Metabolismo degli amminoacidi

In questa tappa l’arginino succinato viene scisso dall’enzima arginino succinato liasi in arginina e fumarato.

L’arginina prodotta contiene un gruppo amminico proveniente dall’aspartato e uno dall’ammoniaca. Il fumarato contiene invece

lo scheletro carbonioso dell’aspartato.

IV tappa: Arginina + H2O → Urea + Ornitina

Enzima: arginasi

L’arginasi, una idrolasi, scinde l’arginina in urea e ornitina.

- In realtà la prima molecola liberata è l’isourea che poi viene trasformata nella sua

forma chetonica più stabile, l’urea.

- L’ornitina viene trasportata nuovamente nella matrice mitocondriale per essere

riutilizzata all’inizio del ciclo.

Dispendio energetico

La sintesi di urea è un processo energeticamente dispendioso, vengono consumati 4 legami

ad alta energia.

2ATP → Reazione di formazione del carbamil fosfato

1ATP → Reazione di formazione dell’arginino succinato

Il fumarato prodotto insieme all’arginina viene prima trasformato in malato e poi in

ossalacetato che avrà un destino diverso in base alle necessità cellulari.

- Se la cellula vuole eliminare urea l’ossalacetato verrà trasformato in aspartato

- Se la cellula necessita di glucosio l’ossalacetato verrà trasformato in PEP per iniziare

la gluconeogenesi.

- Se la cellula necessita energia l’ossalacetato viene condensato con l’acetil-CoA per

andare a fare il ciclo dell’acido citrico.

Regolazione del ciclo dell’urea

La regolazione del ciclo dell’urea avviene a livello dell’inizio del ciclo, nella reazione che da ammoniaca e bicarbonato forma

carbamil fosfato. La reazione è catalizzata dall’enzima carbamil fosfato sintetasi I.

Il carbamil fosfato sintetasi I viene regolato positivamente dal N-acetil glutammato, che viene sintetizzato

da acetil-CoA + glutammato tramite l’enzima N-acetil glutammato sintasi.

La sintesi di questo composto avviene solo ad elevate concentrazioni di glutammato, quindi quando sono

presenti eccessive quantità di amminoacidi liberi (gli amminoacidi rilasciano il loro gruppo amminico sul

glutammato).

Inoltre, diete iperproteiche prolungate determinano la continua trascrizione massiva di tutti gli enzimi del

ciclo. → → →

Eccesso di amminoacidi eccesso di glutammato formazione di N-acetil glutammato attivazione

→ →

della carbamil fosfato sintasi I ciclo dell’urea eliminazione di ammoniaca.

Il ciclo dell’urea è svolto solo nel fegato, luogo in cui sono presenti tutti gli enzimi necessari. Negli altri

tessuti manca l’arginasi, l’enzima capace di scindere l’arginina in ornitina e urea.

Iperammoniemia

Sono diffuse alcune patologie che determinano carenza di enzimi del ciclo dell’urea oppure che determinano la non attivazione

dell’N-acetil glutammato. Queste patologia determinano un accumulo di ammoniaca detta iperammoniemia, malattia epatica.

La prima conseguenza dell’accumulo di ammoniaca è la sintesi massiva di glutammina, il trasportatore usato dai tessuti per

convogliare al fegato l’ammoniaca in forma non tossica.

- La glutammina viene formata da glutammato + ammoniaca, per cui il glutammato viene tolto alla sintesi di

neurotrasmettitori come il GABA e le ripercussioni più evidenti sono proprio a livello cerebrale.

- Il glutammato viene formato a partire dall’α-chetoglutarato, il quale viene quindi sottratto massivamente al ciclo di

Krebs: questo causa il suo rallentamento.

- Negli astrociti la presenza di eccessive quantità di glutammina determina l’aumento della pressione osmotica

intracellulare. La cellula risponde chiamando acqua al suo interno e gonfiandosi, alterando le sue normali funzioni

Cura:

- Limitazione dell’apporto di proteine tramite la dieta

- Aggiunta nella dieta di α-chetoacidi, precursori, per transdeamminazione, di amminoacidi essenziali.

- Somministrazione di sostanze che favoriscono l’eliminazione nelle urine di composti contenenti gruppi amminici in

sostituzione alla mancata eliminazione dell’urea.

Azotemia

per azotemia intendiamo la concentrazione ematica di azoto non proteico. L’azoto non proteico si trova a livello dell’urea, degli

amminoacidi, della creatinina. Si trovano alterazioni dell’azotemia in pazienti con problemi renali

Decarbossilazione degli amminoacidi

Un destino differente che possono intraprendere gli amminoacidi è la decarbossilazione.

Nel processo di transaminazione il PLP forma un aldimina interna con un residuo di Lisina del sito attivo dell’enzima.

Successivamente, tramite una trans-Schiffizzazione si forma un’aldimina esterna fra amminoacido e PLP. Questa può andare

incontro:

- A transaminazione con formazione dell’intermedio chinonoide, della chetimmina e infine dell’α-chetoacido

corrispondente

- A decarbossilazione, ovvero rimozione del gruppo carbossilico sotto forma di CO e formazione dell’ammina

2

corrispondente. Tali ammine sono dette ammine biogene e contengono composti estremamente importanti per la

sintesi di neurotrasmettitori e istamina.

→ →

o Istidina decarbossilazione istamina

→ →

o Glutammato decarbossilazione GABA

Se la decarbossilazione avviene in amminoacidi con due gruppi amminici e un gruppo carbossilico ottengo composti detti

diammine. → →

o Ornitina decarbossilazione putrescina

→ →

o Lisina decarbossilazione cadaverina

Le ammine biogene vengono poi de-amminizate da due classi di enzimi:

- MAO: mono ammino ossidasi, enzimi che si trovano nelle membrane mitocondriali

▪ MAO-A

▪ MAO-B

- DAO: di ammino ossidasi

Sono enzimi che rimuovono i gruppi amminici determinando la formazione di aldeidi e ammoniaca utilizzando cofattori

flavinici.

Meccanismo di reazione:

- il FAD sottrae due atomi di H: uno dal carbonio alfa e uno dal gruppo amminico, per formare un doppio legame C=N e

quindi un'immina.

- I gruppi imminici in acqua idrolizzano spontaneamente e si liberano ammoniaca e l'aldeide.

Questi enzimi sono importanti in quanto determinano la della degradazione di neurotrasmettitori.

L’inibizione di questi enzimi viene usata come strategia di alcuni farmaci antidepressivi (farmaci anti-MAO) che mantengono

altri i livelli di alcuni neurotrasmettitori.

Amminoacidi chetogenici e glucogenici

La degradazione di un amminoacido porta alla formazione di ammoniaca e di uno scheletro carbonioso, che avrà un destino

all’interno del metabolismo cellulare. A seconda del loro destino gli amminoacidi si dividono in:

- Chetogenici: che producono corpi chetonici, dando origine all’acetil-CoA o all’acetoacetil-CoA.

- Glucogenici: che producono intermedi del ciclo di Krebs (piruvato, α-chetoglutarato, succinil-CoA, fumarato e

ossalacetato) e quindi essere convertiti in glucosio o glicogeno.

• • • • • • •Treonina

Amminoacidi Chetogenici: Leucina Lisina Fenilalanina Triptofano Tirosina Isoleucina

Solamente Leucina e Lisina sono esclusivamente chetogenici, gli altri sono anche glucogenici.

Metabolismo di Tirosina e Fenilalanina

- La Fenilalanina genera la Tirosina, per cui la Fenilalanina è un amminoacido essenziale mentre la Tirosina no.

- La via di degradazione della Fenilalanina passa per la Tirosina e produce Acido Acetoacetico e Acido fumarico.

Sintesi di Tirosina a partire da Fenilalanina

La Tirosina si differenzia dalla Fenilalanina per la presenza di un gruppo ossidrilico sull’anello benzenico della Fenilalanina. La

reazione è catalizzata dall’enzima Fenilalanina idrossilasi, che è 5,6,7,8-tetraidrobiopterina-dipendente.

Il gruppo ossidrilico viene inserito partendo da una molecola di O2, ossigeno molecolare:

- Un atomo di ossigeno viene trasferito alla Fenilalanina tramite l’enzima fenilalanina idrossilasi

- Il secondo atomo di ossigeno forma una molecola di acqua, insieme a due idrogeni provenienti dalla 5,6,7,8-

tetraidrobiopterina, che diventa diidrobiopterina.

La diidrobiopterina deve poi essere ridotta da parte dell’enzima diidrobiopterina reduttasi, un enzima NADPH-dipendente.

→ →

Fenilalanina + O + tetraidrobiopterina tramite fenilalanina idrossilasi Tirosina + H O + diidrobiopterina

2 2

→ → +

Diidrobiopterina + NADPH tramite diidrobiopterina reduttasi tetraidrobiopterina + NAD

Pteridina

La pteridina è un composto eterociclico azotato

che da origine alla pterina. Tramite l’aggiunta di

una catena laterale la pterina diventa biopterina,

che si può trovare in due forme in base al numero

di atomi di idrogeno che accetta:

- Diidrobiopterina, se accetta due atomi di

idrogeno

- Tetraidrobiopterina, se accetta 4 atomi di

idrogeno

La pterina è anche uno dei componenti principali

dell’acido folico

Patologie connesse alla sintesi di Tirosina a partire dalla Fenilalanina

Se non avviene la sintesi di Tirosina a partire dalla Fenilalanina abbiamo alcuni effetti:

- La Tirosina diviene amminoacido essenziale

- La Fenilalanina non può essere degradata in quanto il suo catabolismo passa dalla sintesi di Tirosina. Si andranno a

formare composti quali Fenilpiruvico, Fenilacetato, Fenillattico.

Fenilchetonuria (PKU):

la Fenilalanina in eccesso forma Fenilchetoni tramite reazioni di transaminazione

La transaminazione della Fenilalanina PLP-dipendente determina la formazione di Fenilpiruvato e Glutammato.

Il Fenilpiruvato può dare origine a due composti a seconda che si segua la via di degradazione ossidativa o la via di riduzione:

- Fenilacetato, convertito poi in fenilacetilglutammina, che viene escreta con le urine.

- Fenil-lattato

I pazienti con PKU presentano numerosi danni:

- Alla deambulazione

- Al sistema nervoso centrale: l’accumulo di fenilalanina interferisce con il trasporto dell’amminoacido leucina che

occorro alla sintesi della mielina. La mielina non può essere correttamente sintetizzata e per questi i pazienti con PKU

presentano demielinizzazione.

- Presentano inibizione delle formazione di adrenalina, in quanto è inibito l’enzima tirosina idrossilasi

- Presentano inibizione della formazione di serotonina, in quanto è inibito l’enzima triptofano idrossilasi.

La PKU è una patologia autosomica recessiva per la quale è obbligatorio un test di screening neonatale. L’unica terapia efficace è

controllo della dieta.

Vie metaboliche della Tirosina

1. Biosintesi adrenalina e noradrenalina

2. Sintesi della melanina

3. Sintesi di ormoni tiroidei

1. Biosintesi adrenalina e noradrenalina

Adrenalina e noradrenalina sono dette catecolamine in quanto derivano da una

struttura detta catecolo.

I tappa: →

Tirosina diidrossifenilalanina o L-DOPA

enzima tirosina idrossilasi tramite la tetraidrobiopterina.

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