17 catabolismo aminoacidi - unipi.it

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CATABOLISMO AMMINOACIDICATABOLISMO AMMINOACIDI

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Catabolismo aminoacidi

Digestione di proteone dalla dieta

Turnover delle proteine

Digiuno prolungato

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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” cioèidrolizzate negli aminoacidi costituenti;

Meno di 1/10 delle proteine ingerite con una dieta equilibrata viene eliminata senza essere stata “digerita”

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Aminoacidi essenziali e non

per la sintesi proteica sono necessari tutti e 20 gli aminoacidi naturali;

alcuni aminoacidi sono definiti essenziali perchénon possono essere sintetizzati e sono introdotti con la dieta;

La fenilalanina ènecessaria per la sintesi di ormoni tiroidei e dell’adrenalina

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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.

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Stomaco

Intestino

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Proteine introdotte con la dietaProteine introdotte con la dieta

Enzimi proteolitici:

Proteasi gastriche Pepsina

Proteasi pancreatiche Tripsina Chimotripsina

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Zimogeni e Zimogeni e proteasiproteasi

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Degradazione proteine da dieta: proteasigastrichePepsina•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

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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

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Proteasi pancreaticheTripsina• 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.

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Peptidasi intestinali•Enzimi endocellulari;

•Aminopeptidasi staccano gli aminoacidi N-terminali;

•Dipeptidasi rompono i dipeptidi che resistono alle aminopeptidasi;

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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.

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Turnover delle Turnover delle proteineproteine

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Regola dellRegola dell’’NN--terminaleterminale

E1 Enzima di attivazione dell’ubiquitina

E2

Enzima di coniugazione dell’ubiquitina

E3 Ubiquitina-proteina ligasi

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ATP

E1

Ubiquitina

+

++

E2

+

E3

+

Target

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3 enzimi sono necessari per il tag di una proteina con l’ubiquitina

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Ubiquitina= proteina di 8,5 kDa ~76 aa

Il residuo di glicinacarbossiterminaleforma il legameisopeptidico con residuidi lisina della proteinada degradare

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La La degradazionedegradazione delledelleproteineproteine èè essenzialeessenziale per la per la crescitacrescita cellularecellulare

FornisceFornisce amminoacidiamminoacidiRimuoveRimuove enzimienzimi in in eccessoeccessoRimuoveRimuove o o portaportaallall’’attivazioneattivazione didi fattorifattori diditrascrizionetrascrizione

StrutturaStruttura del del proteasomaproteasoma 26S26S20S Parte 20S Parte centralecentrale con con attivitattivitàà cataliticacatalitica19S 19S complessocomplesso regolatorioregolatorio

ProteasomaProteasoma

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Il Il ProteasomaProteasoma 26S 26S degradadegrada le le proteineproteine legate legate allall’’ubiquitinaubiquitina

19S subunità regolatoria(7 α subunità)

20S proteasoma(attività catalitica)2 x 7 β subunità

19S subunità regolatoria(7 α subunità)

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Inibitori del Inibitori del proteosomaproteosomaIl blocco dellIl blocco dell’’attivitattivitàà del del proteasomaproteasomapotrebbe essere una strategia vincentepotrebbe essere una strategia vincentecontro alcuni tumoricontro alcuni tumori

Meccanismo dMeccanismo d’’azioneazione••Peptide boronico inibisce le Peptide boronico inibisce le serineserine proteasiproteasi imitando il imitando il substrato nel legame nel sito attivo.substrato nel legame nel sito attivo.

••Queste molecole possono inibire il proteosoma legandosi Queste molecole possono inibire il proteosoma legandosi al sito centrale 20S del al sito centrale 20S del proteasomaproteasoma

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APOPTOSIAPOPTOSI

STABILIZZAZIONESTABILIZZAZIONE

PROLIFERAZIONEPROLIFERAZIONE

p21 p27p21 p27p53 p53 BidBid BaxBax

APOPTOSIAPOPTOSI

PROLIFERAZIONEPROLIFERAZIONE

ANGIOGENESIANGIOGENESI

APOPTOSIAPOPTOSI

JNKJNK

NFNF--kBkB

PROTEOSOMAPROTEOSOMA

BORTEZOMIB: UN FARMACO INTELLIGENTE

Effetti biologiciEffetti biologiciACCUMULO DI I-KBRepressione di NF-KBInduzione ApoptosiRepressione proliferazioneEtc….

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Rimozione del gruppo amminico Rimozione del gruppo amminico

degli amminoacididegli amminoacidi

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Da dove vengono i gruppi amminici?

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α-chetoacidi

COO-

|C=O|R

COO-

|C=O|CH3

COO-

|C=O|CH2|COO-

Piruvato

Ossalacetato

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α-aminoacidi

COO-

|CH-NH2|R

COO-

|CH-NH2|CH3

COO-

|CH-NH2|CH2|COO-

Alanina

Acido Aspartico

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COO-

|C-NH2|CH3

Alanina

COO-

|C=O|CH3

Piruvato

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TransaminazioneTransaminazione

NH2| +

HOOC - CH - R1

O||

HOOC - C - R2

O|| +

HOOC - C - R1

NH2|

HOOC - CH - R2

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PLP PLP PiridossalPiridossal fosfatofosfato

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40

Sintesi dellaGlutammina

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Nel fegato

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tryptophan

histidine

glucosamine-6-P

carbamoyl-phosphate

CTP

AMPO C-NH2

CO2-

+H3N-C-HCH2

CH2

La La glutamminaglutammina serve come serve come donatoredonatore didi gruppigruppi amminiciamminici per per moltemolte altrealtre molecolemolecole

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SeiSei deidei prodottiprodotti finalifinali inibisconoinibiscono allostericamenteallostericamentela la glutamminaglutammina sintetasisintetasi

glycinealanine

L’effetto inibitorio di tutti I prodottiinsieme è maggiore della sommadegli effetti individuali.

X X X X X X X X

tryptophan

histidine

AMP

GlnGluglucosamine-6-P

carbamoyl-phosphateglutamine

synthetaseATP ADPNH4

+ Pi

CTPOC-NH2

CO2-

+H3N-C-HCH2

CH2

CO2-

CO2-

+H3N-C-HCH2

CH2

Ser, Gly e Ala inibiscono il sitodi legame con il substrato

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O C-NH2

CO2-

+H3N-C-HCH2

CH2

O C-O-

CO2-

+H3N-C-HCH2

CH2

Glutamminasi+ NH4

+

Nel Fegato

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SintesiSintesi delldell’’alaninaalanina

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Alanina

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Reazione della Reazione della

Glutammico deidrogenasiGlutammico deidrogenasi

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Regolazione della Glutammato deidrogenasiRegolazione della Glutammato deidrogenasi

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Come vengono degradati gli aminoacidi?

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Destino del gruppo amminico degli aminoacidi Destino del gruppo amminico degli aminoacidi nei vertebratinei vertebrati

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Glutammato

GDH

α-chetoglutarato

Ciclo dellCiclo dell’’ureaurea

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Sintesi del Sintesi del CarbamilCarbamil fosfato fosfato

CarbamilCarbamil fosfato fosfato sintetasisintetasi

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mitocondri

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citosol

57

citosol

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citosol

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CICLO DELLCICLO DELL’’UREAUREA

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COO-

|C=O|CH2|COO-

OssalacetatoTransamminazionead aspartato e ciclo dell’urea

Conversione in glucosio nella gluconeogenesi

Condensazione con acetilCoAnel ciclo di Krebs

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Deaminazione degli aa (rimozione del gruppo aminico)

Deaminazione degli aa (TRANS-AMINATIVA)(solo spostamento del gruppo aminico da aa ad α-chetoglutarato, con formazione del chetoacido e di glutammato)

deaminazione ossidativa(AAO con FAD o FMN)

aminoacido deidrogenasi(glutamico deidrogenasi = GDH)

GOT- glutamico-ossalaceticotransaminasiAST (aspartico transaminasi)

GPT- glutamico-piruvicotransaminasiALT (alanina transaminasi)

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GDHGDH

TransaminasiTransaminasi

GPTGPT

GlutaminasiGlutaminasi

GlutaminaGlutaminasintasisintasi

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Regolazione del ciclo dellRegolazione del ciclo dell’’UreaUrea

• 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

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Regolazione del ciclo dellRegolazione del ciclo dell’’UreaUrea

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Destino dello scheletro carbonioso

GlucogeniciGlucogenici

ChetogeniciChetogenici

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Piruvato

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α− chetoglutarato

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COO-

|C=O|CH2|COO-

COO-

|CH-NH2|CH2|COO-

COO-

|CH-NH2|CH2|CONH2

asparaginasi Aspartatotransaminasi

Ossalacetato

asparagina aspartato

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Succinil CoA

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Acetil CoA

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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)

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Difetti del ciclo dell’ureaCarenza di carbamil fosfato sintetasi o di ornitina transcarbamilasi

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ArgininosuccinasiOrnitinatranscarbamilasi

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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

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Vie alternative: impiego di benzoato e fenilacetato che reagiscono principalmente con glicina e glutammina producendo composti che vengono eliminati con le urine

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Citrullinemia I – difetto in argininosuccinatosintetasi provoca crisi epilettiche e tensioni muscolari. Può essere curata con una dieta opportuna

Citrullinemia II– difetto nel trasportatore mitocondriale aspartato-

glutammato provoca iperammonemia

Sindrome HHH- iperammonemia, iperornitinemia, omocitrullinemia

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FenilchetonuriaAccumulo di fenilalanina nel sangue provoca grave ritardo mentale.Può essere trattata con un’opportuna dieta povera di fenilalanina

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Morbo di Parkinson-Malattia neurologica associata anche alla limitata produzione di dopammina.

Un tentativo di cura è la somministrazione proprio di dopammina