delle sono in grado di fissare atmosferico PROTEINE · METABOLISMO delle PROTEINE AZOTO essenziale per la vita - Amminoacidi - Nucleotidi In natura-N 2 atmosferico (NBN.B.N{NN triplo

METABOLISMOMETABOLISMO delle

PROTEINE

AZOTO essenziale per la vita

- Amminoacidi- Nucleotidi

In natura-N atmosferico (N B N N triplo legame molta energia per-N2 atmosferico (N.B. N N triplo legame, molta energia per

scinderlo)

ione nitrato NO – presente nel suolo- ione nitrato NO3– presente nel suolo

Nei sistemi biologici sono presenti le forme ridotteNei sistemi biologici sono presenti le forme ridotte- ione ammonio NH4

+ libero

- gruppo amminico (-NH +) e gruppo ammidico (-NH-C=O )- gruppo amminico (-NH3 ) e gruppo ammidico (-NH-C=O )presenti in composti organici

GLI ANIMALI DIPENDONO DA BATTERI E PIANTE PER L’AZOTO (ciclo dell’azoto)

I S lt t l i b tt i bi i bi ti ll di i d llI. Soltanto alcuni batteri anaerobi, simbionti nelle radici delleleguminose, sono in grado di fissare (ridurre) l’N2atmosferico con produzione di ammoniacaatmosferico con produzione di ammoniaca

II. altri batteri ossidano NH3 a nitrito (NO2– ) e quindi a nitrato

II. Le piante sono in grado di utilizzare NO3– con

produzione di NH + che viene quindi incorporato neiproduzione di NH4 , che viene quindi incorporato neicomposti organici azotati (punto d’ingresso Glu e Gln)

III. Gli animali assumono composti organici azotati(amminoacidi)

Fonte primaria di azoto:Fonte primaria di azoto: amminoacidi forniti dalle proteine p

alimentari

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Funzioni degli L- -amminoacidi

Substrati per la sintesi proteica

g

p p20 a.a - con codone riconoscimento via tRNA21 a.a. selenocisteina seril-tRNA + seleniofosfato Se-cisteinil tRNA

subiscono modificazione post sinteticasubiscono modificazione post-sinteticaesempi: amminoacidi fosforilati; acido carbossiglutammico

Componenti di peptidi glutatione (GSH) Glu Cys GlyComponenti di peptidi glutatione (GSH) Glu-Cys-Gly

Intermedi metabolici ornitina

Fonte energetica a.a. glucogenici, a.a. chetogenici

Trasporto di azoto glutammina alaninaTrasporto di azoto glutammina, alanina

Precursori per la biosintesi degli altri composti t ti tcontenti azoto

composti derivati amminoacidi precursoricomposti derivati amminoacidi precursori––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Eme glicina (+ succinil CoA)

Nucleotidi glutammina, glicina, acido aspartico

Carnitina lisina, metionina,

Creatina arginina, glicina, metionina

Ammine biogene istidina ( istamina)Ammine biogene , istidina ( istamina)triptofano ( serotonina)

Ti i d li ti iTiroxina, adrenalina tirosina

Taurina (nei sali biliari) cisteina

Niacina triptofano

CLASSIFICAZIONE NUTRIZIONALEAMMINOACIDI ESSENZIALI :devono necessariamente essere introdotti preformati con la dietap

valinaleucinai l iisoleucinametioninafenilalaninatriptofanoistidina lisinatreonina

AMMINOACIDI NON ESSENZIALIAMMINOACIDI NON ESSENZIALIi. semi-indispensabili risparmiano i precursori essenziali

tirosina (sintetizzata da fenilalanina)cisteina (sintetizzata da metionina)cisteina (sintetizzata da metionina)

condizionatamente non essenzialiglicina, serina, prolina, glutammina, argininapossono non essere sufficienti in alcuni stati particolari quali infezioni, traumi bambini prematuritraumi, bambini prematuri,

non essenzialialanina aspartato asparagina glutammatoalanina, aspartato, asparagina, glutammato

Le reazioni di transaminazione, reversibili, permettono di ridistribuire il gruppo NH3 fra gli amminoacidi

Vanno comunque integrati con la dieta e l’apporto deve essereVanno comunque integrati con la dieta e l apporto deve esserebilanciato in quanto:- Il pool di amminoacidi non è totalmente riutilizzabile- Il pool di amminoacidi non è totalmente riutilizzabile- NH3 principalmente prodotto di rifiuto, anche se vi è un

riutilizzo limitato a riformare amminoacidiriutilizzo limitato a riformare amminoacidi

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digestioneg

Enzimi digestivi secreti come zimogeni inattivi -

tti ti t it t li i l l i t ti lattivati tramite proteolisi nel lume intestinale

I. DIGESTIONE PROTEINE - STOMACO

pH acido: denatura le proteine alimentarip ppH acido: autoattivazione del

PEPSINOGENO PEPSINA + peptidiPEPSINOGENO PEPSINA peptidiIl processo prosegue in modo autocatalitico

Pepsina: endopeptidasi poco specifica ma preferisce rompere il legame che coinvolge il gruppo

carbossilico di Tyr Phe Trpcarbossilico di Tyr, Phe, Trp

proteine alimentari + pepsina grandi peptidi

SANGUE LUMESANGUE

Cl– Cl–Cl– Cl–

HCO3–

H+ H+HCO3

–

CO2 + H2O

metabolismo

pompaH+/K+

ATPasi

K+K+

membranaapicale

membranabaso-laterale

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II LUME INTESTINALE tramite ENZIMI PANCREATICIZimogeni secreti dal pancreas esocrinoEnterochinasi: legata alla membrana apicale degli enterociti

TRIPSINOGENO + enterochinasi TRIPSINA + esapeptidiCHIMOTRIPSINOGENO + tripsina CHIMOTRIPSINA +2 dipeptidiPROELASTASI + tripsina ELASTASIPROCARBOSSIPEPTIDASI A e B + tripsina CARBOSSIPEPTIDASI

endopeptidasiTRIPSINA - scinde legame COO- di a.a. basici (Arg, Lys)CHIMOTRIPSINA - scinde legame COO- di a.a. idrofobici (Phe, Tyr, Trp)ELASTASI - scinde legame COO- di piccoli aa neutri (Gly, Ala, Val)

Esopeptidasi (rilasciano a.a. liberi e oligopeptidi di 2-8 residui)CARBOSSIPEPTIDASI A - a.a. aromaticiCARBOSSIPEPTIDASI B - a.a basici (Lys, Arg)

III. MUCOSA INTESTINALEenzimi ancorati alla membrana dell’enterocita

AMINOPEPTIDASI- AMINOPEPTIDASI- DIPEPTIDASI

PRODOTTI DELLA DIGESTIONEPRODOTTI DELLA DIGESTIONE AMMINOACIDI LIBERI, DI- e TRiPEPTIDI

IV . ENTEROCITAI peptidi possono entrare nell’enterocita dove sonoI peptidi possono entrare nell enterocita dove sono scissi da amminopeptidasi citosoliche.

ASSORBIMENTO:tramite numerosi trasportatori specifici per classi ditramite numerosi trasportatori specifici per classi di a.a. (neutri, dibasici,..), in genere cotrasportatori con Na+ o H+

ENTEROCITI metabolizzano glutammina (loro principale fonte energetica), Glu, Asp, Arg per risparmiare glucosio ed acidi grassi per gli altri tessuti

Circa 1% delle proteine sono parzialmente idrolizzate eCirca 1% delle proteine sono parzialmente idrolizzate e frammenti peptidici possono essere assorbiti come tali tramite

Trasportatore (es H+/PepT1 che importa anche antibioticiTrasportatore (es H+/PepT1 che importa anche antibiotici beta lattamici)

Captazione transcellulare per endocitosi - e quindi esportoCaptazione transcellulare per endocitosi - e quindi esporto tramite esocitosi

Captazione paracellulare tra le cellule con una permeabilitàCaptazione paracellulare tra le cellule, con una permeabilità non specifica (in particolare in presenza di una mucosa danneggiata)

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METABOLISMO DELLE PROTEINE

Aminoacidi e proteine sono in rapporto dinamico

proteine corporee

si zion

e Quota dei derivati non proteici minoritaria e non si calcola nel bilancio azotato;

sint

es

degr

adaz bilancio azotato;

ma quota significativa in condizioni di privazione di proteine

AmminoacidiN C

Proteine della dieta

Derivati non proteici

digestione

glucosio, li

NH3 intermedi del Ci l di K b

glicogeno

CO + energiaurea

Ciclo di Krebs

acidi grassi

CO2 + energia

acidi grassi trigliceridi

bilancio di azoto o bilancio proteico: dipende dalla somma delle velocità di entrata ed uscita dal pool di amminoacidi liberi

PROTEINE ALIMENTARI POOL AA PROTEINE CORPOREEa b

delle velocità di entrata ed uscita dal pool di amminoacidi liberi

PROTEINE ALIMENTARI POOL AA PROTEINE CORPOREE

cd

flusso in entrata = dieta + degradazione proteica (a + b)

POOL DI DERIVATI

flusso in entrata = dieta + degradazione proteica (a + b)rimozione a.a. = sintesi proteica + ossidazione (c + d)

a + b = c + d costante mantenimento nell’adulto

a + b > d + c bilancio positivopaccrescimento; masse muscolari; gestazione

a + b < d + c bilancio negativoginsufficiente apporto energia e/o proteine; malattia

UOMO ADULTO: proteine corporee circa 12 KgUOMO ADULTO: proteine corporee circa 12 Kg

40% nel muscolo di cui 65% miosina ed actina per lavoro muscolare,h f t di i idi i di i i di tma anche come fonte di amminoacidi in condizioni di stress.

Le proteine muscolari non sono una forma di riserva come il glicogeno e i lipidi ed una loro perdita porta a perdita di proteine funzionali.

10% tessuti viscerali (fegato, intestino)non mobilizzate rapidamente in condizioni di stress per le loro funzioni vitalip p

30% nelle pelle e nel sanguelesioni delle pelle ed anemia sono presenti in deficit di proteine alimentarilesioni delle pelle ed anemia sono presenti in deficit di proteine alimentari

4 proteine: miosina, actina, collagene (strutturali) ed emoglobina (trasporto O2)

costituiscono circa la metà di tutte le proteinecostituiscono circa la metà di tutte le proteine

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CONTINUO RICAMBIO PROTEICOServe energia sia per la sintesi che per la degradazione:

15-20 % del bilancio energetico

La continua demolizione e sintesi è fondamentale per

degradare e rimpiazzare proteine danneggiate

modificare la quantità relativa di differenti proteine in base allenecessità nutrizionali e fisiologiche

rapido adattamento metabolico

La regolazione del turnover proteico è influenzata da:

stato nutrizionale (energetico e proteico)

ormoni (insulina, glucocorticoidi, ormoni tiroidei, ormone dellacrescita, citochine)

ORGANISMO

Ricambio giornaliero 1-2% proteine totali

Amminoacidi 70-80% riutilizzati20-30% metabolizzati

Proteine dalla dieta 70-80 grammi/giornoProteine metabolizzate 250 grammi/giornoProteine metabolizzate 250 grammi/giorno

% ricambio% ricambiomuscolo 30-50%fegato 25%

diversa emivitapochi minuti: proteine regolatorie300 i i llg

leucocitiemoglobina

300 giorni: collageno

SISTEMI DI PROTEOLISI

ATP-indipendente LISOSOMIALEcontribuisce per il 15%E i i i i H 5Enzimi attivi a pH 5

-proteine extracellulari (via endocitosi)-proteine di membrana -organelli danneggiati (es mitocondri)

ATP-dipendente CITOSOLICOsistema ubiquitina-proteasoma

l ttiselettivo

- proteine citosoliche- proteine regolatorie- proteine difettose (neo -sintetizzate per errori nella sintesi o per ripiegamento sbagliato; invecchiate)g g )

Premio Nobel 2004 Aaron Ciechanover, Avram Hershko and Irwin Rose

L’ubiquitina come suggerisce il nome è una proteina presente in tutti gli eucarioti

L’ubiquitina si lega alla proteina da degradare in una via ATP dipendente che utilizza 3 enzimi

E1 + ATP E1-Ubiquitina

ATP

qE2 proteina di trasporto dell’ubiquitinaE3 lega l’ubiquitina attivata alla proteina da

degradareCome si riconosce la proteina da eliminare?Varie ipotesi

-amminoacido N-terminale destabilizzanteamminoacido N-terminale destabilizzanteArg ~2 minTyr, Glu, ~ 10 minIle Gln ~ 30 min

oppure stabilizzanteMet. Gly, Ala, Ser, Thr > 20 ore

particolari sequenze di distruzione-particolari sequenze di distruzione

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La proteina marcata va al proteasoma

Proteine regolatorie per il riconoscimento e selezione di protine ubiquitilinateprotine ubiquitilinate

subunità7

7

7

Proteine degradate dalle subunità catalitiche

Attività tipo chimotripsina - a.a. idrofobiciAttività tipo tripsina a a basici

7

7

Attività tipo tripsina - a.a. basiciAttività per a.a. acidi

oligopeptidi di 3-25 a.a. scissi da proteasi citosoliche

L’attività del proteasoma è sotto controllo ormonaleL attività del proteasoma è sotto controllo ormonale

INSULINA inibisce il proteasoma

GLUCOCORTICOIDI attivano il proteasomaazione coordinata per la mobilizzazione di amminoacidiazione coordinata per la mobilizzazione di amminoacidimuscolari e per la gluconeogenesi epatica

ORMONI TIROIDEIORMONI TIROIDEI attivano il proteasoma

CITOCHINE attivano il proteasomaCITOCHINE attivano il proteasomasepsi, febbre, ustioni, cancro,…Aumento delle proteine della fase acuta ed aumento del catabolismo proteico delle miofibrille mediato da un aumento delle citochine TNF- , IL-1, IL-6

L i di f i i l l• Le proteine di fase acuta sono proteine presenti nel plasmasanguigno la cui concentrazione aumenta (proteine positive di faseacuta) o diminuisce (proteine negative di fase acuta) in presenzadi infiammazione. Insieme alla febbre, alla leucocitosi e ad altremanifestazioni quali tachicardia, ipertensione, brividi, anoressia emalessere costituiscono la cosiddetta reazione di fase acuta

@ Le proteine della fase acuta vengonosintetizzate dal fegato sotto l’induzione da

parte di citochine e di chemochine.

Le condizioni che portano a un aumentodelle loro concentrazioni plasmatiche sono:• le infezioni• i traumi• gli intervento chirurgici• le ustioni• gli infarti di tessuto• le infiammazioni immumologiche• le infiammazioni immunologiche (cristalli gottosi)• il cancro in stadi avanzati

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Al l i idi d• Al pool aminoacidico concorrono: aa daproteine della dieta; aa da proteine tessutali; aa sintetizzati de novo Il pool è di circa 100gaa sintetizzati de novo. Il pool è di circa 100g.

• 75% degli aa è usato per biosintesi, il 25% per lt i ti t ti I li t ialtri composti azotati. In una alimentazione

corretta sarebbe sufficiente integrare questo 25% (pari circa a 1g/Kg peso corporeo)25% (pari circa a 1g/Kg peso corporeo)

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cheto-omologoo transaminasi

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Per essere ossidati devonoperdere il gruppo aminico:per transaminazione o pdeaminazione ossidativa.

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Tutti gli aa con l’eccezione di lisina e treonina vanno incontro a

L’alanina aminotransferasi (ALT) ex GPTtreonina vanno incontro a transaminazione, l’accettore è l’ -chetoglutaratoL’AST, aspartato aminoTasi. è un , peccezione perché l’accettore non è l’alfa-chetoglutarato, ma l’ossalacetato che sarà portatore del 2°gruppo aminico p g ppnella sintesi dell’urea.

ASTLisina e treonina subiscono la deaminazione ossidativa

Ex GOT

Meccanismo d’azione delle aminotransferasi:Tutte richiedono il piridossalfosfato (vit B6) l t l i i d l d l itlegato con legame -aminico ad una lys del sito attivo. La reazione è una reazione bimolecolare a ping pong. Infatti il primo substrato lascia il gruppo amminico al PDF ed esce comegruppo amminico al PDF ed esce come chetoacido, mentre il secondo chetoacido entra e lega il gruppo amminico dalla piridossamina fosfato ed esce come amminoacidofosfato ed esce come amminoacido.

La K di equilibrio della reazione è quasi 1, così la reazione può decorrere in tutti e due i sensi, rispondendo alle diverse necessità della cellula.

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Le reazioni di transaminasi assolvono a due compiti:• Promuovono l’interconversione degli aa adeguandone le quantità alle

esigenze metaboliche ed ovviando agli eventuali squilibri dietetici.• Indirizzanol’eccesso di aa verso il loro utilizzo salvaguardando la quota

richiesta per la biosintesi proteica.Questo controllo è assicurato da due meccanismi:1 I d i d ll i i i h i i li d di i1. Induzione delle transaminasi epatiche e intestinali da eccesso di proteine

dietetiche2. Scarsa affinità delle transaminasi per gli aa (Km: 1-50mM). Così le

t i i i tti l lt t li di t itransaminasi si attivano solo oltre una certa soglia di concentrazioneamminoacidica.

Le transaminasi rivestono valore diagnostico in quanto la loro elevata concentrazione nel plasma è indice di lesione d’organo, in particolare la GOT e la GPT rispettivamente indicative di danno cardiaco ed epaticola GPT rispettivamente indicative di danno cardiaco ed epatico.

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Valore diagnostico delle amminotransferasi plasmatichep

O (GPT)

Andamento dell’ALT e della bilirubina sierica nel monitoraggio dell’avvelenamento da Amanita Phalloides

la GDeidrogenasi: il gruppo amminico della maggior parte degli aa è indirizzato al glutammato per mezzo della transaminazione dell’ -chetoglutarato, però…

Fattori allosterici:ATP/ADP, GTP/GDPCoenzimi NAD/NADH, NADP/NADPH

La direzione della reazione dipende dalle

NADP/NADPH

pesigenze della cellula


Nel loro insieme le reazioni di transaminasi tendono a convogliare il gruppo amminico verso l’ -chetoglutarato per formare glutammato, il quale viene restituito alla sua funzione di collettore di gruppi amminici dalla deaminazione ossidativa chealla sua funzione di collettore di gruppi amminici dalla deaminazione ossidativa, che ripristina l’ -chetoglutarato liberando l’NH3. Nelle cellule la GOT esiste in due isoforme: citosolica e mitocondriale. La forma citosolica facilita la formazione del glutammato quella mitocondriale dell’ -chetoglutaratoglutammato, quella mitocondriale dell chetoglutarato

la GDeidrogenasi: il gruppo amminico della maggior parte degli aa è indirizzato al glutammato per mezzo della transaminazione dell’ -chetoglutarato che poi produrrà l’NH3mezzo della transaminazione dell -chetoglutarato, che poi produrrà l NH3

La reazione è reversibile, nel verso riduttivo usa NADPH. Il verso della reazione dipende dal rapporto [NAD]/[NAD(P)H. Poiché le transaminasi citosoliche sono più attive di quelle mitocondriali e poiché la glutammato p q p gdeidrogenasi è solo mitocondriale, -chetoglutarato colleziona gruppi ammici a livello citosolico, mentre il glutammato mitocondriale si libererà dell’ NH3 nel processo di deaminazione ossidativa.

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DeaminazioneDeaminazione• La deaminazione può essere ossidativa e non

id tiossidativa.• La D. Ossidativa è catalizzata dalle amminoacido

ossidasi la più importante è la glutammicoossidasi, la più importante è la glutammicodeidrogenasi (oltre alla L e la D-amminoacidoossidasi).ossidasi).

• Glutammato Imminoglutammato -chetoglutarato

NAD NADH H2O NH3

g g

La L e D amminoacido Ossidasi sono FMN e FAD Dipendenti la D interviene suD aa prodotti dalla flora e assorbiti occasionalmente, la L ha attività bassissima e scarso rilievo fisiologico

Deaminazione non ossidativa

Enzimi inducibili piridossal fosfato dipendenti

Abbiamo definiti i meccanismi che consentono l’eliminazione dellaNH3 dallo scheletro carbonioso degli aa. La deamminazione ossida-tiva del glutammato (a livello epatico) convoglia l’ammoniaca nel ciclo dell’urea, forma attraverso la quale sarà eliminata.


Gli esseri umani usano due meccanismi per trasportare l’NH3 dai tessuti periferici al fegato dove si produce l’urea: molti tessuti attraverso ladove si produce l’urea: molti tessuti attraverso la glutammina (glutammina sintetasi) che funge da tampone per l’NH3, una forma atossica per l’NH3.Il secondo meccanismo lo utilizza essenzialmente il t. muscolare che trnsammina il piruvato (dal glucosio) ad alanina. l’ala raggiunge il fegato viene transaminata, si forma piruvato e glutammato. (ciclo glucosio alanina)glucosio alanina)

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Alanina e lattato trasportano al fegato il piruvato per sostenere la sintesi del glucosio, l’ l i i i h il i d ll’NH3 d l l l fl’alanina costituisce anche il trasportatore atossico dell’NH3 dal muscolo al fegato





L’urea rappresenta il 90% dei composti urinari contenenti azoto

l’urea migra ai reni per via ematica, dove viene filtrata e escreta, ma una parte diffonde all’intestino


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Aspartato+NH3+3ATPp 3Urea+Fumarato+2ADP+AMP+2Pi+PPi+3H 0PPi+3H20

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Da dove proviene l’NH3Da dove proviene l NH3Dagli aa mediante le reazioni di amminotransferasi e• Dagli aa, mediante le reazioni di amminotransferasi eglutammato deidrogenasi.

• Dalla glutammina. Nei reni dove si forma per azioneg pdella glutaminasi renale. L’escrezione con l’urinadell’NH3, come NH4+, contribuisce al mantenimentodell’eq. acido-base dell’organismo. Nell’intestino con laq gglutaminasi intestinale, che la riceve sia dal plasma chedalla digestionedelle proteine alimentari.

• Dall’attività batterica nell’intestino dove la flora batterica• Dall attività batterica nell intestino dove la flora battericaattacca l’urea riassorbita dal circolo ematico (in transitotra fegato e rene), con l’ureasi, l’intestino la riimmette nelcircolo portale da dove viene rieliminata dal fegatocircolo portale da dove viene rieliminata dal fegato(UREA)

• Dalle ammine e dalle purine e pirimidine.

Il trasporto dell’NH3Il trasporto dell NH3

• La produzione di NH3 avviene costantemente intutti i distretti dell’organismo, nel sangue il suolivello è basso (5-50um/L). Questo avvieneessenzialmente per 2 motivi:

• La capacità depurativa del fegato (UREA)• La liberazione da parte di cellule perifericheLa liberazione da parte di cellule periferiche

(soprattutto muscolari) di ricorrereall’eliminazione dell’NH3 sotto forma diall eliminazione dell NH3 sotto forma diGlutammina e Alanina.



Destino metabolico dell’ammoniacaDestino metabolico dell ammoniaca

L’NH3 h i lib d ll d i i d li d li• L’NH3 che si libera dalla deaminazione degli aa e deglialtri composti azotati (es. l’adenilato deaminasi moltoattiva nel muscolo card. e schel., libera NH3 da AMP), )deve essere eliminata perché molto tossica,l’organismola incorpora subito in composti atossici cherappresentano una forma di trasporto e dirappresentano una forma di trasporto e dipreeliminazione. Negli organismi uricotelici l’NH3 sielimina come Urea .

Tre sono i processi di organicazione dell’NH3:• Formazione del glutammato• Formazione della glutammina• Sintesi del carbamilfosfato

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• Il 3° processo di organicazione dell’NH3 è la sintesi del carbamilfosfato. La carbamilP-sintetasi èattiva solo in presenza di N-acetil-glutammato, dipende da NH3, è intramitocondriale di concertocon la glutammato deidrogenasi, incorporando l’NH3 man mano che si forma ad opera dellaGl t t D id i Si f b il f f t h l it l d è t lGlutammato Deidrogenasi. Si forma carbamil fosfato anche nel citosol, dove non è usato per lasintesi dell’urea, ma per i nucleotidi pirimidinici. I due E coinvolti nelle due vie sonorispettivamente l’aspartato transcarbamilasi citosolica e la ornitina transcarbamilasimitocondriale. La carbamilfosfato sintetasi citosolica è più attiva nei tessuti in accrescimentop(tumori, fegato rigenerante). La sintesi dell’urea è invece solo del fegato.

Un esempio che descrive bene le due attività è fornito dal fegato rigenerante:Durante la fase rigeneratrice prevale la via n.1, ma appena il fegato è stato riformato l’attività dell’aspartato transcarbamilasi si riduce mentre aumenta quella dell’OrnitinaTranscarbamilasi.

Ciclo dell’alanina muscolo fegato, forma in cui l’NH3 viene portata in circolo in forma atossica, il fegato utilizza il piruvato per fare glucosio e incorpora l’NH3 nell’urea. Il muscolo rilascia anche glutammina, usata dai reni e aa ramificati, usati prevalentemente dal cervello.

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La carbamil P sintetasi Idipende da NH ed è attiva solo in presenza di N acetil Glu (effettoreLa carbamil-P-sintetasi Idipende da NH3 ed è attiva solo in presenza di N-acetil-Glu, (effettore allosterico), è intramitocondriale, opero di concerto con la glutammato deidrogenasi. Nel citosol CPSII, produce CarbamilP a partire da glutammina ed è insensibile all’Nacetil-Glu

CPSI: carbamilfosfato sintetasi NH3 dipendenteCPSII: carbamilfosfato sintetasi glutammina dipendente

•La carbamil-P-sintetasi è attiva solo in presenza di N-acetil-glutammato, dipende da NH3, è intramitocondriale di concerto con la glutammato deidrogenasi, incorporando l’NH3 man mano che si forma ad opera della Glutammato Deidrogenasi. Si forma carbamil fosfato anche nel citosol, d è t l i t i d ll’ i l tidi i i idi i i I d E i lti ll ddove non è usato per la sintesi dell’urea, ma per i nucleotidi pirimidinici. I due E coinvolti nelle duevie sono rispettivamente l’aspartato transcarbamilasi citosolica e la ornitina transcarbamilasi mitocondriale. La carbamilfosfato sintetasi citosolica è più attiva nei tessuti in accrescimento (tumori, fegato rigenerante). La sintesi dell’urea è invece solo del fegato.( , g g ) g

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Il ciclo dell'urea richiede un'elevataquantità di energia (4 ATP per ogniquantità di energia (4 ATP per ognimolecola di urea prodotta).


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L’NH3 l l l d ll’ b lf fL’NH3 non entra come tale nel ciclo dell’urea, ma come carbamilfosfato e come aspartato, quindi le quantità di carbamilfosfato, nel mitocondrio e di aspartato nel citosol costituisconoIl primo fattore di regolazione, poi ci sono una regolazione:

l ie una regolazione:

La capacità ureogenetica del fegato garantisce un livello di NH3 nel sangue minore diLa capacità ureogenetica del fegato garantisce un livello di NH3 nel sangue minore di 5μm (0,1mg/100ml). Contribuisce all’uricemia l’assorbimento di NH3 dell’intestino crasso di derivazione batterica.

Il livello di NH3 nel sangue può arrivare a 250 μmoli/l, cui segue stato confusionale,coma e morte, come ad es per grave insufficienza epatica.I livelli normali si aggirano tra 2,5-6 μm /l valori più elevati sono indice di alterata filtrazione glomerulare (glomerulonefrite), o di bassa pressione ematica. Bassi valori di

rea si riscontrano in difetti congeniti dell’ reagenesi e in gra i epatopatie si fa diagnosiurea si riscontrano in difetti congeniti dell’ureagenesi e in gravi epatopatie si fa diagnosi per la presenza di ac orotico nelle urine: L’ac. Orotico è un intermedio della biosintesi delle basi puriniche. (carbamilfosfato citoplasmatico).

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CATABOLISMO DELLO SCHELETRO CARBONIOSO DEGLI AMMINOACIDICARBONIOSO DEGLI AMMINOACIDI

Come riportato in figura gli scheletri carboniosi convergono in settecomposti in grado di entrare direttamente o indirettamente nel ciclo diKrebs: piruvato acetilCoA acetoacetilCoA -chetoglutarato succinilCoAKrebs: piruvato, acetilCoA, acetoacetilCoA, -chetoglutarato, succinilCoA,fumarato, ossalacetato.

Gli amminoacidi che vengono degradati ad acetilCoA o acetoacetilCoA sonodetti chetogenetici e sono i precursori dei corpi chetonici .

Gli altri sono glucogenetici e possono, una volta convertiti in piruvato edossalacetato, formare glucosio attraverso la gluconeogenesi.


Lo scheletro carbonioso degli amminoacidi viene utilizzato nel ciclo di Krebsper produrre energiaper produrre energia.

P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006piruvato, acetilCoA, acetoacetilCoA, -chetoglutarato, succinilCoA, fumarato, ossalacetato

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ESCREZIONE DELL'AZOTO Solitamente i gruppi amminici in eccesso vengono escreti oppure utilizzati per sintetizzare composti azotati.

Un importante processo a cui vanno incontro gli amminoacidi è la d i i id ti E i i it d i d è t li t d lldeamminazione ossidativa. Essa avviene nei mitocondri ed è catalizzata dallaglutammato deidrogenasi, un enzima che allontana il gruppo amminico dal glutammato e lo sostituisce con l'ossigeno proveniente dall'acqua.

Lo ione ammonio che si viene a formare reagisce col glutammato per formare glutammina che funge da trasportatore di gruppi amminici al fegato L'enzimaglutammina, che funge da trasportatore di gruppi amminici al fegato. L enzimache permette questa reazione ATP-dipendente è la glutammina sintetasi.

La glutammina entra nel circolo sanguigno e raggiunge il fegato dove, all'interno deig g g gg g gmitocondri epatici, viene riconvertita a glutammato con liberazione dello ione ammonioNH4 + .

L‘alanina rappresenta il principale trasportatore di gruppi amminici dal muscolo alL alanina rappresenta il principale trasportatore di gruppi amminici dal muscolo alfegato. Essa viene formata per trasferimento del gruppo amminico dal glutammatoall'acido piruvico o piruvato. Similmente a quanto avviene per la glutamina, una voltagiunta all'interno dei mitocondri epatici, l'alanina libera il proprio ione ammoniog p , p pgenerando glutammato e piruvato. Il piruvato è necessario al fegato nel processochiamato gluconeogenesi.

Lo ione ammonio NH4 + è tossico per le cellule del corpo ed in particolare per ilLo ione ammonio NH4 + è tossico per le cellule del corpo ed in particolare per ilcervello. Come abbiamo visto, in sede extraepatica lo ione ammonio vieneneutralizzato tramite il legame con il glutammato o con il piruvato. Nel fegato l'NH4 +viene incorporato nella molecola atossica dell'urea. L'urea prodotta dal fegato viene


viene incorporato nella molecola atossica dell urea. L urea prodotta dal fegato vienetrasportata attraverso il sangue ai reni per l'escrezione urinaria.

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