CATABOLISMO AMMINOACIDI 1 Catabolismo aminoacidi Digestione di proteone dalla dieta Turnover delle proteine Digiuno prolungato 2 Digestione delle proteine dalla dieta L’organismo ricava la maggior parte degli aminoacidi di cui ha bisogno dalle proteine alimentari; Per essere utilizzati questi aminoacidi le proteine devono essere “digerite” cioè idrolizzate negli aminoacidi costituenti; Meno di 1/10 delle proteine ingerite con una dieta equilibrata viene eliminata senza essere stata “digerita” 3 Aminoacidi essenziali e non per la sintesi proteica sono necessari tutti e 20 gli aminoacidi naturali; alcuni aminoacidi sono definiti essenziali perché non possono essere sintetizzati e sono introdotti con la dieta; La fenilalanina è necessaria per la sintesi di ormoni tiroidei e dell’adrenalina 4 Cosa succede se mancano aminoacidi essenziali? l’organismo è costretto a demolire alcune sue proteine; Durante il digiuno prolungato il fegato può arrivare a perdere il 50% delle proprie proteine, il muscolo scheletrico il 30% il cuore solo il 3%; Cioè fegato e muscolo scheletrico possono servire da “riserva” di aminoacidi. 5 Stomaco Intestino 6 Proteine introdotte con la dieta Enzimi proteolitici: Proteasi gastriche Pepsina Proteasi pancreatiche Tripsina Chimotripsina 7 8 Zimogeni e proteasi 9 Degradazione proteine da dieta: proteasi gastriche Pepsina •L’attacco enzimatico inizia nella cavità dello stomaco; •pH ottimale ~ 2; •Secreto dalle cellule della mucosa gastrica come pepsinogeno (zimogeno); •L’attivazione avviene spontaneamente a pH =2 realizzato con la secrezione di HCl 10 Pepsina • non particolarmente specifica; •Idrolizza preferenzialmente i i legami peptidici con il gruppo carbossilico di aminoacidi aromatici (fenilalanina, triptofano, tirosina) HCl •Attiva la pepsina; •Svolge azione battericida; •Denatura le proteine 11 Proteasi pancreatiche Tripsina • Endopeptidasi (pH 7-8); •Idrolizza legami peptidici con il gruppo carbossilico di aminoacidi basici quali arginina e lisina; •E’ particolarmente attiva sui prodotti di degradazione della pepsina; •E’ sintetizzata come zimogeno (tripsinogeno) ed attivata da una enteropeptidasi (enzima prodotto dalla mucosa intestinale. 12 Peptidasi intestinali •Enzimi endocellulari; •Aminopeptidasi staccano gli aminoacidi Nterminali; •Dipeptidasi rompono i dipeptidi che resistono alle aminopeptidasi; 13 Assorbimento intestinale degli aminoacidi Gli aminoacidi così formati sono assorbiti dall’intestino mediante trasporto attivo. Specifici trasportatori fannoentrare gli aminoacidi insieme a ioni Na+ con idrolisi di ATP. 14 Turnover delle proteine 15 Regola dell’N-terminale E1 E2 E3 Enzima di attivazione dell’ ubiquitina Enzima di coniugazione dell’ubiquitina Ubiquitina-proteina ligasi 16 ATP + E1 + + Ubiquitina E2 + E3 + Target 17 3 enzimi sono necessari per il tag di una proteina con l’ubiquitina 18 Ubiquitina= proteina di 8,5 kDa ~76 aa Il residuo di glicina carbossiterminale forma il legame isopeptidico con residui di lisina della proteina da degradare 19 Proteasoma La degradazione delle proteine è essenziale per la crescita cellulare Fornisce amminoacidi Rimuove enzimi in eccesso Rimuove o porta all’attivazione di fattori di trascrizione Struttura del proteasoma 26S 20S Parte centrale con attività catalitica 19S complesso regolatorio 20 Il Proteasoma 26S degrada le proteine legate all’ubiquitina 19S subunità regolatoria (7 α subunità) 20S proteasoma (attività catalitica) 2 x 7 β subunità 19S subunità regolatoria (7 α subunità) 21 Inibitori del proteosoma Il blocco dell’attività del proteasoma potrebbe essere una strategia vincente contro alcuni tumori Meccanismo d’azione •Peptide boronico inibisce le serine proteasi imitando il substrato nel legame nel sito attivo. •Queste molecole possono inibire il proteosoma legandosi al sito centrale 20S del proteasoma 25 BORTEZOMIB: UN FARMACO INTELLIGENTE Effetti biologici PROLIFERAZIONE p21 p27 APOPTOSI p53 Bid Bax ACCUMULO DI I-KB Repressione di NF-KB Induzione Apoptosi Repressione proliferazione Etc…. STABILIZZAZIONE APOPTOSI APOPTOSI JNK ANGIOGENESI NF-kB PROLIFERAZIONE PROTEOSOMA 26 Rimozione del gruppo amminico degli amminoacidi 27 Da dove vengono i gruppi amminici? 28 α-chetoacidi Ossalacetato COO COO COO | C=O | R | C=O | CH3 Piruvato | C=O | CH2 | COO29 α-aminoacidi Acido Aspartico COO COO | COOCH-NH2 | | CH-NH2 CH-NH2 | CH2 | | | R CH3 COO Alanina 30 COO| C-NH2 | CH3 Alanina COO | C=O | CH3 Piruvato 31 32 Transaminazione NH2 | + HOOC - CH - R1 O || HOOC - C - R2 O || HOOC - C - R1 NH2 | HOOC - CH - R2 + 33 34 PLP Piridossal fosfato 35 36 Sintesi della Glutammina 40 Nel fegato 41 La glutammina serve come donatore di gruppi amminici per molte altre molecole carbamoyl-phosphate CO2+H glucosamine-6-P 3N-C-H histidine CH2 tryptophan CH2 O C-NH2 AMP CTP 42 Sei dei prodotti finali inibiscono allostericamente la glutammina sintetasi carbamoylGlu CO2+H 3N-C-H glutamine synthetase ATP ADP + Pi NH4 Gln CO2+H N-C-H 3 phosphate glucosamine -6-P histidine CH2 CH2 CH2 CH2 AMP C-NH2 CTP X X X X X X X X CO2- O tryptophan glycine alanine Ser, Gly e Ala inibiscono il sito di legame con il substrato L’effetto inibitorio di tutti I prodotti insieme è maggiore della somma degli effetti individuali. 43 Nel Fegato CO2+H N-C-H 3 CH2 CH2 O C-NH2 Glutamminasi CO2+H N-C-H 3 CH2 + NH4+ CH2 O C-O- 44 Sintesi dell’alanina 45 Alanina 46 47 Reazione della Glutammico deidrogenasi 48 Regolazione della Glutammato deidrogenasi 49 Come vengono degradati gli aminoacidi? 50 Destino del gruppo amminico degli aminoacidi nei vertebrati 51 Ciclo dell’urea Glutammato GDH α-chetoglutarato 52 53 Sintesi del Carbamil fosfato Carbamil fosfato sintetasi 54 mitocondri 55 citosol 56 citosol 57 citosol 58 CICLO DELL’UREA 59 60 Ossalacetato COO| C=O | CH2 | COO Transamminazione ad aspartato e ciclo dell’urea Conversione in glucosio nella gluconeogenesi Condensazione con acetilCoA nel ciclo di Krebs 61 62 63 Deaminazione degli aa (rimozione del gruppo aminico) deaminazione ossidativa (AAO con FAD o FMN) aminoacido deidrogenasi (glutamico deidrogenasi = GDH) Deaminazione degli aa (TRANS-AMINATIVA) (solo spostamento del gruppo aminico da aa ad αchetoglutarato, con formazione del chetoacido e di glutammato) GOT- glutamico-ossalacetico transaminasi AST (aspartico transaminasi) GPT- glutamico-piruvico transaminasi ALT (alanina transaminasi) 64 Transaminasi GDH GPT Glutaminasi Glutamina sintasi 65 Regolazione del ciclo dell’Urea • a breve termine: Attivazione della carbamilfosfato sintetasi da parte dell’ N-acetilglutammato; • a lungo termine: Induzione della sintesi di enzimi del ciclo in seguito a dieta iperproteica e nel digiuno prolungato 66 Regolazione del ciclo dell’Urea 67 Destino dello scheletro carbonioso Glucogenici Chetogenici 68 Piruvato 69 α− chetoglutarato 70 71 Ossalacetato COO| CH-NH2 | asparaginasi CH2 | CONH2 asparagina COO| CH-NH2 | Aspartato CH2 transaminasi | COO- COO| C=O | CH2 | COO- aspartato 72 Succinil CoA 73 Acetil CoA 74 75 Difetti del ciclo dell’urea IPERAMMONEMIA Congenita: carenza di uno qualsiasi degli enzimi del ciclo dell’urea Acquisita: patologie epatiche (epatite, cirrosi, ostruzione vie biliari) 76 Difetti del ciclo dell’urea Carenza di carbamil fosfato sintetasi o di ornitina transcarbamilasi 77 Argininosuccinasi Ornitina transcarbamilasi 78 Il trattamento è basato sulla combinazione di una dieta ipoproteica integrata con aminoacidi (Arg) e farmaci che favoriscono l’escrezione dell’azoto attraverso vie alternative al ciclo dell’urea 79 Vie alternative: impiego di benzoato e fenilacetato che reagiscono principalmente con glicina e glutammina producendo composti che vengono eliminati con le urine 80 Citrullinemia I – difetto in argininosuccinato sintetasi provoca crisi epilettiche e tensioni muscolari. Può essere curata con una dieta opportuna Citrullinemia II– difetto nel trasportatore mitocondriale aspartatoglutammato provoca iperammonemia Sindrome HHH- iperammonemia, iperornitinemia, omocitrullinemia 81 Fenilchetonuria Accumulo di fenilalanina nel sangue provoca grave ritardo mentale. Può essere trattata con un’opportuna dieta povera di fenilalanina 82 Morbo di ParkinsonMalattia neurologica associata anche alla limitata produzione di dopammina. Un tentativo di cura è la somministrazione proprio di dopammina 83