Ossidazione degli Amminoacidi e Ciclo dell’Urea


OSSIDAZIONE DEGLI AMMINOACIDI E PRODUZIONE DI UREA

Negli animali l’organismo è in grado di ottenere una certa quota energetica dal catabolismo degli amminoacidi; questo processo può avvenire in 3 diverse circostanze:

  1. durante il normale processo di sintesi e degradazione delle proteine, amminoacidi non necessari alla sintesi vengono degradati (sempre per ossidazione);
  2. se con la dieta l’apporto proteico supera le necessità, gli amminoacidi in eccesso, non necessari, vengono catabolizzati; è importante tra l’altro ricordare che non esistono meccanismi di immagazzinamento degli amminoacidi;
  3. durante il digiuno (o in caso di diabete mellito non controllato), in caso di carenza di carboidrati, l’organismo può attingere energia dall’ossidazione degli amminoacidi.

 

L’OSSIDAZIONE: COSA AVVIENE

  1. (fegato) Distacco del gruppo amminico (in alfa): il gruppo amminico viene trasferito al carbonio alfa dell’alfa-chetoglutarato, che diventa glutammato. L’amminoacido invece, perdendo il gruppo amminico, diventa il corrispondente alfa-chetoacido. Questa reazione di trasferimento del gruppo amminico è detta transamminazione, e gli enzimi che la catalizzano transamminasi o amminotransferasi. In sintesi, lo scopo è trasferire il gruppo amminico al glutammato (che si inserisce prima come alfa-chetoglutarato, per diventare quindi glutammato). Tutte le transamminasi hanno lo stesso gruppo prostetico: il piridossal fosfato PLP, forma coenzimatica della vitamina B6 (piridossina). L’amminoacido si lega al sito attivo donando il gruppo amminico al piridossal fosfato, e si allontana come chetoacido. L’alfachetoglutarato (alfa chetoacido) si lega al sito attivo ed accetta il gruppo amminico, allontanandosi come amminoacido (glutammato).
  2. I gruppi amminici “raccolti” dal glutammato vengono rilasciati, per essere successivamente escreti; sempre nel fegato, negli epatociti, il glutammato viene trasferito al mitocondrio, dove va incontro ad una deamminazone ossidativa, catalizzata dalla l-glutammato deidrogenasi (sito nella matrice). Si forma così alfa-chetoglutarato, che potrà essere riutilizzato nel ciclo dell’acido citrico, o per la sintesi di nuovo glucosio.
  3. L’ammoniaca è tossica per l’essere umano, e come nella maggior parte degli animale, viene convertita in un composto non tossico prima di essere trasportata dai tessuti al fegato attraverso il torrente ematico. Per questa funzione di trasporto, il glutammato viene sostituito dalla glutammina: l’ammoniaca libera si lega al glutammato, formando glutammina, con una reazione catalizzata dall’enzima glutammina sintetasi (richiede ATP). Nei mitocondri grazie all’azione della glutamminasi, l’azoto ammidico viene rilasciato. Sempre nel fegato verrà, attraverso il ciclo dell’urea, trasformato in urea ed escreto.

 

L’ALANINA COME TRASPORTATORE DEI GRUPPI AMMINICI: IL CICLO GLUCOSIO-ALANINA

Una via di trasporto dei gruppi amminici alternativa è costituita dal ciclo glucosio-alanina. Nel muscolo, il glutammato trasferisce il gruppo amminico al piruvato prodotto dalla glicolisi, formando alfa-chetoglutarato ed alanina [alanina amminotransferasi]. Così l’alanina passa al sangue e quindi al fegato; qui può:

  1. rilasciare il gruppo amminico all’alfachetoglutarato e formare glutammato e piruvato;
  2. andare incontro a transamminazione con l’ossalacetato per formare aspartato, fondamentale donatore di azoto nel ciclo dell’urea.

 

 

 

IL CICLO DELL’UREA

L’ammoniaca trasportata al fegato viene convertita in urea, trasferita ai reni, ed escreta attraverso l’urina. Lo ione ammonio reagisce con la CO2 (sotto forma di HCO3-, proveniente dalla respirazione cellulare), per dare carbamil fosfato; questa reazione avviene nella matrice, catalizzata dall’enzima carbamil fosfato sintetasi I.

Regolazione del Ciclo dell’Urea

Il ciclo dell’urea è regolato a due livelli:

  1. dalla carbamil fosfato sintetasi I, il cui attivatore allosterico è l’N-acetil-glutammato, sintetizzato, grazie alla N-acetil glutammato sintetasi, a partire da glutammato ed acetilCoA in condizioni di abbondanza di azoto.
  2. Dalla regolazione genica ed allosterica degli enzimi coinvolti, in particolare L’ENZIMA CARBAMIL FOSFATO I.

VIE DI DEGRADAZIONE DEGLI AMMINOACIDI

Le varie vie di degradazione degli amminoacidi costituiscono circa il 10-15% della produzione globale di energia (rispetto a quella necessaria). Alcuni amminoacidi vengono degradati ad acetil-coA, alcuni a glucosio ed altri a piruvato.

 

GLI AMMINOACIDI A CATENA RAMIFICATA

I tre amminoacidi a catena ramificata (valina, leucina ed isoleucina) vengono usati come combustibili metabolici, e vengono pertanto ossidati a livello del muscolo, del tessuto adiposo, del rene e del cervello. Questi tessuti contengono amminotransferasi caratteristiche, non presenti a livello epatico, che trasferiscono il gruppo amminico di questi amminoacidi, per formare i rispettivi alfa-chetoacidi. Il complesso della deidrogenasi carbossila gli alfa-chetoacidi, producendo CO2 ed acil-CoA.

Il complesso della deidrogenasi è regolato mediante fosforilazione e defosforilazione: un eccesso di amminoacidi causa la defosforilazione, quindi l’attivazione, mentre una carenza causa fosforilazione, quindi inattivazione.