Lez 5. Metabolismo delle proteine
annuncio pubblicitario
Digestione e assorbimento delle proteine Metabolismo delle proteine Le proteine sono formate da catene di αaminoacidi della serie L uniti tra loro dal legame peptidico Le proteine sono composte da 20 aminoacidi Durante la sintesi proteica è necessario che gli amino acidi siano tutti contemporaneamente presenti Equilibrio dinamico tra aminoacidi e proteine Proteine corporee Proteine alimentari Pool degli aminoacidi Pool di escrezione Equilibrio proteine-aminoacidi a+b=c+d condizione di mantenimento a+d>b+c accrescimento a+d<b+c perdita di massa proteica Turnover proteico Indica la peculiarità delle proteine di andare incontro ad un continuo processo di degradazione e sintesi. Caratteristiche del turnover proteico È esteso: tutte le proteine sono soggette al turnover È eterogeneo: avviene a velocità diversa per le diverse proteine È intracellulare: sintesi e degradazione avvengono all’interno della cellula È regolato da fattori nutrizionali, ormonali… Comportamento del turnover Varia nelle diverse specie animali in rapporto alla taglia Negli organismi umani la velocità del turnover cala dalla nascita all’età adulta Varia per i diversi organi e tessuti Richiede energia Quantitativamente coinvolge circa 3-4 volte l’abituale introduzione di proteine con la dieta Turnover proteico Eritrociti 8g Globuli bianchi 20 g Muscoli scheletrici 50 g Turnover proteico dell’organismo 250 g Fegato 25 g Tratto gastrointestinale 70 g Aminoacidi liberi 100 g Esempi di turnover proteici nell’organismo Proteina Velocità di turnover Enzimi 7-10 minuti Fegato 10 giorni Plasma 10 giorni Emoglobina 120 giorni Muscoli 180 giorni Collagene 1000 giorni Regolazione del turnover proteico Avviene attraverso la coregolazione della fase di sintesi e degradazione Sintesi e degradazione sono influenzate dallo stato di nutrizione proteica ed energetica e da alcuni ormoni I diversi fattori influenzanti possono portare ad uno stesso risultato (aumento o diminuzione della massa proteica) agendo in maniera contraria ed indipendente sulle due componenti del turnover Digestione delle proteine L’intestino digerisce e assorbe ogni giorno una notevole quantità di proteine, alcune di provenienza alimentare, altre segrete nel tratto gastroenterico (enzimi digestivi, mucoproteine, sieralbumina, ..). Valutando in 100 g le proteine assunte con la dieta si può valutare in 170 g la qtà di proteine assorbite e in 10 g quelle perse con le feci Classi di enzimi coinvolti nella digestione delle proteine Endopeptidasi Pepsina Tripisina Chimotripsina Elastasi Esopeptidasi Carbossipeptidasi Amminopeptidasi Dipeptidasi Endopeptidasi Enzimi proteolitici, appartenenti alla classe delle idrolasi, che catalizzano l'idrolisi dei legami peptidici interni alla catena delle proteine o dei peptidi. Le endopeptidasi sono presenti nel canale alimentare, a livello gastrico e duodenale, ove svolgono la loro azione idrolitica nei confronti delle proteine alimentari. Esopeptidasi Enzimi proteolitici che catalizzano l'idrolisi dei legami peptidici in corrispondenza delle estremità delle catene proteiche. Appartengono alle esopeptidasi le carbossipeptidasi, le aminopeptidasi e le dipeptidasi Endopeptidasi Enzima Presenza Pepsina Stomaco pH ottimale 1,5 – 2,5 Tripsina Intestino 7,5 – 8,5 Chimotripsina Intestino 7,5 – 8,5 Elastasi Intestino 7,5 – 8,5 Specificità Tyr, Phe, Leu -NH Arg, Lys -COOH Trp, Phe, Tyr, Met, Leu -COOH Ala, Gly, Ser -COOH Esopeptidasi Enzima Presenza Carbossipeptidasi Lume intestinale pH del Mucosa succo intestinale intestinale Aminopeptidasi Dipeptidasi e tripeptidasi Mucosa intestinale pH ottimale Specificità -COOH Terminale -NH3 Terminale Dipeptidi e tripeptidi Digestione: stomaco Ha inizio la digestione delle proteine ad opera dell'enzima pepsina, un'idrolasi secreta dalle cellule parietali delle ghiandole gastriche, che scinde i legami peptidici (peptidasi) con pH ottimale intorno a 2. L'organismo si difende dall'azione idrolitica delle peptidasi: esse vengono secrete in forma inattiva (zimogeni o proenzimi) e attivate solo all'esterno delle cellule che le hanno prodotte e in presenza del cibo da digerire. La pepsina, una endopeptidasi, effettua sulle proteine alimentari una prima efficace idrolisi, tagliando le catene proteiche in frammenti più corti o peptidi. Pepsina pepsina pepsinogeno tripsina chimotripsin a elastasi tripsinogen chimotripsinoge no o proelastasi Digestione: intestino I peptidi provenienti dalla parziale digestione delle proteine nello stomaco vengono idrolizzati da una serie di enzimi di origine pancreatica che li trasformano in oligopeptidi, tripeptidi e dipeptidi: - tripsina (endopeptidasi), - chimotripsina (endopeptidasi), - elastasi (endopeptidasi) anch'essi secreti in forma inattiva e attivati successivamente. Digestione: intestino p ep sina p ep sinog eno trip sina chim otrip sina trip sino g eno chim o trip sino g eno elastasi p ro elastasi Degradazione proteolitica delle proteine (ultima fase) Aminopeptidasi Dipeptidasi Questi enzimi sono metalloproteine e tipicamente richiedono Mn2+ e Zn2+ Attivazione enzimatica tripsina chimotripsina elastasi tripsinogeno chimotripsinogeno proelastasi Carbossipeptidasi A Carbossipeptidasi B Procarbossipeptidasi Procarbossipeptidasi B A Attivazione delle proteasi La maggior parte delle proteasi sono sintetizzate come pre-proteine più grandi La proteine viene attivata rimuovendo un segmento inibitorio dalla preproteina L’attivazione piò avvenire dopo che la proteasi è stata rilasciata in un particolare compatimento cellulare o in un ambiente extracellulare Attivazione degli enzimi pancreatici Patologie associate alla digestione delle proteine Morbo celiaco gli enzimi intestinali non sono in grado di digerire alcune proteine insolubili in acqua del grano (gliadina) Pancreatite acuta gli zimogeni sono convertiti nella forma attiva nelle cellule pancreatiche Malattia celiaca Intolleranza permanente alla gliadina del frumento e alle corrispondenti proteine (dette prolamine) di segale, orzo e avena. Queste ultime sono responsabili, negli individui geneticamente predisposti, di profonde alterazioni della mucosa intestinale. Si crede sia conseguenza di una risposta immunologica abnorme nei confronti della gliadina e delle corrispondenti prolamine tossiche che porta ad un’atrofia dei villi intestinali La dieta del celiaco Alimenti permessi: riso, mais, grano saraceno, soia, miglio, patate, tapioca Alimenti vietati: glutine di grano, segale, orzo, avena e derivati malto Proteine Pepsina Proteasi pacreatiche Oligopeptidi Aminoacidi liberi Neutri Peptidasi Piccoli peptidi Basici Acidi Trasporto mediato Aminoacidi Peptidasi intracellulari Aminoacidi Capillari Assorbimento protidi Assorbiti sotto forma di aminoacidi (in piccolissime quantità anche come dipeptidi) Velocità dell’assorbimento superiore a quella della digestione Il trasporto a livello dell’enterocita avviene in modo analogo al trasporto del glucosio, si ha un simporto con Na+ Si conoscono 4 sistemi di trasporto: aa neutri, aa basici, aa acidi, prolina ed idrossiprolina Trasporto degli aminoacidi Metabolismo degli aminoacidi Chetogenico Proteine dietetiche g Acidi grassi, steroli Acetil-CoA g Proteine corporee ENERGIA Aminoacidi Carboidrati intermedi Neurotrasmettitori Purine Fosfolipidi Pirimidine Coenzimi Porfirine Altri composti azotati Tiroxine Riserve di glicogeno Glucogenico Metabolismo degli aminoacidi Circa il 75 % degli aminoacidi utilizzati per la sintesi proteica Gli aminoacidi derivano sia dalle proteine introdotte con la dieta sia da quelle degradate nell’organismo Questa degradazione è un processo che avviene con continuità poiché le proteine nell’organismo vengono costantemente rimpiazzate Catabolismo degli aminoacidi Dopo l’assorbimento attraverso l’intestino gli aminoacidi sono trasportati al fegato attraverso il sistema portale Il fegato è il sito principale sia del metabolismo dello scheletro carbonioso che dell’azoto ed è l’organo più attivo sia per la sintesi che per il catabolismo La maggior parte dell’azoto è rimosso dagli aminoacidi tramite l’azione di enzimi epatici per ossidazione o transaminazione Altri usi degli aminoacidi Sono utilizzati come fonte di azoto per la sintesi di altri composti: Basi azotate del DNA ed RNA Eme e strutture simili di mioglobina, emoglobina, citocromi, enzimi,.. Acetilcolina ed altri neurotrasmettitori Ormoni e fosfolipidi Possono essere utilizzati anche come fonte energetica dopo la rimozione dell’azoto Vie metaboliche degli aminoacidi Proteine corporee Proteine dietetiche digestione Sintesi nel fegato Ciclo acido citrico Pool di aminoacidi catabolismo Composti azotati Scheletro carbonioso Ciclo urea Degradazione ossidativa degli aa Durante il turnover proteico: vengono ossidati gli aminoacidi che non vengono utilizzati per una nuova sintesi In presenza di una dieta troppo ricca di proteine: l’eccesso viene ossidato Durante il digiuno e in caso di diabete mellito Catabolismo degli aminoacidi Gli aminoacidi non possono essere immagazzinati dall’organismo Se c’è un eccesso di aminoacidi o una mancanza di altre fonti di energia, l’organismo li utilizza per la produzione di energia Diversarmente da grassi e carboidrati, gli aminoacidi richiedono la rimozione del gruppo amminico Scheletro carbonioso degli aa Gli amino acidi, quando vengono deaminati, producono un α-cheto acido che, direttamente o attraverso reazioni addizionali, entrano nelle principali vie metaboliche (e.g., Ciclo di Krebs). Gli amino acidi sono raggrupati in 2 classi in nase alla capacità o meno dello scheletro carbonioso di essere convertito in glucoso glucogenici chetogenici Amino acidi glucogenici Lo scheletro carbonioso degli aminoacidi glucogenici è degradato a: piruvato, or a intermedi del ciclo di Krebs a 4-C or 5-C. Questi sono precursori della gluconeogenesi. Gli aminoacidi glucogenici sono la maggior fonte di carbonio per la gluconeogenesi quando i livelli di glucosio sono bassi. Possono essere anche catabolizzati per la produzione di energia, o convertiti in glicogeno o acidi grassi come deposito energetico. Amino Acidi chetogenici Lo scheletro carbonioso degli aa chetogenici è degradato a: acetil-CoA acetoacetate L’Acetil Coa e il suo precursore, acetoacetate, non può essere convertito a ossalacetato, il precursore della gluconeogenesi. Per ogni residuo a 2-C di acetile che entra nel ciclo di Krebs, 2 C escono come CO2. Lo scheletro carbonioso degli aminoacidi chetogenici può essere catabolizzato per produrre energia nel ciclo di Krebs o essere convertito a corpi chetonici o acidi grassi. Non può essere convertito in glucosio. Catabolismo degli aminoacidi Rimozione di α-amino gruppi Processo di due fasi Reazione di transaminazione L’aminotransferasi trasferisce il gruppo amminico all’α-chetoglutarato producendo glutammato o all’ossalacetato con formazione di aspartato Deamminazione ossidativa Rimozione dell’amino gruppo dal glutammato con produzione di uno ione ammonio Esempio di transaminazione alanina α-chetoglutarato L’enzima utilizzato è l’analina aminotransferasi piruvato Ciclo dell’ acido citrico glutammato Al passo successivo Esempio di deamminazione ossidativa Energia glutammato α-chetoglutarato Al ciclo dell’urea Sommario Transaminazione α-aminoacido α-chetoglutarato glutammato ossalacetato α-cheto acido Deaminazione ossidativa aspartato Al ciclo dell’urea Dove gli aminoacidi entrano nel ciclo di Krebs Il ciclo dell’urea Tutti gli eccessi di aminoacidi sono deaminati Il risultato è la produzione di ammonio che è tossico e deve essere eliminato. Il ciclo dell’urea ha questo scopo: avviene nel fegato produce urea l’urea è eliminata con le urine Tipi di escrezione dell’azoto nelle diverse forme di vita Animali ammonotelici (ammoniaca): la maggior parte dei vertebrati acquatici, specialmente i pesci con scheletro osseo e le larve degli anfibi Animali urotelici (urea): molti vertebrati terrestri; anche gli squali Animali uricotelici (acido urico): ucceli, rettili Il ciclo dell’urea Un blocco completo di qualsiasi step del ciclo dell’urea è incompatibile con la vita Non esiste una via alternativa per l’eliminazione di NH4+ Escrezione dell’azoto Metaboliti urinari Urea Ione ammonio g/24 h % totali 30 0.7 86 2.8 Creatinina 1.0 –1.8 4-5 Acido urico 0.6 – 1.0 2-3
