Ossidazione degli amminoacidi
Produzione di carbamilfosfato
*Formazione del carbamil fosfato* Irreversibile, mitocondriale *Enzima*: Carbamil fosfato sintetasi I (isoforma mitocondriale) *Reagenti*: HCO₃⁻ + 2 ATP + NH₄⁺ *Prodotti*: Carbamil fosfato + 2 ADP + 1 Pi La reazione è caratterizzata dalla presenza di due step di attivazione.
Quarta tappa del ciclo dell'urea
*Formazione dell'argininosuccinato* Reazione citosolica *Enzima*: Arginasi *Reagenti*: Arginina *Prodotti*: Urea + Ornitina
Seconda tappa del ciclo dell'urea
*Formazione dell'argininosuccinato* Reazione citosolica *Enzima*: Argininosuccinato sintetasi *Reagenti*: Citruillina + ATP + Aspartato *Prodotti*: Argininosuccinato + AMP + 2Pi
Terza tappa del ciclo dell'urea
*Formazione dell'argininosuccinato* Reazione citosolica *Enzima*: Arginosuccinasi *Reagenti*: Argininosuccinato *Prodotti*: Fumarato + Arginina
Regolazione del ciclo dell'urea
- Regolazione allosterica - Regolazione espressione genica -*Regolazione allosterica* Viene esercitata sulla carbamil fosfato sitnetasi I da parte dell' *N-Acetilglutammato*. Questo prodotto viene sintetizzato dalla N-Acetilglutammato sintetasi, che catalizza la reazione: Acetil-CoA + L-Glutammato → N-Acetilglutammato + CoA-SH L'attività di questo enzima è prettamente di regolazione del ciclo dell'urea e viene influenzata a sua volta dalla concentrazione di arginina, glutammato e Acetil-CoA. - *Regolazione espressione genica* A lungo termine, la quantità dei cinque enzimi coinvolti nel ciclo viene aumentata grazie a un aumento del rate di sintesi. Questo si riduce invece quando la dieta è ipoproteica.
(Cofattori implicati nel trasferimento di unità monocarboniose) S-Adenosilmetionina - Caratteristiche generali - Reazione di sintesi - Reazione di metilazione - Reazione di riciclo dell'omocisteina
Forte agente metilante, dovuto alla reattività dello ione solfonio (mille volte più reattivo del N⁵-metiltetraidrofolato). *Sintesi*: *Enzima*: metionina adenosil transferasi *Reazione*: ATP + Met → S-Adenosilmetionina + 3 Pi *Reazione di metilazione* *Reazione*: adoMet + R → CH₃-R + S-Adenosil-Omocisteina *Rilascio dell'omocisteina* *Enzima*: idrolasi *Reazione*: S-Adenosil-Omocisteina + H2O = Adenosina + Omocisteina *Reazione di riciclo dell'omocisteina*: *Enzima*: metionina sintetasi *Reazione*: Omocisteina + N⁵-metiltetraidrofolato → Metionina + Tetraidrofolato
Destino degli amminoacidi
Gli amminoacidi possono essere utilizzati: - Per la sintesi proteica - Sintesi di nucleotidi - Produzione di ormoni e neurotrasmettitori - Ammine biologiche Possono essere degradati in ammoniaca e nello scheletro carbonioso. Destino dello scheletro: - Glucogenici - Chetogenici Ammoniaca: - Sintesi nucleotidi - Sintesi amminoacidi (es: Glutammina) - Escrezione attraverso urea
Degradazione degli scheletri carboniosi degli amminoacidi
In base agli intermedi prodotti distinguiamo amminoacidi: - *Glucogenici* La loro degradazione produce intermedi quali: -chetoglutarato, Succinil-CoA, Fumarato, Ossalacetato, Piruvato - *Chetogenici* La loro degradazione produce intermedi quali: Acetil-CoA, Acetoacetil-CoA - Sia gluco che chetogenici:
Digestione delle proteine
Taglio all'N terminale Pepsina: Phe, Trp, Tyr Tripsina: Lys, Arg Taglio al C terminale Chimotripsina: Phe, Trp, Tyr
Prima tappa del ciclo dell'urea
*Formazione della citrullina* Reazione mitocondriale *Enzima*: Ornitina transcarbamilasi *Reagenti*: Ornitina + Carbamilfosfato *Prodotti*: Citrullina + 1 Pi
Generalità sul ciclo dell'urea - Funzione - Localizzazione - Numero di tappe - Reazione netta
*Funzione*: permette di trasformare l'ammoniaca in eccesso in urea (forma meno tossica) *Localizzazione*: mitocondri e citosol degli epatociti *Numero di tappe* Quattro (escludendo la formazione del carbamil-fosfato) *Reazione netta*: 2 NH₄⁺ + HCO₃⁻ + 3 ATP + H₂O → Urea + 2 ADP + 4 Pi + AMP + 2H⁺ Tuttavia, se si considera lo shunt del aspartato arginino-succinato, 2,5 molecole di ATP sono rigenerate dalla riduzione mitocondriale del fumarato prodotto (e ri-integrato nel ciclo)
Cofattori implicati nel trasferimento di unità monocarboniose
- *Biotina*: trasferimento di CO₂ - *Tetraidrofolato*: trasferimento unità monocarboniose a stati ossidatvi diversi - *S-Adenosilmetionina*: trasferimento CH₃
Cofattori enzimatici importanti nel catabolismo degli amminoacidi
- *Piridossalfosfato*: trasferimento di gruppi amminici - *Biotina*: trasferimento di CO₂ - *Tetraidrofolato*: trasferimento di -CH₃ , CH₂OH, formili - *S-adenosilmetionina*: trasferimento di gruppi metilici - *Tetraidrobiopterina*: reazioni di ossidazione
Alfa amminoacidi - C3, C4, C5
Alanina Aspartato Glutammato
Alfa chetoacidi - C3, C4, C5
Piruvato Ossalacetato α-Chetoglutarato
Catabolismo asparagina
Dà luogo alla produzione di: NH₄⁺ + Glutammato + Ossalacetato Il processo di degradazione avviene in due step: *Asparaginasi*: Asparagina + H₂O → NH₄⁺ + Aspartato *Aspartato amminotransferasi*: α-Chetoglutarato + Aspartato ⇌ Glutammato + Ossalacetato L'ossalacetato entra nel Krebs
Shunt aspartato arginino-succinato
Il fumarato prodotto nella 3° tappa del ciclo dell'urea è un intermedio del ciclo di Krebs. Esso può dare luogo alla formazione di potere riducente (1NADH) a seguito della trasformazione in ossalacetato. Questo processo può essere condotto dalle isoforme enzimatiche citosoliche o mitocondriali: - *Produzione del potere riducente a livello del mitocondrio*: il fumarato può essere introdotto come tale nei mitocondri o sottoforma di malato (previa reazione con fumarasi citosolica). La malato deidrogenasi mitocondriale darà luogo alla produzione di 1 molecola di NADH e 1 molecola di ossalacetato. L'ossalacetato potrà essere riutilizzato dalle trasnaminasi mitocondriali per produrre una nuova molecola di aspartato (da rintrodurre nel ciclo dell'urea) e il NADH prodotto potrà essere convertito in 2,5 molecole di ATP, rendendo il bilancio energetico del ciclo dell'urea dell'utilizzo di 1,5 legami fosfoanidridici anziché 4. - *Produzione del potere riducende a livello del citosol*: l'ossalacetato viene prodotto utilizzando la malato DH citosolica, dando luogo a potere riducente. Questo può essere impiegato nella gluconeogenesi, mentre invece l'ossalacetato può rientrare nei mitocondri.
Trasporto dell'azoto dai muscoli al fegato - Alanina amminotrasferasi
Il muscolo degrada gli amminoacidi, potendo trasferire i gruppi amminici in eccesso oltre che l'α-Chetoglutarato anche al piruvato prodotto dalla glicolisi. Questa reazione è catalizzata dall'enzima *alanina amminotransferasi* secondo la reazione: Piruvato + L-Amminoacido ⇌ Alanina + α-Chetoacido. L'alanina passa nel circolo sanguigno, dove viene captata dagli epatociti e processata in modo da trasferire il gruppo amminico all'α-Chetoglutarato, producendo Glutammato e priuvato (disponibile per la gluconeogenesi). A sua volta, il gruppo amminico può essere rilasciato grazie all'azione della glutammato deidrogenasi.
Trasporto dell'azoto dai tessuti al fegato - Glutammina sintetasi
Nella maggior parte dei tessuti l'ammoniaca in eccesso è caricata sul glutammato, dando luogo a glutammina. Questa reazione è catalizzata dalla glutammina sintetasi e procede in due step: 1. L-Glutammato + ATP → γ-Glutammilfosfato + ADP 2. γ-Glutammilfosfato + NH₄⁺→ L-Glutammina+ Pi
Reazioni di transaminazione
Rappresentano la prima tappa di degradazione della maggior parte degli L-amminoacidi. Catalizzano la reazione reversibile: α-Chetoglutarato + L-amminoacido ⇌ L-Glutammato + α-Chetoacido Coenzima: Piridossal fosfato (PLP), B₆ L-Glutammato rappresenta il principale mediatore del metabolismo intracellulare dei gruppi amminici, essendo implicato in reazione di donazione del gruppo e di escrezione.
Rilascio dei gruppi amminici a livello epatico - Rilascio di ammonio da glutammato - Rilascio di ammonio da glutammina
*Rilascio di ammonio da glutammato* I gruppi amminici sono trasferiti a livello epatico al glutammato e, a livello mitocondriale l'enzima *L-Glutammato deidrogenasi* catalizza una deamminazione ossidativa NAD(P)⁺ dipendente secondo la reazione: L-Glutammato + NAD(P)⁺ + H₂O ⇌ α-chetoglutarato + NAD(P)H + H⁺ + NH₄⁺ *Rilascio di ammonio da glutammina* La glutammina epatica viene introdotta nella matrice dove l'enzima glutamminasi dà luogo al rilascio di NH₄⁺, secondo la reazione: L-Glutammina + H₂O → L-Glutammato + NH₄⁺