Metabolismo dei composti azotati

Metabolismo dei composti azotati

Composti azotati proteici e non proteici

I composti azotati includono peptidi, proteine, nucleotidi, acidi nucleici, ammine biogene (es. istamina, catecolammine, GABA, serotonina, colina ecc.), eme, sfingosina (sfingolipidi), ammidi (es. urea), coenzimi, NO (ossido nitrico), e altri composti azotati importanti non sintetizzati da animali come vitamine e alcaloidi.

Ciclo dell'azoto

L'azoto è molto abbondante nell'atmosfera, ma è troppo inerte per essere usato nella maggior parte dei processi biochimici. Noi non riusciamo ad ottenerlo dall'atmosfera e lo eliminiamo in modo controllato. Solo pochi microrganismi possiedono enzimi che riducono l'azoto atmosferico (fissano l'azoto).

L'azoto è inserito in molecole organiche (aa), quindi introitiamo azoto quando mangiamo gli amminoacidi. Reazione di riduzione e di grande dispendio energetico:

N₂ + 8 H⁺ + 16 ATP + 10 e^- + 16 ADP + 16 P_i → 2 NH₃ + H₂ + 2 dinitrogenasi

Enzima: Catena respiratoria di microrganismi anaerobi

L’accettore di e^- non è O₂ ma un altro composto.

Digestione delle proteine

La digestione delle proteine avviene attraverso l'idrolisi del legame peptidico da parte di proteasi dell'apparato digerente che degradano le proteine ad amminoacidi liberi nel tratto gastrointestinale.

• Endoproteasi: Tagliano le proteine all’interno
• Esoproteasi: Tagliano le proteine all’esterno

La loro azione congiunta permette di ottenere i singoli amminoacidi. Le proteasi vengono sintetizzate come zimogeni (precursori inattivi). Il pH acido dello stomaco denatura le proteine della dieta, attiva il pepsinogeno (zimogeno inattivo) a pepsina (proteasi attiva) e ha un’azione batterica. Il pH acido dello stomaco è dovuto all’HCl generato dall'attività della pompa sodio/potassio e dal sistema di antiporto del bicarbonato.

Le endopeptidasi (pepsina, tripsina, chimotripsina, elastasi, ognuna con propria specificità) idrolizzano i legami peptidici interni della catena polipeptidica generando peptidi. La digestione dei peptidi singoli ad amminoacidi liberi è completata da esoproteasi (carbossipeptidasi e amminopeptidasi).

Trasporto degli amminoacidi

Gli amminoacidi possiedono diversi trasportatori per diversi gruppi di aa sulla base delle affinità chimiche:

• Intestino → Enterocita (fegato) tramite trasporto passivo mediato
• Enterocita → Sangue → Tessuti (sangue scorre aa trascinati con esso perché sono solubili in acqua)

Emivita degli amminoacidi

Gli aa a N-terminale indicano quanto breve dev’essere l’emivita:

• D (Ac. Asp), R (Arg), L (Leu), K (Lys), F (Phe): 2/3 min
• A (Ala), G (Gly), M (Met), S (Ser), V (Val): 10/20 ore

Degradazione delle proteine cellulari

Ubiquitinazione: modifica post-traduzionale. L’ubiquitina etichetta le proteine destinate all’ubiquitinazione. La Gly C-terminale dell’ubiquitina si lega ai gruppi amminici dei residui di Lys della proteina da degradare.

Il complesso di ubiquitinazione è formato da 3 enzimi:

• E1: Enzima che ha SH nel sito attivo, attiva ubiquitina con un legame tioestere
• E2: Si sostituisce a E1 legandosi all’ubiquitina
• E3: Riconosce la proteina, la lega e catalizza il legame tra la proteina “condannata” e ubiquitina

Se E3 viene alterato, possono insorgere malattie di autodegradazione di proteine. Negli eucarioti, le proteine ubiquinate vengono direzionate al proteasoma per essere degradate. Si tratta di un complesso costituito da un gran numero di proteasi specifiche che degrada il substrato in maniera ATP-dipendente in piccoli peptidi, mentre le ubiquitine vengono rilasciate grazie all’azione di idrolasi. Tale complesso è formato da una struttura di forma cilindrica centrale (20S) e due cappucci agli estremi (19S).

Nel proteasoma, la proteina ubiquitinata può essere deubiquitinilata con proteasi specifiche che modulano la velocità di degradazione di una proteina (UBS).

Proteina + ubiquitina NO UBS → Degradazione

Proteina + ubiquitina + UBS NO → Degradazione

Per evitare la degradazione di proteine nascenti non perfettamente foldate, si utilizzano le chaperonine. Altri ruoli dell’ubiquitina includono il segnale per endocitosi e la degradazione di proteine compartimentalizzate che sono ritrasportate nel citosol.

Degradazione degli amminoacidi

Una volta degradate le proteine, esse arrivano ad essere amminoacidi singoli, che devono perdere il gruppo amminico per ottenere lo scheletro carbonioso. Il distacco del gruppo α-amminico, la prima tappa del catabolismo della maggior parte degli amminoacidi, è promosso da enzimi chiamati amminotransferasi. In queste reazioni di transamminazione, il gruppo α-amminico viene trasferito all’atomo di carbonio dell’α-chetoglutarato, generando l’α-chetoacido corrispondente all’amminoacido.