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PROTEINE ed AMMINOACIDI:RUOLO METABOLICO E
NUTRIZIONALE (a)
Università di Roma Tor Vergata - Scienze della Nutrizione UmanaBiochimica della Nutrizione
Prof.ssa Luciana Avigliano2011
AZOTOessenziale per la vita
amminoacidi proteinenucleotidi acidi nucleici
In natura- N2 atmosferico (N.B. N≡N triplo legame, molta energia per
metabolizzarlo)- ione nitrato NO3
– presente nel suolo
Nei sistemi biologici sono presenti le forme ridotte- ione ammonio NH4
+ libero- gruppo amminico (-NH3
+) e gruppo ammidico (-NH-C=O ) presenti incomposti organici
GLI ANIMALI DIPENDONO DA BATTERI E PIANTE PERL’AZOTO
I. Soltanto alcuni batteri anaerobi, simbionti nelle radici delleleguminose, sono in grado di fissare (ridurre) l’N2 atmosfericocon produzione di NH4
+ , che è quindi ossidato da altri batteri anitrato NO3
– .
II. Le piante sono in grado di utilizzare NO3– con produzione di
NH4+, che è quindi incorporato nei composti organici azotati
(punto d’ingresso glutammato e glutammina)
III. Gli animali assumono composti organici azotati (amminoacidi)
Fonte primaria di azoto:amminoacidi forniti dalle proteine
alimentari
Substrati per la sintesi proteica 20 a.a - con codone - riconoscimento via tRNA 21 a.a. selenocisteina - seril-tRNA --> Se-cisteinil tRNA
più numerosi in seguito a modificazione post-sinteticaidrossiprolinaN-metil istidinaacido γcarbossiglutammico
Componenti di peptidi glutatione (GSH) γGlu-Cys-Gly
Intermedi metabolici ornitina
Fonte energetica a.a. glucogenici, a.a. chetogenici
Regolatori del turnover proteico leucina, glutammina
Trasporto di azoto glutammina, alanina
Funzioni degli L-α-amminoacidi
Precursori per la biosintesi degli altri composti contenti azoto
composti derivati amminoacidi precursori––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Eme glicina (+ succinil CoA)
Nucleotidi glutammina, glicina, acido aspartico
Carnitina lisina, metionina
Creatina arginina, glicina, metionina
Ammine biogene istidina, triptofano, tirosina, glutammato ormoni, neurotrasmettitori, ammine di interesse farmacologico
Tiroxina, adrenalina tirosina
Taurina cisteina (sali biliari, neuromodulatore)
Glucosammina glutammina (amminozuccheri)
Ossido nitrico (NO) arginina (vasodilatatore, inibisce aggregazione piastrinica)
Niacina triptofano (1mg vit equivale a 60 mg a.a.)
Classificazionein base allastruttura
CLASSIFICAZIONE NUTRIZIONALEAMMINOACIDI ESSENZIALI :devono necessariamente essere introdotti preformati con la dieta
valina*leucina*isoleucina* * possono essere ottenuti per transaminazionemetionina* dai rispettivi α-chetoacidifenilalanina*triptofano*istidinalisina gli altri tre vanno introdotti come talitreonina
AMMINOACIDI NON ESSENZIALIsemi-indispensabili risparmiano i precursori essenzialitirosina (sintetizzata da fenilalanina)cisteina (sintetizzata da metionina)
condizionatamente essenzialiglicina, serina, prolina, glutammina, argininapossono non essere sufficienti in alcuni stati particolari qualiinfezioni, traumi, bambini prematuri, ..
non essenzialialanina, aspartato, asparagina, glutammato
Le reazioni di transaminazione, reversibili, permettonodi ridistribuire il gruppo NH3 fra gli amminoacidi
Vanno comunque integrati con la dieta e l’apporto deveessere bilanciato in quanto:
- Il pool di amminoacidi non è totalmente riutilizzabile
- NH3 principalmente prodotto di rifiuto, anche se vi è unriutilizzo limitato a riformare amminoacidi
FLUSSO GENERALE
α-amminoacidi α -chetoacidi
α -chetoglutarato glutammato + NADH DEAMINAZIONE + NAD
OSSIDATIVA
NH3
UREA
NH2
C=O NH2
O II C – O–
IH – C – NH3 I R
O II C – O–
I H – C = O I R
TRANSAMINAZIONEpiridossalfosfato (vit B6)
CO2
BIOSINTESI DEGLI AMMINOACIDI NON ESSENZIALI
piruvato alanina
ossalacetato aspartato (+ glutammina) asparagina
α-chetoglutarato glutammato + (NH3) glutamminaglutammato prolina, arginina
3-fosfoglicerato serina glicina
fenilalanina tirosinacarenza Phe idrossilasi causa fenilchetonuria: porta a ritardo mentale1:10.000 - 2% popolazione portatori sani - screening di routine sui neonati -(si formano fenilpiruvato, fenillattato, fenilacetato 1-2 g/die nelle urine)Dieta povera in Phe e ricca in Tyr
metionina cisteina
La velocità di sintesi può non essere sufficientemalati, stress, neonati a basso peso, ustionati,
Ammoniaca può essere in parte riutilizzata
α -chetoglutarato + NH4+ glutammato
glutammato + NH4+ + ATP glutammina + ADP + Pi
NH4+ + CO2 + folato glicina
Urea può essere ritrasformata in ammoniaca dalla microfloraintestinale: non è chiaro l’eventuale contributo
“perdita obbligatoria di azoto”
con le urineUrea 10 - 30 g/die dipende quantità proteine alimentari
NH3 0,4-1,2 g/die dipende equilibrio acido-base
Amminoacidi 0,3 -1,2 g/die
Acido urico 0,2-0,7 g/die dipende dalla dieta
Creatinina 0,3-0,8 g/die dipende dalla massa muscolare (indicedel turnover proteico del muscolo)
secrezioni intestinali, turnover enterociti, desquamazione pelle, …
NH3 deriva dal catabolismo degliamminoacidibasi puriniche (tramite deaminasi)basi pirimidiniche
metabolismo della catena carboniosa degli amminoacidi
Lo scheletro carbonioso fornisce energia attraversol’interazione con la via glicolitica ed il ciclo di Krebs
In condizioni fisiologiche esiste una relazione tra il livello deicarboidrati nella dieta ed il metabolismo degli amminoacidi
Aumenta quando l'apporto di energia è sufficiente ma vienefornito da proteine a scapito dei carboidrati e dei lipidi
La sua efficienza (molecole di ATP prodotte) è inferiore rispetto alladegradazione degli altri due substrati (carboidrati e lipidi):- non tutto lo scheletro carbonioso degli amminoacidi è soggetto adossidazione- la formazione di urea (il prodotto finale del catabolismo azotato)richiede il consumo di 3 molecole di ATP
piruvato
acetil-CoA
acetoacetil-CoA
citrato succinil~CoA
succinato
fumaratomalato
a-chetoglutatotriptofanoleucina
glicina, alanina,serina, cisteina,
arginina, glutammina, istidina, prolina
valinametioninatreonina
glutammato
leucinalisina
fenilalaninatirosinaasparagina, aspartato
isoleucina
isoleucina
fenilalanina tirosina
propionil~CoA biotina
B12isocitrato
ossalacetato
in gialloa.a ⇒ glucosio
in rosaa.a. ⇒ glucosio e corpi chetonici
in celestea.a. ⇒ corpi chetonici
formazione di acidi non volatili dal catabolismo dia.a. solforati,
metionina, cisteina SO42-
fosfoproteine fosfatifosfolipidi
acidi grassi e glucosioacetoacetato, β-idrossibutirrato, lattato
acidi nucleicibasi puriniche urati
nutrienti con anioni inorganici (superiori alla quantità di cationiinorganici)
Richiede l’escrezione di un catione NH4+ (fornito dalla
glutammina) per permettere all’organismo di conservarecationi quali Na+, K+, Ca2+,
dieta ricca in proteine genera acidi non volatili