Proteine 1 - Docenti.unina

METABOLISMO
delle
PROTEINE
AZOTO essenziale per la vita - Amminoacidi
- Nucleotidi
In natura -­‐ N2 atmosferico (N.B. N≡N triplo legame, molta energia per metabolizzarlo) -­‐ ione nitrato NO3– presente nel suolo Nei sistemi biologici sono presen3 le forme rido6e -­‐  ione ammonio NH4+ libero -­‐ gruppo amminico (-­‐NH3+) e gruppo ammidico (-­‐NH-­‐C=O ) presenA in composA organici GLI ANIMALI DIPENDONO DA BATTERI E PIANTE PER L’AZOTO (ciclo
dell’azoto)
I.  Soltanto alcuni baDeri anaerobi, simbionA nelle radici delle leguminose, sono in grado di fissare (ridurre) l’N2 atmosferico con produzione di ammoniaca II.  altri baDeri ossidano NH3 a nitrito (NO2– ) e quindi a nitrato II. Le piante sono in grado di u:lizzare NO3– con produzione di NH4+, che viene quindi incorporato nei composA organici azotaA (punto d’ingresso Glu e Gln) III. Gli animali assumono composA organici azotaA (amminoacidi) Fonte primaria di azoto:
amminoacidi forniti dalle proteine
alimentari Funzioni degli L-α-amminoacidi  Substra: per la sintesi proteica 20 a.a -­‐ con codone riconoscimento via tRNA 21 a.a. selenocisteina seril-­‐tRNA + seleniofosfato  Se-­‐cisteinil tRNA più numerosi in seguito a modificazione post-­‐sinte3ca esempi: amminoacidi fosforilaA; acido γcarbossiglutammico  Componen: di pep:di glutaAone (GSH) γGlu-­‐Cys-­‐Gly  Intermedi metabolici orniAna  Fonte energe:ca a.a. glucogenici, a.a. chetogenici   Trasporto di azoto
glutammina, alanina   Precursori per la biosintesi degli altri compos: azoto conten: compos3 deriva3
amminoacidi precursori –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Eme glicina (+ succinil CoA) Nucleo:di glutammina, glicina, acido asparAco Carni:na lisina, meAonina Crea:na
arginina, glicina, meAonina Ammine biogene , isAdina ( istamina) triptofano ( serotonina) Tiroxina, adrenalina Arosina Taurina (nei sali biliari) cisteina Niacina triptofano Classificazione in
base alla struttura
CLASSIFICAZIONE NUTRIZIONALE
AMMINOACIDI ESSENZIALI : devono necessariamente essere introdo< preforma3 con la dieta valina leucina isoleucina me:onina fenilalanina triptofano is:dina lisina treonina AMMINOACIDI NON ESSENZIALI
i. semi-­‐indispensabili risparmiano i precursori essenziali :rosina (sinteAzzata da fenilalanina) cisteina (sinteAzzata da meAonina) condizionatamente non essenziali glicina, serina, prolina, glutammina, arginina possono non essere sufficien9 in alcuni sta9 par9colari quali infezioni, traumi, bambini prematuri, non essenziali alanina, aspartato, asparagina, glutammato Le reazioni di transaminazione, reversibili, permeMono di ridistribuire il gruppo NH3 fra gli amminoacidi Vanno comunque integraA con la dieta e l’apporto deve essere bilanciato in quanto: -­‐ Il pool di amminoacidi non è totalmente riuAlizzabile -­‐ NH3 principalmente prodoDo di rifiuto, anche se vi è un riuAlizzo limitato a riformare amminoacidi digestione
Enzimi digestivi secreti come zimogeni inattivi attivati tramite proteolisi nel lume intestinale
I. 
DIGESTIONE PROTEINE -­‐ STOMACO pH acido: denatura le proteine alimentari pH acido: autoaSvazione del PEPSINOGENO  PEPSINA + pepAdi Il processo prosegue in modo autocataliAco Pepsina: endopep9dasi poco specifica ma preferisce rompere il legame che coinvolge il gruppo carbossilico di Tyr, Phe, Trp proteine alimentari + pepsina  grandi pep:di LUME SANGUE Cl– HCO3– Cl– Cl– HCO3– H+ H+ pompa H+/K+ CO2 + H2O metabolismo ATPasi K+ membrana baso-­‐laterale Cl– K+ membrana apicale II LUME INTESTINALE tramite ENZIMI PANCREATICI Zimogeni secre3 dal pancreas esocrino Enterochinasi: legata alla membrana apicale degli enteroci3 TRIPSINOGENO + enterochinasi  TRIPSINA + esapep:di CHIMOTRIPSINOGENO + tripsina  CHIMOTRIPSINA +2 dipep:di PROELASTASI + tripsina  ELASTASI PROCARBOSSIPEPTIDASI A e B + tripsina  CARBOSSIPEPTIDASI endopep3dasi TRIPSINA -­‐ 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) Esopep3dasi (rilasciano a.a. liberi e oligopep3di di 2-­‐8 residui) CARBOSSIPEPTIDASI A -­‐ a.a. aroma:ci CARBOSSIPEPTIDASI B -­‐ a.a basici (Lys, Arg) III. MUCOSA INTESTINALE enzimi ancora3 alla membrana dell’enterocita -­‐ AMINOPEPTIDASI -­‐ DIPEPTIDASI PRODOTTI DELLA DIGESTIONE
AMMINOACIDI LIBERI, DI- e TRiPEPTIDI IV . ENTEROCITA I pep:di possono entrare nell’enterocita dove sono scissi da amminopep:dasi citosoliche. ASSORBIMENTO: tramite numerosi trasportatori specifici per classi di a.a. (neutri, dibasici,..), in genere cotrasportatori con Na+ o H+ ENTEROCITI metabolizzano glutammina (loro principale fonte energe:ca), Glu, Asp, Arg per risparmiare glucosio ed acidi grassi per gli altri tessu: Circa 1% delle proteine sono parzialmente idrolizzate e frammen: pep:dici possono essere assorbi: come tali tramite   Trasportatore (es H+/PepT1 che importa anche an:bio:ci laMamici) beta   Captazione transcellulare per endocitosi -­‐ e quindi esporto tramite esocitosi   Captazione paracellulare tra le cellule, con una permeabilità non specifica (in par:colare in presenza di una mucosa danneggiata) Destino degli aminoacidi alimentari dopo un pasto
MUSCOLO glucosio -­‐NH2 AA ramifica: alanina proteine pool AA proteine AA ramifica: α-­‐chetoacidi urea FEGATO alanina glutammina CO2 pool AA SANGUE serina glutammina Interconversione di AA NH4+ proteine α-­‐chetoglutarato AA alimentari INTESTINO RENE METABOLISMO DELLE PROTEINE Aminoacidi e proteine sono in rapporto dinamico
Proteine della dieta diges3one Quota dei deriva9 non proteici minoritaria e non si calcola nel bilancio azotato; ma quota significa9va in condizioni di privazione di proteine degradazione sintesi proteine corporee Amminoacidi N C Deriva: non proteici glucosio, glicogeno NH3  urea intermedi del Ciclo di Krebs 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
a b PROTEINE ALIMENTARI POOL AA PROTEINE d CORPOREE c POOL DI DERIVATI flusso in entrata = dieta + degradazione proteica (a + b) rimozione a.a. = sintesi proteica + ossidazione (c + d) a+b=c+d
a+d>b+c
costante mantenimento nell’adulto
bilancio posi9vo
accrescimento; masse muscolari; gestazione
b+c >a+d
bilancio nega9vo insufficiente apporto energia e/o proteine; malaIa
In media le proteine contengono il 16% di azoto RelaAvamente facile misurare l’azoto, per cui i cambiamenA nella quanAtà proteica corporea vengono misuraA come differenza fra azoto introdoMo ed azoto escreto azoto x 6,25 (cioè 100/16) = proteina UOMO ADULTO: proteine corporee circa 12 Kg 40% nel muscolo di cui 65% miosina ed acAna per locomozione e lavoro muscolare, ma anche come fonte di amminoacidi in condizioni di stress. Ma proteine muscolari non sono forma di riserva come glicogeno e lipidi ed una loro perdita porta a perdita di proteine funzionali. 10% tessu: viscerali (fegato, intes9no) non mobilizzate rapidamente in condizioni di stress per le loro funzioni vitali 30% nelle pelle e nel sangue lesioni delle pelle ed anemia sono presen9 in deficit di proteine alimentari 4 proteine: miosina, ac9na, collagene (struMurali) ed emoglobina (trasporto O2) cos9tuiscono circa la metà di tuMe le proteine CONTINUO RICAMBIO PROTEICO
Serve energia sia per la sintesi che per la degradazione:
15-20 % del bilancio energetico
La conAnua demolizione e sintesi è fondamentale per  degradare e rimpiazzare proteine danneggiate  modificare la quanAtà relaAva di differenA proteine in base alle necessità nutrizionali e fisiologiche  rapido adaDamento metabolico La regolazione del turnover proteico è influenzata da:  stato nutrizionale (energeAco e proteico)  ormoni (insulina, glucocorAcoidi, ormoni Aroidei, ormone della crescita, citochine) ORGANISMO Ricambio giornaliero 1-­‐2% proteine totali Amminoacidi 70-­‐80% riuAlizzaA 20-­‐30% metabolizzaA Proteine dalla dieta 70-­‐80 grammi/giorno Proteine metabolizzate 250 grammi/giorno % ricambio muscolo 30-­‐50% fegato 25% leucoci: emoglobina diversa emivita pochi minu:: proteine regolatorie 300 giorni: collageno SISTEMI DI PROTEOLISI ATP-­‐indipendente LISOSOMIALE contribuisce per il 15% Enzimi a<vi a pH 5 -­‐ proteine extracellulari (via endocitosi) -­‐ proteine di membrana -­‐ organelli danneggiaA (es mitocondri) ATP-­‐dipendente CITOSOLICO sistema ubiqui:na-­‐proteasoma sele<vo -­‐  proteine citosoliche -­‐  proteine regolatorie -­‐  proteine difeDose (neo -­‐sinteAzzate per errori nella sintesi o per ripiegamento sbagliato; invecchiate) Premio Nobel 2004 Aaron Ciechanover, Avram Hershko and Irwin Rose L’ubiqui:na come suggerisce il nome è una proteina presente in tua gli eucarioA L’ubiquiAna si lega alla proteina da degradare in una via ATP dipendente che uAlizza 3 enzimi E1 + ATP  E1-­‐UbiquiAna E2 proteina di trasporto dell’ubiquiAna E3 lega l’ubiquiAna aavata alla proteina da degradare Come si riconosce la proteina da eliminare?
Varie ipotesi -­‐ amminoacido N-­‐terminale destabilizzante Arg ~2 min Tyr, Glu, ~ 10 min Ile Gln ~ 30 min oppure stabilizzante Met. Gly, Ala, Ser, Thr > 20 ore -­‐ parAcolari sequenze di distruzione ATP La proteina marcata va al proteasoma Proteine regolatorie per il riconoscimento e selezione di pro9ne ubiqui9linate subunità 7 α Proteine degradate dalle subunità cataliAche β 7 β 7 β Aavità Apo chimotripsina -­‐ a.a. idrofobici Aavità Apo tripsina -­‐ a.a. basici Aavità per a.a. acidi 7 α oligopepAdi di 3-­‐25 a.a. scissi da protesi citosoliche L’attività del proteasoma è sotto controllo ormonale INSULINA inibisce il proteasoma GLUCOCORTICOIDI aIvano il proteasoma azione coordinata per la mobilizzazione di amminoacidi muscolari e per la gluconeogenesi epa9ca ORMONI TIROIDEI aIvano il proteasoma CITOCHINE aIvano il proteasoma sepsi, febbre, usAoni, cancro,… Aumento delle proteine della fase acuta ed aumento del catabolismo proteico delle miofibrille mediato da un aumento delle citochine TNF-­‐α, IL-­‐1, IL-­‐6 Il metabolismo dei composti azotati
pH=7
Villi intestinali e poi fegato