Metabolismo proteico - Schemi riassuntivi di Biochimica

CICLO DELL’UREA

Gli animali hanno evoluto diversi metodi per eliminare l’azoto amminico in eccesso.

La molecola che viene utilizzata dipende dalla sua tossicità, e di riflesso, dalla

quantità di acqua disponibile all’organismo. Animali con minor disponibilità di acqua

debbono ricorrere alla sintesi di molecole meno tossiche per eliminare l’azoto.

Questo perché il prodotto di scarto che immagazzina l’azoto amminico viene

sintetizzato e mandato in circolo, prima di venire sequestrato dai reni.

Il ciclo dell’urea avviene in modo completo solamente nel fegato. In due

compartimenti cellulari: mitocondri e citoplasma.

La reazione complessiva del ciclo dell’urea è la seguente: carbamil

Il ciclo dell’urea ha inizio nei mitocondri degli epatociti con la formazione di

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

mitocondriale diversa dalla citosolitica II che serve per la sintesi delle pirimidine).

Per formare la molecola di carbamil fosfato vengono utilizzati i gruppi fosforici di

due molecole di ATP (due tappe di attivazione).

REAZIONI CHE FORNISCONO I GRUPPI AMMINICI AL CICLO DELL’UREA

L’urea incorpora 2 gruppi amminici. I donatori dei due gruppi amminici sono:

- Glutammato che va incontro a deaminazione ossidativa. Accettore dei



gruppi amminici degli amminoacidi. Questo NH viene condensato, nel

3

mitocondrio, a una molecola di bicarbonato per mezzo della carbamoil fosfato

sintetasi I

- Aspartato derivante dalla transaminazione del gruppo amminico



all’ossalacetato.

1. L’ornitina serve da “trasportatore”, sul quale vengono assemblati gli atomi di

C e di N che costituiranno l’urea.

L’ornitina transcarbamilasi catalizza il trasferimento di un carbamile dal

carbamil fosfato all’ornitina del ciclo precedente. La reazione genera

citrullina.

Poiché la reazione avviene nel mitocondrio, ma l’ornitina si forma nel citosol,

essa deve essere trasportata nel mitocondrio, mentre la citrullina che viene

sintetizzata nel mitocondrio deve essere riesportata nel citosol.

2. Viene catalizzata dall’argininosuccinato sintetasi, la condensazione tra la

citrullina e una molecola di aspartato, a formare l’argininosucinato.

La reazione coinvolge la spesa di ATP per attivare la citrullina a livello del

gruppo ureidico.

3. L’argininosuccinato liasi catalizza la scissione dell’argininosuccinato in

arginina fumarato.

e

Il fumarato entra nel ciclo di Krebs o viene ossidato a malato e poi ad

ossalacetato per essere poi utilizzato nella gluconeogenesi.

L’arginina incorpora quindi l’urea che verrà formata nell’ultima tappa del

ciclo.

4. L’arginasi catalizza l’idrolisi dell’arginina. Questa reazione porta alla

urea ornitina

formazione di e di che verrà nuovamente utlizzata nel

successivo ciclo, quando verrà di nuovo trasportata nel mitocondrio per

essere condensata con un’altra molecola di carbamil fosfato.

La formazione di urea comporta il consumo di 3 molecole di ATP: il ciclo dell’urea è

dispendioso.

Per eliminare NH sotto forma di urea, gli animali ureotelici consumano circa il 15%

4+

dell’energia che possono ricavare dagli stessi amminoacidi che catabolizzano.

.

Processo necessario a causa della tossicità di NH 4+

COLLEGAMENTI TRA CICLO DELL’UREA E CICLO DELL’ACIDO CITRICO – BICICLO DI

KREBS

REGOLAZIONE DEL CICLO DELL’UREA

Il flusso di atomi di azoto attraverso il ciclo dell’urea varia con la composizione della

dieta:

- Dieta ricca di proteine:

- lo scheletro degli amminoacidi viene utilizzato come fonte di energia

- produzione di una grande quantità di urea proveniente dai gruppi –NH che

2

devono essere eliminati

- Digiuno prolungato:

- la demolizione delle proteine muscolari diventa l’unico rifornimento di

sostanze nutrienti

- aumento della produzione di urea

In queste condizioni nel fegato gli enzimi del ciclo dell’urea e la carbamil fosfato

regolazioni a lungo

sintetasi I sono sintetizzati ad una velocità più elevata 

termine.

Regolazioni a breve termine

Attivazione allosterica del primo enzima della via metabolica, la carbamil fosfato

sintetasi I, da parte di N-acetilglutammato.

N-acetilglutammato si forma da acetil-CoA e glutammato. Nelle piante e nei

microrganismi questa è la prima tappa della sintesi de novo dell’arginina. I

mammiferi sono privi degli altri enzimi che convertono il glutammato in arginina.

Quindi N-acetilglutammato ha probabilmente un ruolo di pura regolazione.

Quando il catabolismo amminoacidico aumenta, le concentrazioni di glutammato

aumentano (a causa del maggior numero di gruppi amminici che vengono

transaminati tra gli amminoacidi e l’α-chetoglutarato), di conseguenza aumenta la

quota di N-acetilglutammato che attiva la carbamil fosfato sintetasi I.

VIA DI DEGRADAZIONE DEGLI AMMINOACIDI

I venti amminoacidi contenuti nelle proteine naturali hanno scheletri carboniosi

diversi. Vi sono venti vie cataboliche per la degradazione degli aa, che, prese nel loro

insieme, sono in grado di produrre circa il 10-15% dell’energia totale del corpo

(nell’uomo).

L’attività della via catabolica può variare notevolmente da un aa all’altro in base al

bilancio tra le richieste dei processi biosintetici e la disponibilità di quel dato aa.

7 prodotti,

I venti processi catabolici convergono verso la formazione di tutti in

grado di entrare nel TCA.

Gli atomi di C di questi composti possono essere utilizzati per:

- Gluconeogenesi

- Chetogenesi

- Ossidati completamente a CO e H O

2 2

La deaminazione degli amminoacidi porta alla formazione di 7 prodotti intermedi: