Ossidazione degli aminoacidi e produzione dell'urea
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Ossidazione degli aminoacidi e produzione dell'urea

Il processo ossidativo degli amminoacidi e il ciclo dell'urea.

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Ossidazione degli aminoacidi e produzione dell'urea

Gli amminoacidi, provenienti dalle proteine ingerite con l'alimentazione o da proteine intracellulari, possono essere impiegati al fine di fornire energia metabolica alla cellula.
Gli amminoacidi possono andare in contro a fenomeni di degradazione ossidativa in tre differenti situazioni:

  • quando la cellula si trova ad avere amminoacidi non necessari durante le fasi si sintesi e degradazione delle proteine cellulari
  • in presenza di diete particolarmente ricche di proteine che apportano quantitativi di amminoacidi superiori al fabbisogno plastico dell'organismo
  • durante il digiuno o il diabete mellito, situazioni in cui i carboidrati non sono disponibili o appropriatamente utilizzati

Gli amminoacidi sono molecole caratterizzate dalla presenza di un particolare gruppo amminico e, la loro degradazione, non può prescindere da una preventiva separazione del gruppo amminico dallo scheletro carbonioso. Il gruppo amminico verrà inviato in vie specializzate per la sua metabolizzazione. La degradazione delle proteine ad amminoacidi avviene in diverse tappe enzimatiche. Nella prima fase la pepsina frammenta nello stomaco le proteine, nel tratto intestinale, i frammenti, vengono aggrediti da altri enzimi secreti dal pancreas (tripsina, chimotripsina ecc.). Le aminopeptidasi concludono la digestione delle proteine, sempre nell'intestino.
I prodotti finali sella degradazione sono gli amminoacidi liberi.
Gli amminoacidi che compongono le proteine sono di 20 tipi differenti. Quando non vengono riutilizzati nella sintesi proteica, il loro gruppo amminico α è incanalato in un processo in grado di generare un unico prodotto di escrezione, comune a tutti gli amminoacidi: l'urea.
Le amminotrasferasi sono gli enzimi che promuovono il distacco del gruppo amminico che viene trasferito all'atomo di carbonio α dell'α-chetoglutarato e quindi generando α-chetoacido corrispondente.
Le amminotrasferasi hanno lo stesso gruppo prostetico (il piridossal fosfato PLP, ovvero la forma coenzimatica della vitamina B6) ed un identico meccanismo di azione.
Il piridossal fosfato opera come un trasportatore transitorio di gruppi amminici a livello del sito attivo delle amminotrasferasi, procedendo in trasformazioni reversibili dalla forma aldeidica (che accetta il gruppo amminico) alla forma amminata (che lo cede).
Quindi l'amminoacido si lega al sito attivo dell'enzima, dona il gruppo amminico al piridossal fosfato e si distacca sottoforma di α-chetoacido.
Il gruppo amminico, staccato nel fegato, viene ceduto all'α-chetoglutarato per formare glutammato che, dal citosol, viene trasportato nei mitocondri dove, grazie ad un enzima, viene sottoposto a deamminazione ossidativa con donazione di elettroni al NAD+ o al NADP+. Il complesso di amminotrasferasi e deidrogenasi va sotto il nome di: transdeamminazione.
La glutammato deidrogenasi è regolata allostericamente dal modulatore positivo ADP e dal modulatore negativo GTP.
La produzione di ammoniaca, dal catabolismo degli amminoacidi, crea il problema della sua tossicità organica , dovuta essenzialmente alla variazione del pH cellulare che è in grado di generare. L'ammoniaca viene legata al glutammato prima di essere immessa nel sangue per il suo trasporto, quindi sottoforma di glutammina. La reazione richiede ATP. La glutammina è un prodotto neutro e non tossico, facilmente trasportabile. La glutammina viene trasportata al fegato e, l'ammoniaca, è rilasciata solo all'interno dei mitocondri, dove è presente l'enzima glutamminasi.

Il ciclo dell'urea

L'ammoniaca accumulata nei mitocondri degli epatociti viene convertita in urea mediante il ciclo dell'urea. Il ciclo ha inizio nel mitocondrio per poi proseguire nel citosol della cellula.

L'ammoniaca libera viene legata all'HCO3- nella matrice mitocondriale e a spese dell'ATP, formando carbamil fosfato.
Il carbamil fosfato entra nel ciclo dell'urea, dona il suo gruppo carbamilico all'ornitina formando citrullina con il rilascio di Pi. La citrullina esce dai mitocondri ed il ciclo continua nel citosol. Nel citosol l'aspartato fornisce un secondo gruppo amminico mediante condensazione fra il suo gruppo amminico ed il gruppo carbonilico della citrullina, generando il composto argininosuccinato, operazione possibile grazie ad un enzima e all'ATP.
L'argininosuccinato viene scisso reversibilmente in arginina e fumarato. Il fumarato entra nel ciclo dell'acido citrico, mentre l'arginina è scissa in urea e ornitina. L'ornitina, rigenerata, riprende il suo ciclo.
Il ciclo dell'urea unisce due gruppi amminici ed uno ione bicarbonato formando una molecola di urea che diffonde dal fegato nel circolo sanguigno per essere infine eliminata con le urine. La reazione del ciclo è la seguente:

2NH4+ + HCO3- + 3ATP4- + H2O -> urea + 2ADP3- + 4Pi2 + AMP2- + 5H+

Dunque la sintesi di una molecola di urea utilizza 4 legami fosforici ad alta energia di cui, 2 per la formazione di carbamil fosfato, ed una per la sintesi dell'arginiosuccinato. Si è calcolato che, per eliminare l'azoto sottoforma di urea invece che di ammoniaca, venga consumato circa il 15% dell'energia che può essere ricavata dagli stessi amminoacidi.