Biochimica - metabolismo dell azoto

DEGRADAZIONE DELLE PROTEINE

La biosintesi dei composti azotati ha due vie: quella dei nucleotidi e quella degli amminoacidi. Mentre i

carboidrati possono accumularsi sotto forma di glicogeno, i grassi sotto forma di trigliceridi i composti

azotati non possono accumularsi quindi quando necessita la loro presenza vengono sintetizzati. Esiste un

equilibrio tra azoto escreto e quello assunto con la dieta.

Nell’intestino sono presenti specifici enzimi che possono degradare le proteine, questi enzimi sono le

peptidasi che catalizzano l’idrolisi del legame peptidico. Le peptidasi si dividono in:

• Esopeptidasi

Carbossipeptidasi (con residuo carbossilico COOH)

o Amminopeptidasi (con residuo amminico NH )

o 2

• Endopeptidasi

Pepsina (con amminoacidi aromatici)

o Tripsina (con Lys e Arg)

o Chimotripsina (con

o amminoacidi aromatici con

COOH)

La degradazione delle proteine serve a riciclare amminoacidi o degradare proteine difettose e queste ultime

sono quelle che vengono degradate più rapidamente. Le proteine hanno un’emivita variabile da meno di 2h a

più di 200h.

Le proteine endogene possono essere degradate tramite:

• Proteasi lisosomiali che degradano proteine a lunga vita, proteine extra cellulari, proteine di

membrana che agiscono su proteine a vita lunga, proteine di membrana. In questi lisosomi sono

presenti più di 50 enzimi idrolitici (comprese le catepsine) e degradano in maniera non selettiva. Il

pH interno di un lisosoma è circa 4/5

• Proteasi citoplasmatiche che avviene nel citosol e sono proteasi ATP dipendenti, degradano proteine

a rapido turn-over, anomale o in quantità eccessive e degradano in maniera selettiva. L’azione di

queste proteasi richiede l’ubiquitina che poliubiquitina la proteina di interesse che viene poi

degradata dal proteasoma 26S.

I segnali che favoriscono la degradazione delle proteine sono:

• Particolari sequenze amminoacidiche (PEST: Pro, Glu, Ser, Thr)

• AA sull’N-terminale

• Legame con l’ubiquitina

Ubiquitina

L’ubiquitina si lega a quelle proteine che devono essere degradate, è a sua volta una proteina composta da 76

amminoacidi altamente conservata. La Gly C-terminale si lega ai residui di Lys della proteina da degradare.

È una proteina che necessita l’idrolisi dell’ATP ed il complesso dell’ubiquitinazione è composto di 3 enzimi:

• E1: enzima che attiva l’ubiquitina

• E2: enzima di coniugazione che si lega all’ubiquitina

• E3: è una ligasi che lega l’ubiquitina alla proteina bersaglio

La proteina bersaglio avrà legate molte ubiquitine e verrà condotta al proteasoma 26S (ATP-dipendente) che

possiede numerose proteasi e scinde la proteina in piccoli peptidi e grazie all’idrolasi vengono rilasciate le

ubiquitine.

Il complesso del proteasoma 26S è costituito da un cilindro centrale (20S) e due cappucci (19S) i quali

riconosceranno la proteina e la svolgeranno, successivamente entrerà nel cilindro dove sarà degradata.

OSSIDAZIONE DEGLI AMMINOACIDI

L’energia metabolica della cellula, oltre che dai carboidrati e dai trigliceridi, può essere ottenuta

dall’ossidazione degli amminoacidi ricavati dalla degradazione delle proteine della dieta o dalle proteine

intracellulari.

La degradazione ossidativa degli amminoacidi avviene in uno dei seguenti casi:

• Normale turn-over delle proteine cellulari

• Eccessiva introduzione di proteine nella dieta

• Durante il digiuno

• In caso di diabete

La degradazione degli amminoacidi parte con la rimozione del gruppo amminico che viene convertito in

ione ammonio e che poi entra nel ciclo dell’urea.

Lo scheletro carbonioso, in relazione al gruppo R, si può trasformare in:

• Piruvato

• Intermedi del ciclo dell’acido citrico

• A-CoA

• Acetoacetil-CoA

Transaminazione

Il gruppo amminico che viene rimosso dall’amminoacido deve essere trasferito ad un chetoacido. Questa

reazione è catalizzata dalle amminotransferasi (transaminasi) il cui gruppo prostetico è il piridossalfosfato

(PLP). Il piridossalfosfato (forma aldeidica) accetta il gruppo amminico (forma amminata) che dona il

gruppo amminico al chetoacido accettore. Di solito il chetoacido accettore è l’α-chetoglutarato. Le reazioni

di transaminazione sono reversibili e possono anche essere usati per produrre amminoacidi a partire da

chetoacidi.

Lo scheletro carbonioso di alcuni amminoacidi può essere convertito in piruvato o in intermedi dell’acido

citrico, possono essere utilizzati per la gluconeogenesi e quindi sono chiamati glucogenici.

Lo scheletro carbonioso di altri amminoacidi può essere convertito in A-CoA e acetoacetil-CoA, possono

essere utilizzati per la sintesi di acidi grassi e possono produrre corpi chetonici e quindi sono chiamati

chetogenici.

In alcuni amminoacidi una parte dello scheletro carbonioso viene degradata in un modo e l’altra parte in un

altro, si tratta quindi di amminoacidi sia glucogenici che chetogenici (triptofano, isoleucina, fenilalanina,

tirosina, treonina).

Deaminazione ossidativa

Il gruppo amminico dell’amminoacido viene trasferito all’α-chetoglutarato formando il glutammato. Il

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glutammato può essere deaminato ossidativamente con formazione di NH nella reazione di deaminazione

ossidativa. L’α-chetoglutarato che resta può entrare nel ciclo dell’acido citrico o essere utilizzato per la

sintesi di glucosio o per le reazioni di transaminazione.

La reazione è catalizzata dalla glutammico deidrogenasi, la reazione è reversibile e serve anche per

sintetizzare il glutammato. Può usare come cofattore il NAD nella deaminazione ossidativa e il NADP

nell’aminazione riduttiva.

DESTINO DELLO IONE AMMONIO

Una parte dell’NH prodotto dalla demolizione degli amminoacidi e dalla demolizione dei nucleotidi viene

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usato per la biosintesi dei composti azotati, ma l’eccesso deve essere eliminato. La rimozione implica una

reazione di aminazione riduttiva ad opera della glutammico deidrogenasi:

H O

+ ¿+ 2 ¿

→ glutammato+ NADP

+¿ ¿

NADPH H

+¿+α −chetoglutarato+ +

¿

NH 4

L’eccesso di NH può comportare una carenza di glutammato ed un aumento di glutammina, una reazione

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catalizzata dalla glutammina sintetasi

ATP → glutammina ADP+ P

+¿+ + i

¿

Glutammato+ N 4

Talvolta NH può essere trasformato in urea tramite il ciclo dell’urea, ma si necessita di un trasportatore che

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porti l’NH nel fegato, viene quindi portato sotto forma di glutammina attraverso il circolo sanguigno fino al

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fegato dove poi è riconvertito in glutammato tramite l’enzima glutamminasi.

Se l’NH si trova invece nel muscolo può essere trasportato al fegato sotto forma di alanina mediante il ciclo

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glucosio-alanina. Il glutammato (prodotto mediante la reazione di transaminazione) può cedere il gruppo

amminico al piruvato formando l’alanina

glutammato+ piruvato → α−chetoglutarato+alanina

Che attraverso il torrente circolatorio giunge al fegato dove avviene la reazione inversa

alanina+α → glutammato+ piruvato

−chetoglutarato

CICLO DELL’UREA

Il ciclo dell’urea avviene nel fegato e precisamente nei mitocondri e nel citosol. Si svolge in 4 tappe.