METABOLISMO DEGLI AMINOACIDI

L uomo ricava gli aminoacidi dalle proteine introdotte con la dieta (soprattutto) tramite loro idrolisi da parte di proteasi e peptidasi digestive. Proteasi e peptidasi vengono distinte in endopeptidasi (tripsina pepsina e chimotripsina) e esopeptidasi (le rimanenti), a seconda che agiscano su legami carboamidici interni frammentando la molec in grossi frammenti oppute su legami carboamidici che interessano gli aa terminali. Gli enzimi proteolitici digestivi si distinguono anche in esocellulari e endocellulari a seconda che esplichino la loro funzione fuori o dentro la cellula. Fatta eccezione per le peptidasi intestinali, endocellulari, le proteasi esocellulari sono secrete sottoforma inattiva di zimogeno o proenzima e vengono attivate dopo la secrezione nel lume gastrico o intestinale. In tal modo l organismo si difende da una eventuale autodigestione per un attivazione inconsulta.

Proteasi gastriche

pepsina: viene secreta dalle c principali della mucosa gastrica in forma di pepsinogeno (zimogeno). Il rilascio del pepsinogeno é indotto dalla gastrina, secreta invece dalla porzione pilorica dello stomaco su stimolazione di Hcl prodotto a sua volta dalle c parietali; la pepsina attacca legami carboamidici interni alla molecola proteica in modo da produrre grossi frammenti polipeptidici. Oltre al pepsinogeno le c della mucosa gastrica producono anche il fattore intrinseco di Castle necessario per l assorbimento intestinale e il trasporto al fegato della vit B12;

proteasi pancreatiche

tripsina: endopeptidasi prodotta dal pancreas esocrino. É molto attiva sui prodotti di digestione peptica ma idrolizza anche alcune proteine che non vengono attaccate dalla pepsina (istoni e protamine). Anche la tripsina viene secreta sottoforma di tripsinogeno e attivata dall enterochinasi o enteropeptidasi, un enzima della mucosa duodenale che inizia il processo di attivazione continuato poi dalla tripsina neoformata. La tripsina catalizza la conversione anche di altri zimogeni pancreatici quindi attivandosi attiva tutta la cascata enzimatica dipendente dalle proteasi pancreatiche.

Inibitore pancreatico della tripsina TPI: si lega specificatamente al sito dell'endopeptidasi per evitare intempestive attivazioni del tripsinogeno in tripsina prevenendone l azione catalitica. E' evidente che l azione della tripsina viene regolata in due modi 1. Tramite secrezione in tripsinogeno (inattiva) 2. tramite inibizione del TPI

chimotripsina: endopeptidasi che deriva dal chimotripsinogeno per azione della tripsina

elastasi: altra endopeptidasi pancreatica che é anch essa secreta in forma di elastasi. Idrolizza un amia gamma di proteine tra cui l elastina

tripsina chimotripsina e elastasi hanno notevole analogia di sequenza nelgli aa e hanno nel sito attivo un residuo di serina essenziale per l attività catalitica. Non a caso si parla di proteasi seriniche.

Carbossipeptidasi: la loro secrezione é controllata dalla pancreozimina che viene prodotto dalle c mucose del primo tratto dell intestino e viene riversato in circolo quando a livello duodenale ci sono sostanze proteiche alimentari

peptidasi intestinali

comprendono le aminopeptidasi e le dipeptidasi. Le prime agiscono sul legame carboamidico che interessa l aa amino-terminale. Le dipeptidasi invece agiscono sui dipeptidi residuati della digestione dei precedenti enzimi una volta penetrati nelle cellule della mucosa intestinale. Sono enzimi intracellulari ma hanno azione anche nel lume intestinale quando le cellule mucose si

desquamano e le rilasciano in circolo

come vengono assorbiti gli aminoacidi a livello intestinale

vengono assorbiti tramite trasporto attivo simile a quello del glucosio. Sono specifici trasportatori situati sull orletto a spazzola degli enterociti introducenti l aa in simporto col Na+. La spesa energetica si ha nela estrusione dalla cellula del Na+ tramite pompa del Na che implica idrolisi di ATP. Sono stati indentificati quattro sistemi di trasporto, ognuno con ampia specificità. Per aminoacidi neutri, basici, bicarbossilici (asp e glu), prolina e glicina. Gli aa assorbiti nell intestino vengono portati al fegato dal sistema venoso portale (alcuni aminoacidi atipici come la carnosina e l anserina entrano direttamente nel circolo portale senza essere idrolizzati, per questo possono essere somministrati per os).

AA ESSENZIALI

mentre alcuni aa possono essere sintetizzati dall organismo in quantità adeguata a soddisfare le esigenze metaboliche, altri devono essere somministrati obbligatoriamente con la dieta: questi sono gli AA essenziali (essenziale ha significato solo nutrizionale). L essenzialità dipende dalla incapacità dell organismo di sintetizzarne la catena carboniosa. Gli aa essenziali sono quelli con residui ramificati o aromatici e quelli basici oltre alla treonina. Tra i dieci aa elencati, 8 sono essenziali e arginina e istidina sono essenziali sono nell animale in accrescimento. Se vengono a mancare aa essenziali nella dieta, l animale é costretto a degradare le sue proteine entrando cosi' in un bilancio azotato negativo espresso da una piu accentuata eliminazione urinaria di composti azotati. Gli aa essenziali sono importanti non solo per la sintesi proteica ma anche per la sintesi di ormoni tiroidei e dell adrenalina. Durante un digiuno molto prolungato il fegato puo' perdere il 50% delle proprie proteine, il muscolo scheletrico 30% e il cuore solo un 3%. cio' significa che fegato e muscoli possono fungere da riserva aminoacidica

CATABOLISMO DEGLI AA (transaminazione e deaminazione) Gli aa servono alla sintesi proteica. Gli aa in eccesso vengono catabolizzati a scopo energetico. Un accentuato catabolismo aminoacidico (per esempio per idrolisi di proteine tissutali), si verifica quando esaurite le scorte glucidiche l organismo deve ricavare glucosio da altre fonti e lo fa principalmente dagli aa glucogenici. Il catabolismo degli aa implica il distacco del gr aminico e la successiva attivazione dello scheletro carbonioso nelle varie vie di metaboliche glucidiche o lipidiche verso vari intermedi: acetilcoa succinilcoa piruvato ossalacetato akg fumarato acetoacetato. Succinilcoa piruvato ossalacetato akg e fumarato possono fungere da precursori del glucosio, gli aa da cui si originano (asp arg phe tyr ile met val ala ser cys gly thr trp glu gln pro his) sono detti glucogenici mentre quelli che generano acetilcoa e acetoacetato sono chetogenici (leu lys phe tyr ile thr). Alcuni sono sia glucogenici che chetogenici (ile phe tyr thr trp). Il distacco del gruppo amminico degli aaa, tappa fondamentale per orientare gli aa al catabolismo avviene per transaminazione o deaminazione

TRANSAMINAZIONE

si intende il trasferimento reversibile di un gruppo amminico dall aminoacido all alfachetoacido corrispondente, catalizzato dagli enzimi transaminasi o aminotransferasi, piridossalfosfato dipendenti. Il PP infatti costituisce il gruppo funzionale delle transaminasi che accetta il gr amminico dall aa per trasferirlo all acido formando l aa corrispondente. Tutti gli aa escluso prolina lisina e treonina sono suscettibili di transaminazione mentre gli aka che partecipano al processo sono solo akg ossalacetato e piruvato. Si hanno dunque tre gruppi di transaminasi: glutammato

alanina e aspartato transaminasi che formano rispettivamente akg, piruvato e ossalacetato, chetoacidi forniti dal metabolismo intermedio.

Le due reazioni di transaminazione piu' comune sono quella catalizzate da

glutammato-ossalacetato transaminasi,GOT, detta anche aspartato aminotransferasi, ASTla glutammato-piruvato transaminasi,GPT, detta anche alanina aminotransferasi, ALT

nel suo insieme le reazioni di transaminazione tendono a convogliare il gruppo aminico sull akg per formare glutammato. Il glu poi perde il gruppo aminico nella deaminazione ossidativa ripristinando l akg che puo' cosi continuare ciclicamente la sua funzione di collettore di gruppu aminici. Nelle c eucariotiche la GOT esiste in una forma citosolica che favorisce la formazione di glutammato e una mitocondriale che favorisce la formazione di akg. Le reazioni di transaminasi sono reversibili e sono esempi tipici di reazioni enzimatiche con meccanismo a ping pong (piridossalfosfato piridossamina, vedere vitamine).

Quali sono quindi i compiti delle transaminasi

1. promuovono l interconversione degli aminoacidi adeguando le quantità alle richieste dell organismo

2. indirizzano l eccesso di aminoacidi verso la loro utilizzazione energetica 3.

questi due meccanismi sono salvaguardati dall'induzione delle transaminasi epatiche e intestinali da eccesso di proteine dietetiche e dalla scarsa affinità delle transaminasi per gli aa. Tramite questi due meccanismi le transaminasi si attivano solo in caso di bisogno ovvero quando gli aa superano un certo valore limite.

Le transaminasi hanno un importante valore diagnostico, la loro elevata concentrazione nel sangue é indice di danno tissutale d organo. Elevata concentrazione di GOT e GPT riflette rispettivamente una lesione miocardica e epatica, in quanto le cellule di questi due tessuti, ricche di transaminasi, riversano il contenuto cellulare in circolo.

DEAMINAZIONE

il distacco definitivo del gruppo aminico degli aa avviene nel processo di deaminazione che puo' essere ossidativa o non.

DEAMINAZIONE OSSIDATIVA

caratterizzata dalle aminoacido ossidasi, che in ordine di importanza sono la glutammato deidrogenasi, le L-aa ossidasi e le D-aa ossidasi.

1. glutammato deidrogenasi: visto che le varie transaminasi formano glutammato, il distacco del gr aminico da questo aa costituisce il principale processo di formazione dell ammoniaca. La reazione é catalizzata dalla glutammato deidrogenasi che precede il distacco idrolitico dell ammoniaca, che avviene spontaneamente

la

reazione é reversibile, come si vede dalla figura, e puo' portare alla formazione di glutammato per incorporazione di ammoniaca nell akg (aminazione riduttiva). La direzione della reazione catalizzata dipende quindi dal rapporto NAD(P)+/NAD(P)H H+.visto che le aminotrasferasi citoplasmatiche sono piu' attive di quelle mitocondriali e la glutammato deidrogenasi é presente esclusivamente nei mitocondri, il collezionamento dei gruppi aminici dei vari aa sull akg avviene nel citoplasma e il glutammato che si forma viene trasportato all'interno dei mitocondri dove libera NH3 nel processo di deaminazione ossidativa

La glutammato deidrogenasi é importantissima perche quasi tutta l ammoniaca che si forma nell organismo viene prodotta in questa reazione ed é sede di regolazione allosterica multipla. L attività di questo enzima oligomerico puo' essere regolato da vari effettori. ADP e GDP attivano l enzima mentre ATP e GTP lo inibiscono (vedi figura). Questa regolazione, come appare evidente serve a garantire al ciclo di krebs un adeguato apporto di akg. Alte concentrazioni di ATP o GTP indicano che questa disponibilità é assicurata mentre ADP e GDP ne indicano necessità.

Transaminazione e deaminazione del glu possono essere accoppiate nella cosiddetta transdeaminazione

2. aminoacido ossidasi flaviniche (D-aa ossidasi e L-aa ossidasi)

catalizzano la deaminazione degli aa senza specificità per gli aa stessi ma solo per la forma L o D; La L aa ossidasi é una flavoproteina FMN dipendente che catalizza la deaminazione ossidativa degli aa della serie naturale ma con attività bassissima (effetto fisiologico dubbio).

La D aa ossidasi invece, presente nel fegato e nei reni, é una flavoproteina FAD dipendente che catalizza la deaminazione oszsidativa degli aa della serie non naturale, che tende a degradare gli aa della serie D, formatisi in alcune fermentazioni batteriche. Infatti risultano tossici bloccando gli enzimi utilizzati dagli L aminoacidi. L aa viene ossidato a spese della flavoproteina che si

riduce. L imminoacido viene delomito spontaneamente in a k acido e ammoniaca e la flavoproteina viene riossidata dall ossigeno molecolare con formazione di perossido di idrogeno. Questa ultima man mano che si forma viene demolita in H2O e O2 dalla catalasi. Le L e D ossidasi negli eucarioti si trovano nei perossisomi insieme a catalasi e perossidasi

DEAMINAZIONE NON OSSIDATIVA

gli enzimi che catalizzano la deaminazione di serina treonina e cisteina sono rispettivamente la serina e treonina deidratasi e la cisteina desulfidrasi, tutte e tre reazioni con enzima piridossalfosfato dipendente. In tutte queste reazioni la deidratazione e la desulfidrilazione precedono la deaminazione idrolitica spontanea. La treonina deidratasi é un enzima inducibile nei mammiferi, infatti ai ratti se si somministra molta caseina, proteina ricca di treonina, l attività della treonina deidratasi epatica aumenta di oltre 300 volte

DECARBOSSILAZIONE DEGLI AMINOACIDILla terza via del catabolismo degli aa consiste nella loro decarbossilazione nelle corrispondenti amine, reazioni catalizzate dalle specifiche decarbossilasi, enzimi piridossalfosfato dipendenti. Il meccanismo implica la formazione di una base di schiff tra gruppo carbonilico del piridossalfosfato e gruppo amminico dell aminoacido

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alcune amine che si formano per decarbossilazione hanno importanti funzioni fisiologiche, vengono chiamate appunto amine biogene. L istamina, prodotto di decarbossilazione dell istidina, ha azione vasodilatatoria e stimola la secrezione gastrica. La serotonina prodotto di decarbossilazione del 5idrossitriptofano é un potente vasocostrittore e un neurotrasmettitore. La tiramina, prodotto di decarbossilazione della tirosina, é un agente ipertensivo. La dopamina, prodotto di carbossilazione della 3,4 diidrossifenilalanina, é un intermedio della sintesi dell adrenalina. L acido GABA é un neurotrasmettitore importante che si ottiene dalla decarbossilazione del glutammato. Da non dimenticare anche la decarbossilazione dell aspartato a B alanina, costituente del coenzimaA

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sia le monoamine che le diamine possono essere degradate per deaminazione ossidativa tramite monoamine e diamine ossidasi

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il meccanismo della deaminazione ossidativa é uguale a quello degli aa. Si conoscono due tipi di amine ossidasi, uno piridossalfosfato dipendente e l altro FAD dipendente. Le amino ossidasi di

tipo flavinico sono localizzate nella m e dei mitocondri mentre le altre sono citoplasmatiche; E' una MAO flavinica quella responsabile dell inattivazione della noradrenalina in corrispondenza delle terminazioni nervose. Si spiega cosi come l inibizione di quest enzima possano modificare la risposta alla stimolazione simpaticomimetica. Ecco perché farmaci anti MAO sono usati nel trattamento dell ipertensione e di certe forme di depressione.