Sintesi degli amminoacidi

In biochimica, la biosintesi (“mettere insieme la vita”) riassume semplicemente e brevemente la sintesi di sostanze organiche; la sintesi degli amminoacidi riguarda gli amminoacidi. Questi processi sono estremamente complessi.

Cosa sono gli aminoacidi?

Gli amminoacidi sono i mattoni delle proteine e svolgono un ruolo centrale in quasi tutti i processi biologici. Sono costituiti da un gruppo amminico (-NH₂), un gruppo carbossilico (-COOH), un atomo di idrogeno e una catena laterale variabile (gruppo R), che rende ogni amminoacido unico.

Tipi di aminoacidi

Gli amminoacidi possono essere suddivisi in diverse categorie:

• Aminoacidi essenziali: non possono essere prodotti dal corpo umano e devono quindi essere ottenuti dagli alimenti. Gli aminoacidi essenziali sono nove:
• Istidina
• Isoleucina
• Leucina
• Lisina
• Metionina
• Fenilalanina
• Treonina
• Triptofano
• Valine
• Aminoacidi non essenziali: l’organismo è in grado di sintetizzarli da solo. Gli esempi sono
• Alanina
• Asparagina
• Glutammina
• Glicina
• Proline
• Serina
• Aminoacidicondizionatamente essenziali : in determinate condizioni (ad esempio malattie, stress), il fabbisogno di questi aminoacidi può aumentare, rendendoli essenziali. Alcuni esempi sono
• Arginina
• Cisteina
• Glutammato
• Tirosina

Biosintesi degli aminoacidi

Gli aminoacidi vengono sintetizzati attraverso complessi percorsi biochimici, che possono variare nei diversi organismi. Nell’uomo, la maggior parte degli aminoacidi non può essere sintetizzata da sola, per cui deve essere ingerita attraverso il cibo. Nelle piante e nei microrganismi, invece, tutti gli aminoacidi possono essere sintetizzati.

Fasi generali della sintesi degli amminoacidi

1. Formazione della spina dorsale: Materiali di partenza come il piruvato, il 3-fosfoglicerato o l’α-chetoglutarato vengono convertiti in dorsali degli amminoacidi mediante reazioni enzimatiche.
2. Transaminazione: un gruppo amminico di un amminoacido (spesso il glutammato) viene trasferito all’impalcatura dell’acido α-cheto, ottenendo l’amminoacido desiderato.
3. Riduzione e modifica: alcuni amminoacidi richiedono ulteriori fasi di riduzione o modifica per ottenere la loro struttura finale.

Enzimi e cofattori importanti

• Transaminasi (aminotransferasi): Catalizza il trasferimento del gruppo amminico.
• Glutammato deidrogenasi: può rilasciare o assorbire gruppi amminici.
• Vitamina B6 (piridossal fosfato): Un importante cofattore per molte transaminasi.

Importanti vie di sintesi per vari amminoacidi

1. sintesi di glutammato e glutammina

Il glutammato è un aminoacido centrale nel metabolismo degli aminoacidi e funge da donatore di aminoacidi in molte reazioni di transaminazione.

• Sintesi del glutammato:
• Fissazione dell’azoto: l’ ammoniaca (NH₃) viene convertita in glutammato con α-chetoglutarato per azione degli enzimi glutammato deidrogenasi o glutammina sintetasi.
• Sintesi della glutammina:
• Glutammina sintetasi: aggiunge un secondo gruppo amminico al glutammato per produrre glutammina.

2. sintesi della serina

La serina viene sintetizzata dal 3-fosfoglicerato, un prodotto intermedio della glicolisi.

Passi:

1. 3-fosfoglicerato → 3-fosfoidrossipiruvato: attraverso gli enzimi fosfoglicerato deidrogenasi.
2. 3-fosfoidrossipiruvato → fosfoserina: tramite gli enzimi fosfoserina aminotransferasi.
3. Fosfoserina → Serina: attraverso la fosfoserina fosfatasi.

3. sintesi dell’alanina

L’alanina viene sintetizzata principalmente dalla transaminazione del piruvato.

• Reazione:
• Piruvato + glutammato → alanina + α-chetoglutarato
• Enzima: alanina transaminasi (ALT)

4. sintesi della tirosina

La tirosina viene sintetizzata dalla fenilalanina mediante idrossilazione.

• Reazione:
• Fenilalanina + O₂ + tetraidrobiopterina → tirosina + CO₂ + H₂O
• Enzima: fenilalanina idrossilasi

5. sintesi della cisteina

La cisteina viene sintetizzata a partire da serina e omocisteina.

• Reazione:
• Serina + omocisteina + ATP → cisteina + ADP + Pi
• Enzima: cistationina β-sintasi

Regolazione della sintesi degli aminoacidi

La sintesi degli aminoacidi è strettamente regolata per soddisfare le esigenze della cellula e utilizzare l’energia in modo efficiente. Questi includono

• Regolazione allosterica: gli enzimi delle vie di sintesi sono regolati dai prodotti finali o da altri metaboliti per aumentarne o inibirne la produzione.
• Inibizione a feedback: alte concentrazioni di un amminoacido possono inibire l’attività dei primi enzimi della via di sintesi.
• Regolazione trascrizionale: i geni che codificano per gli enzimi di sintesi degli amminoacidi possono essere attivati o disattivati da fattori di trascrizione.

Importanza della sintesi degli aminoacidi per l’organismo

La sintesi degli aminoacidi è essenziale per la crescita, la riparazione e il mantenimento dei tessuti. Gli aminoacidi non sono solo i mattoni delle proteine, ma anche i precursori per la sintesi di neurotrasmettitori, ormoni e altre importanti molecole.

Funzioni degli aminoacidi

• Formazione delle proteine: proteine strutturali, enzimi, proteine di trasporto e molte altre.
• Neurotrasmettitori: serotonina, dopamina, GABA.
• Produzione di ormoni: insulina, glucagone, tiroxina.
• Metabolismo: partecipa alla produzione e all’immagazzinamento di energia.

Importanza nella nutrizione

Un apporto equilibrato di aminoacidi è fondamentale, soprattutto per quanto riguarda gli aminoacidi essenziali, che devono essere ottenuti dagli alimenti. Un apporto insufficiente può portare all’atrofia muscolare, a un indebolimento del sistema immunitario e ad altri problemi di salute.

Patologie associate alla sintesi degli aminoacidi

I disturbi nella sintesi degli aminoacidi possono avere gravi conseguenze sulla salute. Alcune malattie note sono

• Fenilchetonuria (PKU): una malattia genetica in cui la conversione della fenilalanina in tirosina è alterata. Questo comporta un accumulo di fenilalanina che può causare danni neurologici.
• Omocistinuria: un disturbo del metabolismo della metionina in cui l’omocisteina non viene convertita in modo efficiente in metionina. Questo può portare a malattie cardiovascolari e altri problemi di salute.
• Osteoporosi e deperimento muscolare: può essere causata dalla mancanza di aminoacidi essenziali, necessari per lo sviluppo muscolare e la salute delle ossa.

Ulteriori letture e risorse

Per informazioni più approfondite e studi scientifici sulla sintesi degli aminoacidi, ti consigliamo le seguenti risorse:

1. Lehninger, A. L., Nelson, D. L., & Cox, M. M. “Principles of Biochemistry”. 7a ed. W.H. Freeman, 2017.
2. Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Stryer, L. “Biochimica”. 8° ed. W.H. Freeman, 2019.
3. PubMed: https: //pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ – Un database completo per la letteratura biomedica.
4. Khan Academy: https: //www.khanacademy.org/science/biology – Offre spiegazioni e video comprensibili sui processi biochimici.