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METABOLISMO delle PROTEINE. AZOTO essenziale per la vita - Amminoacidi - Nucleotidi In natura -N 2 atmosferico (N.B. N N triplo legame, molta energia.

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Presentazione sul tema: "METABOLISMO delle PROTEINE. AZOTO essenziale per la vita - Amminoacidi - Nucleotidi In natura -N 2 atmosferico (N.B. N N triplo legame, molta energia."— Transcript della presentazione:

1 METABOLISMO delle PROTEINE

2 AZOTO essenziale per la vita - Amminoacidi - Nucleotidi In natura -N 2 atmosferico (N.B. N N triplo legame, molta energia per metabolizzarlo) - ione nitrato NO 3 – presente nel suolo Nei sistemi biologici sono presenti le forme ridotte - ione ammonio NH 4 + libero - gruppo amminico (-NH 3 + ) e gruppo ammidico (-NH-C=O ) presenti in composti organici

3 GLI ANIMALI DIPENDONO DA BATTERI E PIANTE PER LAZOTO (ciclo dellazoto) I.Soltanto alcuni batteri anaerobi, simbionti nelle radici delle leguminose, sono in grado di fissare (ridurre) lN 2 atmosferico con produzione di ammoniaca II.altri batteri ossidano NH 3 a nitrito (NO 2 – ) e quindi a nitrato II. Le piante sono in grado di utilizzare NO 3 – con produzione di NH 4 +, che viene quindi incorporato nei composti organici azotati (punto dingresso Glu e Gln) III. Gli animali assumono composti organici azotati (amminoacidi)

4 Fonte primaria di azoto: amminoacidi forniti dalle proteine alimentari

5 Substrati per la sintesi proteica 20 a.a - con codone riconoscimento via tRNA 21 a.a. selenocisteina seril-tRNA + seleniofosfato Se-cisteinil tRNA più numerosi in seguito a modificazione post-sintetica esempi: amminoacidi fosforilati; acido carbossiglutammico Componenti di peptidi glutatione (GSH) Glu-Cys-Gly Intermedi metabolici ornitina Fonte energetica a.a. glucogenici, a.a. chetogenici Trasporto di azoto glutammina, alanina Precursori per la biosintesi degli altri composti contenti azoto Funzioni degli L- -amminoacidi

6 composti derivatiamminoacidi precursori –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Eme glicina (+ succinil CoA) Nucleotidi glutammina, glicina, acido aspartico Carnitina lisina, metionina Creatinaarginina, glicina, metionina Ammine biogene, i stidina ( istamina) triptofano ( serotonina ) Tiroxina, adrenalina tirosina Taurina (nei sali biliari) cisteina Niacina triptofano

7 Classificazione in base alla struttura

8 CLASSIFICAZIONE NUTRIZIONALE AMMINOACIDI ESSENZIALI : devono necessariamente essere introdotti preformati con la dieta valina leucina isoleucina metionina fenilalanina triptofano istidina lisina treonina AMMINOACIDI NON ESSENZIALI i.semi-indispensabili risparmiano i precursori essenziali tirosina (sintetizzata da fenilalanina) cisteina (sintetizzata da metionina)

9 condizionatamente non essenziali glicina, serina, prolina, glutammina, arginina possono non essere sufficienti in alcuni stati particolari quali infezioni, traumi, bambini prematuri, non essenziali alanina, aspartato, asparagina, glutammato Le reazioni di transaminazione, reversibili, permettono di ridistribuire il gruppo NH 3 fra gli amminoacidi Vanno comunque integrati con la dieta e lapporto deve essere bilanciato in quanto: - Il pool di amminoacidi non è totalmente riutilizzabile - NH 3 principalmente prodotto di rifiuto, anche se vi è un riutilizzo limitato a riformare amminoacidi

10 digestione Enzimi digestivi secreti come zimogeni inattivi - attivati tramite proteolisi nel lume intestinale

11 I.DIGESTIONE PROTEINE - STOMACO pH acido: denatura le proteine alimentari pH acido: autoattivazione del PEPSINOGENO PEPSINA + peptidi Il processo prosegue in modo autocatalitico Pepsina: endopeptidasi poco specifica ma preferisce rompere il legame che coinvolge il gruppo carbossilico di Tyr, Phe, Trp proteine alimentari + pepsina grandi peptidi

12 K+K+ K+K+ SANGUE LUME Cl – HCO 3 – CO 2 + H 2 O metabolismo H+H+ H+H+ pompa H + /K + ATPasi membrana apicale membrana baso-laterale HCO 3 –

13 II LUME INTESTINALE tramite ENZIMI PANCREATICI Zimogeni secreti dal pancreas esocrino Enterochinasi: legata alla membrana apicale degli enterociti TRIPSINOGENO + enterochinasi TRIPSINA + esapeptidi CHIMOTRIPSINOGENO + tripsina CHIMOTRIPSINA +2 dipeptidi PROELASTASI + tripsina ELASTASI PROCARBOSSIPEPTIDASI A e B + tripsina CARBOSSIPEPTIDASI endopeptidasi TRIPSINA - scinde legame COO - di a.a. basici (Arg, Lys) CHIMOTRIPSINA - scinde legame COO - di a.a. idrofobici (Phe, Tyr, Trp) ELASTASI - scinde legame COO - di piccoli aa neutri (Gly, Ala, Val) Esopeptidasi (rilasciano a.a. liberi e oligopeptidi di 2-8 residui) CARBOSSIPEPTIDASI A - a.a. aromatici CARBOSSIPEPTIDASI B - a.a basici (Lys, Arg)

14 III. MUCOSA INTESTINALE enzimi ancorati alla membrana dellenterocita - AMINOPEPTIDASI - DIPEPTIDASI PRODOTTI DELLA DIGESTIONE AMMINOACIDI LIBERI, DI- e TRiPEPTIDI

15 IV. ENTEROCITA I peptidi possono entrare nellenterocita dove sono scissi da amminopeptidasi citosoliche. ASSORBIMENTO: tramite numerosi trasportatori specifici per classi di a.a. (neutri, dibasici,..), in genere cotrasportatori con Na + o H + ENTEROCITI metabolizzano glutammina (loro principale fonte energetica), Glu, Asp, Arg per risparmiare glucosio ed acidi grassi per gli altri tessuti

16 Circa 1% delle proteine sono parzialmente idrolizzate e frammenti peptidici possono essere assorbiti come tali tramite Trasportatore (es H + /PepT1 che importa anche antibiotici beta lattamici) Captazione transcellulare per endocitosi - e quindi esporto tramite esocitosi Captazione paracellulare tra le cellule, con una permeabilità non specifica (in particolare in presenza di una mucosa danneggiata)

17 Destino degli aminoacidi alimentari dopo un pasto alanina AA alimentari INTESTINO MUSCOLO RENE FEGATO Interconversione di AA proteine -chetoacidi CO 2 glutammina proteine -chetoglutarato NH 4 + serina AA ramificati alanina pool AA proteine glucosio -NH 2 urea glutammina AA ramificati SANGUE pool AA

18 METABOLISMO DELLE PROTEINE

19 Aminoacidi e proteine sono in rapporto dinamico Amminoacidi N C Proteine della dieta Derivati non proteici NH 3 urea intermedi del Ciclo di Krebs glucosio, glicogeno acidi grassi trigliceridi CO 2 + energia digestione proteine corporee sintesi degradazione Quota dei derivati non proteici minoritaria e non si calcola nel bilancio azotato; ma quota significativa in condizioni di privazione di proteine

20 a + b = c + d costante mantenimento nelladulto a + d > b + c bilancio positivo accrescimento; masse muscolari; gestazione b + c > a + d bilancio negativo insufficiente apporto energia e/o proteine; malattia flusso in entrata = dieta + degradazione proteica (a + b) rimozione a.a. = sintesi proteica + ossidazione (c + d) PROTEINE ALIMENTARI POOL AA PROTEINE CORPOREE c ab d POOL DI DERIVATI bilancio di azoto o bilancio proteico: dipende dalla somma delle velocità di entrata ed uscita dal pool di amminoacidi liberi

21 In media le proteine contengono il 16% di azoto Relativamente facile misurare lazoto, per cui i cambiamenti nella quantità proteica corporea vengono misurati come differenza fra azoto introdotto ed azoto escreto azoto x 6,25 (cioè 100/16) = proteina

22 UOMO ADULTO: proteine corporee circa 12 Kg 40% nel muscolo di cui 65% miosina ed actina per locomozione e lavoro muscolare, ma anche come fonte di amminoacidi in condizioni di stress. Ma proteine muscolari non sono forma di riserva come glicogeno e lipidi ed una loro perdita porta a perdita di proteine funzionali. 10% tessuti viscerali (fegato, intestino) non mobilizzate rapidamente in condizioni di stress per le loro funzioni vitali 30% nelle pelle e nel sangue lesioni delle pelle ed anemia sono presenti in deficit di proteine alimentari 4 proteine: miosina, actina, collagene (strutturali) ed emoglobina (trasporto O 2 ) costituiscono circa la metà di tutte le proteine

23 CONTINUO RICAMBIO PROTEICO Serve energia sia per la sintesi che per la degradazione: % del bilancio energetico La continua demolizione e sintesi è fondamentale per degradare e rimpiazzare proteine danneggiate modificare la quantità relativa di differenti proteine in base alle necessità nutrizionali e fisiologiche rapido adattamento metabolico La regolazione del turnover proteico è influenzata da: stato nutrizionale (energetico e proteico) ormoni (insulina, glucocorticoidi, ormoni tiroidei, ormone della crescita, citochine)

24 ORGANISMO Ricambio giornaliero 1-2% proteine totali Amminoacidi 70-80% riutilizzati 20-30% metabolizzati Proteine dalla dieta grammi/giorno Proteine metabolizzate 250 grammi/giorno % ricambio muscolo 30-50% fegato 25% leucociti emoglobina diversa emivita pochi minuti: proteine regolatorie 300 giorni: collageno

25 SISTEMI DI PROTEOLISI ATP-indipendente LISOSOMIALE contribuisce per il 15% Enzimi attivi a pH 5 -proteine extracellulari (via endocitosi) -proteine di membrana -organelli danneggiati (es mitocondri) ATP-dipendente CITOSOLICO sistema ubiquitina-proteasoma selettivo - proteine citosoliche - proteine regolatorie - proteine difettose (neo -sintetizzate per errori nella sintesi o per ripiegamento sbagliato; invecchiate)

26 Lubiquitina come suggerisce il nome è una proteina presente in tutti gli eucarioti Lubiquitina si lega alla proteina da degradare in una via ATP dipendente che utilizza 3 enzimi E1 + ATP E1-Ubiquitina E2 proteina di trasporto dellubiquitina E3 lega lubiquitina attivata alla proteina da degradare Come si riconosce la proteina da eliminare? Varie ipotesi -amminoacido N-terminale destabilizzane Arg ~2 min Tyr, Glu, ~ 10 min Ile Gln ~ 30 min oppure stabilizzante Met. Gly, Ala, Ser, Thr > 20 ore -particolari sequenze di distruzione ATP Premio Nobel 2004 Aaron Ciechanover, Avram Hershko and Irwin Rose

27 oligopeptidi di 3-25 a.a. scissi da protesi citosoliche La proteina marcata va al proteasoma Attività tipo chimotripsina -a.a. idrofobici Attività tipo tripsina - a.a. basici Attività per a.a. acidi Proteine regolatorie per il riconoscimento e selezione di protine ubiquitilinate subunità 7 Proteine degradate dalle subunità catalitiche

28 Lattività del proteasoma è sotto controllo ormonale INSULINA inibisce il proteasoma GLUCOCORTICOIDI attivano il proteasoma azione coordinata per la mobilizzazione di amminoacidi muscolari e per la gluconeogenesi epatica ORMONI TIROIDEI attivano il proteasoma CITOCHINE attivano il proteasoma sepsi, febbre, ustioni, cancro,… Aumento delle proteine della fase acuta ed aumento del catabolismo proteico delle miofibrille mediato da un aumento delle citochine TNF-, IL-1, IL-6


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