Ciclo DELL\'UREA - Appunti di lezione 1,5 PDF

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CICLO DELL'UREA L'azoto, N2, è molto abbondante nell'atmosfera,ma troppo inerte per essere utilizzato nella maggior parte dei processi biochimici e quindi deve essere eliminato. Viene utilizzato solo da qualche batterio del terreno per farne i fertilizzanti. I gruppi amminici, se non vengono riutilizzati per la sintesi di nuovi amminoacidi o di altri componenti azotati, vengono covertiti in un unico prodotto finale di scarto. La maggior parte delle specie acquatiche, come i pesci ossei, elimina l'azoto amminico sotto forma di ammoniaca e perciò questi animali sono detti ammoniotelici. Mentre la maggior parte degli animali terrestri elimina l'azoto amminico sotto forma di urea e di conseguenza essi vengono definiti ureotelici; gli uccelli e i rettili eliminano invece l'azoto amminico come acido urico quindi vengono chiamati uricotelici. Negli organismi ureotelici l'ammoniaca accumolata nei mitocondri degli epatociti viene convertita in urea mediante il ciclo dell'urea. La produzione dell'urea ha luogo esclusivamente nel fegato. L'urea passa poi nel sangue e raggiunge i reni,dove viene escreta tramite le urine. La maggior parte dell'azoto che assimiliamo deriva dalle proteine (carne,uova,pesce) della dieta ,sono la fonte della maggioranza dei gruppi amminici. La maggior parte degli amminoacidi viene metabolizzata nel fegato. Lo ione ammonio generato in questi processi viene in parte usato in una serie di vie e, l'eccesso viene eliminato come tale, oppure convertito a seconda dell'organismo in urea o acido urico,che verrano poi eliminati. L'eccesso di ioni ammonio generati in altri tessuti (extraepatici) giunge al fegato per essere poi trasformato nelle forme di escrezione. La prima sede del metabolismo dell'azoto è lo stomaco. Nello stomaco cosa avviene? L'ingresso delle proteine nello stomaco stimola la mucosa gastrica a secernere l'ormone gastrina,che a sua volta stimola la produzione di HCl, porta il ph tra 2/5. La produzione di Hcl è importante, poiché uccide i batteri di ciò che ingeriamo,per il fatto che l'acido cloridrico è cosi forte che riesce a denaturare le proteine. Viene poi attivato l'enzima digestivo, la pepsina,enzima di tipo serinproteasi, caratterizzato dalla triade catalitica,che tramite una serina riesce a tagliare il legame peptidico. Quando il contenuto dello stomaco passa nell'intestino attiva la secretina,la quale va nell'intestino e stimola il pancreas a secernere HCO3,bicarbonato, per neutralizzare l'HCl che viene dallo stomaco e portando brevemente il valore del ph intorno a 7. Dopodichè qui arrivano gli enzimi digestivi del pancreas (zimogeni) la chimotripsina, il chimotripsinogeno,i quali iniziano a digerire tutte le proteine. Che fine fa l'amminoacido che è stato digerito? Ci troviamo nel fegato e in parte nei reni e la sede è il citosol. La prima tappa del catabolismo della maggior parte degli amminocidi è svolto da un enzima chiamato transamminazione. In questo tipo di reazioni il gruppo amminico viene passato dall'amminoacido viene passato all'atomo di carbonio alfa dell'alfa-chetoglutarato,il quale prende il gruppo amminico sul c in 2 dell'amminoacido. Questa reazione è catalizzata da enzimi transamminasi,detti anche amminotrasferasi. Questi enzimi sono aiutati da un altro enzima piridassol fosfato (PLP), derivato della vitamina B6. Quindi l'enzima transamminasi cosa fa? Sposta il gruppo amminico dell'amminoacido diventando un alfa-chetoacido. Il gruppo amminico viene dato all'alfa-chetoglutarato in quale si trasforma in amminoacido, in glutammato. Il quale entra nei mitocondri, dove perde il suo gruppo amminico sotto forma di NH4+ L'accettore del gruppo amminico non è soltanto l'alfa-chetoglutarato,ma anche altri glutacidi, ecco perchè le transamminasi nelle analisi vengono chiamate ALT, GPT,GOT. Questa reazione di transamminazione avviene nel citosol di tutte le cellule. Le transamminasi hanno un meccanismo a ping-pong, poiché sono enzimi che operano su più substrati. Perchè viene chiamato meccanismo a ping-pong?

Perchè il primo ad arrivare nel sito catalitico dell'enzima è l'amminoacido,dove l'enzima viene modificato strutturalmente poiché gli si stacca un gruppo amminico, il quale viene dall'amminoacido. Ma in realtà non è l'enzima alfa-chetoglutarato, ma il suo coenzima ,ossia la vitamina B6. Quindi poiché c'è questo cofattore ad aiutarl, l'enzima viene modificato strutturalmente da piridassolfosfato diventerà piridossammina con gruppo NH3 ed esce il primo prodotto, cioè esce l'amminoacido senza gruppo amminico e poi entra l'alfa-chetoglutarato che si prende il gruppo amminico ed esce come glutammato e l'enzima torna com'era. Ecco perchè meccanismo a ping-pong. Il primo substrato deve lasciare il sito attivo in modo che si possa legare il secondo substrato. Il primo substrato, l'amminoacido si lega al sito attivo, il quale dona il gruppo amminico al piridassol fosfato e si allntana come alfa-chetoacido. Il secondo substrato, l'alfa-chetoacido, si lega al sito attivo, accetta il gruppo amminico ed esce sottoforma di amminoacido. CoocooH3N- C- H ___________________________________ C= O R R amminoacido alfa-chetoacido CooCooC= O H3N-C-H CH2 CH2 CH2 CH2 CooCooalfa-chetoglutarato

glutammato CooH3N- C- H CH2 CH2 O = C – NH2

L'effetto della transamminazione è quello di raccogliere i gruppi amminici che derivano da diversi amminoacidi su un unico composto, L-glutammato,il quale a sua volta funge da donatore del gruppo amminico. Il piridassol fosfato agisce come trasportatore di gruppi amminici a livello del sito attivo dell'amminotrasferasi.

Dove il gruppo protagonista è il gruppo aldeidico -CHO quest'enzima è attaccato alla Lys dell'enzima forma cosi una base di schiff con un residuo di Lys presente nel sito dell'enzima.

quando arriva l'amminoacido la PLP si stacca dalla Lys ,formando come prodotto finale la piradossammina fosfato

L-glutammato dove va? Questo dipende in quale distretto ci troviamo. Se siamo nel fegato e reni, può andare direttamente nel mitocondrio, il quale inizierà il ciclo dell'urea. Quindi ci troviamo nelle sedi dove avviene il ciclo dell'urea ,il fegato.

L-glutammato subisce una deamminazione ossidativa, poiché deve uscire il gruppo amminico sottoforma di ione ammonio NH4+. La deamminazione avviene nel mitocondrio,la quale viene catalizzata dall'enzima L-glutammato deidrogenasi,questo enzima cosa fa? Prima fa un inremedio e poi lo idrolizza esso stesso, in modo tale che si riforma l'alfa-chetoglutarato e si libera cosi lo ione ammonio. Essendo un'ossidazione ci sarà una riduzione da NAD(P) a NAD(P)H. Nei tessuti extraepatici L-glutammato non può essere deamminato se siamo fuori dal fegato,poichè l'NH4+ è in equilibrio ed è molto pericoloso liberarlo in altri tessuti.

E quindi cosa succede? Durante la transamminazione si forma L-glutammato il quale viene trasformato in glutammina, per il fatto che non è solubile nel sangue.

Attraverso la glutammina sintetasi,enzima che utilizza ATP in ADP. Cosa succede? Prima si forma un intermedio,dove viene fosforilato il carbonio in delta con ATP, arriva poi un altro azoto e si forma L-glutammina, che va diretta nel mitocondrio. Tramite un enzima la glutamminasi, viene trasformato di nuovo in L-glutammato che gli strappa il grippo amminico per andare nel mitocondrio. L-glutammato formatosi subisce la deamminazione ossidativa, al quale gli viene strappato il secondo azoto e diventa di nuovo alfa-chetoglutarato. L-glutammato in un tessuto extraepatico non può subire deaminazione,ossia non può liberare lo ione ammonio (ma solo negli organi nei quali avviene il ciclo dell'urea). Il glutammato non è solubile nel sangue e quindi il corpo cosa fa? Spreca un ATP e forma Lglutammina ,la quale cosa fa? Manda due azoti (uno proveniente dalla transamminazione e uno dal metabolismo dell'azoto. L-glutammina che si forma è solubile nel sangue e va diretta nel fegato e reni, ma arrivando nel mitocondrio ha due azoti e c'è la glutamminasi che gliene stacca uno facendolo diventare l-glutammato, il quale fa una normale deamminazione ossidativa riformando cosii l'alfa-chetoglutarato e libera lo ione ammonio NH4+. Nel muscolo succede altro. Avviene il ciclo glucosio-alanina. Avvengono due transamminasi consecutive. Con la transamminasi si forma L-glutammato, nel muscolo c'è una seconda transamminazione, che trasforma l-glutammato in alanina, utilizzando il piruvato che diventa alanina che è solubile nel sangue e giunge poi al fegato, dove tramite l'alanina amminotransferasi trasferisce il gruppo amminico dall'alanina all'alfa-chetoglutarato, formando di nuovo piruvato. È tutto un ciclo ecco perchè prende il nome di ciclo glucosio-alanina. Siamo nel mitocondrio, dove inizia il ciclo dell'urea. Entra nel citosol e riva poi nel mitocondrio. La prima e l'ultima reazione sono mitocondriali, quelle intermedie sono citosoliche. La prima reazione lo ione ammonio reagisce con due molecole di ATP per formare la molecola di carbamil fosfato

il primo enzima è la carbamil fosfato sintetasi, reazione che precede il ciclo dell'urea. Il carbamil fosfato entrerà nel ciclo dell'urea e si fonde con l'ultimo prodotto del ciclo l'ornitina che andrà a formare la citrullina i protagonisti di questa reazione sono l'ATP, HCO3 e un Pi inorganico come gruppo uscente, viene utilizzata una seconda ATP per facilitare l'ingresso del gruppo amminico. Il carbamil fosfato formato viene attaccato dall'ornitina che formerà la citrullina con l'uscita di un Pi inorganico.

la citrullina viene attivata dall'ATP, formando un intermedio la citrullil-AMP che serve per agganciare un aspartato, che viene da un'altra transamminazione. Avviene poi una reazione di condensazione tra il gruppo amminico dell'aspartato e il gruppo carbonilico della citrullina generandosi cosi il composto argininosuccinato

questa reazione è catalizzata dall'enzima argininosuccinato sintetasi, che richiede ATP e procede attraverso la formazione dell'intermedio citrullil-AMP. L'argininosuccinato viene poi scisso dall'argininosuccinasi, che produce arginina e fumarato,quest'ultimo entra nei mitocondri e va nel ciclo dell'acido citrico. Poi l'enzima arginasi, scinde l'arginina in urea e ornitina, che entra poi nei mitocondri per iniziare un altro giro del ciclo dell'urea. Il ciclo dell'urea è importante poiché è incrociato con il ciclo di Krebs. Poiché c'è il fumarato e tra questi due cicli c'è uno scambio continuo dei gruppi e si passano i sostituenti....