, trasforma il metabolismo proteico da catabolico ad anabolico. L'uso di amminoacidi è a scopo biosintetico. Fabbisogno proteico di 1,3 g/Kg corporeo al giorno.

3) Effettori ormonali anabolici:

• Insulina: azione anticatabolica e anabolica. Favorisce la sintesi proteica e rallenta la proteolisi.
• GH: azione anabolica. Stimola l'entrata degli amminoacidi nelle cellule e la loro incorporazione nelle proteine.
• IGF-1: azione anabolica. Potente anabolizzante muscolare.
• Androgeni: azione anabolica. Aumentano la sintesi proteica e la massa muscolare.
• Ormoni tiroidei: azione anabolica. Aumentano la sintesi di proteine specifiche (enzimi).

4) Effettori ormonali catabolici:

• Glucocorticoidi: azione catabolica. Cortisolo e cortisone aumentano la

proteolisiper ottenere amminoacidi da inviare alla via di gluconeogenesi.

Miostatina: azione antianabolica. Rallenta la sintesi proteica.

IPERTROFIA: prevalenza di ormoni anabolici e abbondante disponibilità di amminoacidi (soprattutto leucina). L'ipertrofia è caratterizzata dall'aumento di:

• Volume delle miofibrille e del tessuto connettivo.
• Volume e numero di vasi capillari e mitocondri.
• Ritenzione di glicogeno e fosfati.

CARNITINA: presente come carnitina libera e come carnitina esterificata con acidi grassi detta acetil-carnitina, si trova soprattutto nel cuore e nel muscolo (carne, pesce e latticini). Trasporta acidi grassi dal citoplasma ai mitocondri e funge da riserva energetica. La carenza di carnitina può essere provocata da: insufficienza epatica, emodialisi e disordini ereditari.

CREATINA: fornita all'organismo sia in forma endogena sia esogena (carne, pesce). Entra nel muscolo tramite 2 trasportatori e causa l'aumento della

sintesi di altri composti. Gli amminoacidi possono essere classificati in amminoacidiessenziali (che devono essere assunti con la dieta) e non essenziali (che possono esseresintetizzati dall'organismo).La degradazione degli amminoacidi avviene principalmente nel fegato, dove vengonoconvertiti in intermedi del ciclo dell'urea o del ciclo di Krebs. L'azoto ammoniacale prodottoviene convertito in urea e escreto attraverso le urine.La sintesi degli amminoacidi avviene principalmente nei tessuti periferici, come il muscoloscheletrico, e richiede energia e gruppi amminici provenienti da altre molecole.La regolazione del metabolismo degli amminoacidi avviene attraverso l'equilibrio tra sintesi edegradazione, che dipende dalle esigenze dell'organismo e dalla disponibilità di substrati.La carenza di amminoacidi essenziali può portare a disturbi del metabolismo proteico e aduna ridotta sintesi proteica. Al contrario, un eccesso di amminoacidi può essere convertito inglucosio o grassi e accumulato come tessuto adiposo.La corretta alimentazione è fondamentale per garantire un adeguato apporto di amminoacidiessenziali e per mantenere un corretto equilibrio nel metabolismo degli amminoacidi.

Come precursori di composti azotati. La concentrazione ematica di questi amminoacidi è bassa, mentre è alta nel muscolo. La 1° reazione che si verifica è l'eliminazione del gruppo amminico tramite 2 reazioni dette: transaminazione e deaminazione ossidativa.

1. Transaminazione: l'amminoacido cede il gruppo amminico ad un chetoacido. In questo modo l'amminoacido diventa un chetoacido ed il chetoacido diventa un amminoacido. La transaminazione è catalizzata dalle transaminasi, enzimi che richiedono un coenzima piridossale 5-fosfato derivante dalla vitamina B6. Le transaminasi sono abbondanti nel fegato, cuore e muscolo. Un esempio di transaminazione avviene con l'amminoacido Glutammato ed il suo chetoacido corrispondente detto alfa-chetoglutarato che si trasforma in glutammato.

2. Deaminazione ossidativa: il nuovo glutammato, tramite l'enzima Glutammato Deidrogenasi, viene ossidato e perde il gruppo amminico, mentre il NAD viene ridotto a NADH.

Il gruppo amminico viene liberato come NH3 che si lega ad uno ione H+ formando lo ione Ammonio (NH4+). L'NH3 nel sangue viene trasportata sotto forma di innocui amminoacidi come alanina o glutammina e viene portata al fegato. CICLO dell'UREA (fegato): L'NH3, essendo tossica, viene convertita nel fegato in urea per essere eliminata con le urine. Dei 2 gruppi amminici, uno deriva direttamente dal NH3 e l'altro dall'aspartato. Per formare una molecola di urea, sono consumati 4 ATP. La concentrazione ematica di urea è 100 volte maggiore di quella del NH3, la quale durante l'esercizio si forma anche per azione dell'enzima AMP Deaminasi, che converte l'AMP in IMP + NH3. L'azoto organico può essere utilizzato per produrre: - Proteine. - Acidi nucleici. DESTINO AMMINOACIDI: - Uso dello scheletro carbonioso per produrre energia e nuovi composti. - Uso per la sintesi proteica. - Uso per la sintesi di molecole azotate. Destino dello scheletro

carbonioso:

1. Amminoacidi chetogenici: producono acetil-coenzima A che può essere ossidato nel ciclo di Krebs per dare energia o può essere convertito in corpi chetonici o acidi grassi.
2. Amminoacidi glicogenici: producono piruvato o altri intermedi del ciclo di Krebs che quindi possono entrare nella gluconeogenesi. Solo leucina e lisina non sono glicogenici.

METABOLISMO AMMINOACIDI RAMIFICATI (BCAA)

I 3 amminoacidi ramificati rappresentano 1/5 degli amminoacidi che formano le proteine muscolari. La valina è glicogenica, la leucina è chetogenica, mentre l'isoleucina è entrambi. Il BCAT è l'enzima amminoacido ramificato transaminasiche si attiva in risposta alle richieste di ATP. I chetoacidi ramificati (privi di gruppo amminico) sono ossidati dall'enzima chetoacido ramificato deidrogenasi.

Dopo le prime tappe in comune, i 3 BCAA seguono vie differenti:

• Valina: usata per la gluconeogenesi.
• Leucina e Isoleucina: convertite in Acetil-coenzima A.

La leucina, dalla sua completa ossidazione, può formare 39 ATP. L'alanina, a livello del muscolo, è un importante trasportatore di NH3, perché porta al fegato contemporaneamente anche piruvato tramite il ciclo glucosio-alanina.

I vantaggi dei BCAA sono:

• Proteggono le proteine muscolari dalla degradazione.
• Stimolano la sintesi proteica.
• Preservano le riserve di glicogeno muscolare.
• Influenzano il rilascio di ormoni.

DIGESTIONE PROTEINE E CATABOLISMO AMMINOACIDI:

Nello stomaco, le proteine vengono scisse in peptidi, che nell'intestino tenue vengono scissi in singoli amminoacidi. I singoli amminoacidi vengono assorbiti nell'intestino tenue e trasportati al fegato dove avviene il metabolismo dello scheletro carbonioso e dell'azoto. L'azoto viene rimosso quasi del tutto tramite transaminazione.

AMMINOACIDO LIMITANTE: amminoacido essenziale presente in concentrazione più bassa rispetto al fabbisogno. La sua carenza impedisce in parte l'utilizzo di.

altri amminoacidi per la sintesi proteica. Spesso sono limitati: lisina, treonina, triptofano e amminoacidi solforati.

QUALITÀ DELLE PROTEINE: può essere migliorata:

• Complementazione: combinando proteine rispettivamente carenti e ricche di uno stesso amminoacido (riso-legumi, pasta-fagioli).
• Integrazione: aggiunta di amminoacidi purificati agli alimenti.

1) Punteggio chimico: esprime il valore nutritivo in rapporto alla composizione di amminoacidi essenziali.

2) Valore biologico: capacità di soddisfare le necessità proteiche dell'organismo. Maggiore è la ritenzione di azoto e maggiore è l'uso delle proteine dell'alimento. Dipende anche dalla facilità di digestione ed assorbimento.

• Proteine complete o nobili: contengono proporzioni ottimali di amminoacidi essenziali e sono di origine animale.
• Proteine incomplete o povere: carenti di uno o più amminoacidi essenziali, sono di origine vegetale.

3) Tasso di efficienza della

proteina: efficienza nel sostenere la crescita del bestiame nel tempo. 4) Punteggio degli amminoacidi corretto per la digeribilità. METABOLISMO dell'EME e del FERRO Il gruppo eme è presente nell'emoglobina, nella mioglobina e nei citocromi. È formato da una molecola di Protoporfirina IX e un atomo di ferro. La Protoporfirina viene sintetizzata partendo da glicina e Succinil coenzima A e al termine del processo di sintesi viene introdotto lo ione Fe 2+. Nel catabolismo del gruppo eme viene eliminato l'atomo di Fe, il quale una volta rilasciato, viene legato nel plasma dalla transferrina per poi essere utilizzato per una nuova sintesi di un gruppo eme. METABOLISMO CARDIACO Il cuore ha un metabolismo aerobico e ottiene ATP dalla fosforilazione ossidativa. Per ottenere ATP, utilizza soprat