Mese: marzo 2024

Introduzione:

Gli aminoacidi sono una classe di molecole biologiche costituenti le unità che formano le proteine, e svolgono numerose funzioni fondamentali per la corretta funzione del corpo umano. Rappresentano un elemento conosciuto a grandi linee da tutti gli assidui frequentatori di sala pesi, ma la maggior parte di loro è all’oscuro delle loro caratteristiche e reali richieste, quando una loro supplementazione risulta funzionale e quando, invece, si traduce in una pratica pressoché sterile. Questo primo articolo è finalizzato ad iniziare una approfondita disamina sugli aminoacidi facendo chiarezza sul significato biochimico e sulla loro più aggiornata applicazione in ambito sportivo soprattutto per quanto concerne gli Aminoacidi Essenziali.

Cosa sono gli Aminoacidi?

Gli aminoacidi sono composti organici che contengono sia gruppi funzionali amminici che carbossilici.[1] Sebbene in natura esistano oltre 500 amminoacidi, i più importanti sono i 22 α-amminoacidi incorporati nelle proteine.[2] Solo questi 22 compaiono nel codice genetico della vita.[3][4]

Gli aminoacidi possono essere classificati in base alla posizione dei gruppi funzionali strutturali principali (amminoacidi alfa (α-), beta (β-), gamma (γ-), ecc.); altre categorie riguardano la polarità, la ionizzazione e il tipo di catena laterale (alifatica, aciclica, aromatica, polare, ecc.). Sotto forma di proteine, i residui di aminoacidi costituiscono la seconda componente (l’acqua è la più grande) dei muscoli e degli altri tessuti umani.[5] Oltre al ruolo di residui nelle proteine, gli aminoacidi partecipano a una serie di processi come il trasporto e la biosintesi dei neurotrasmettitori.[6]

• Storia:

I primi amminoacidi furono scoperti all’inizio del 1800.[7][8] Nel 1806, i chimici francesi Louis-Nicolas Vauquelin e Pierre Jean Robiquet isolarono dagli asparagi un composto che fu poi chiamato asparagina, il primo amminoacido ad essere scoperto.[9][10] La cistina fu scoperta nel 1810,[11] anche se il suo monomero, la cisteina, rimase sconosciuto fino al 1884. [La glicina e la leucina furono scoperte nel 1820.[12[13] L’ultimo dei 20 aminoacidi comuni ad essere scoperto fu la treonina nel 1935 da William Cumming Rose, che determinò anche gli aminoacidi essenziali e stabilì il fabbisogno minimo giornaliero di tutti gli aminoacidi per una crescita ottimale.[14][15]

L’unità della categoria chimica fu riconosciuta da Wurtz nel 1865, ma non le diede un nome particolare.[16] Il primo uso del termine “aminoacido” in lingua inglese risale al 1898,[17] mentre il termine tedesco, Aminosäure, era già stato usato in precedenza.[18] Si è scoperto che le proteine producono aminoacidi in seguito a digestione enzimatica o idrolisi acida. Nel 1902, Emil Fischer e Franz Hofmeister proposero indipendentemente che le proteine sono formate da molti amminoacidi, per cui si formano legami tra il gruppo amminico di un amminoacido e il gruppo carbossilico di un altro, dando luogo a una struttura lineare che Fischer definì “peptide”.[19]

• Struttura generale

I 2-, alfa- o α-amminoacidi[20] hanno nella maggior parte dei casi la formula generica H2NCHRCOOH, dove R è un sostituente organico noto come “catena laterale”.[21]

Delle centinaia di amminoacidi descritti, 22 sono proteinogenici (“costruiscono proteine”).[22][23][24] Sono questi 22 composti che si combinano per dare una vasta gamma di peptidi e proteine assemblate dai ribosomi.[25] Gli amminoacidi non proteinogenici o modificati possono derivare da modificazioni post-traslazionali o durante la sintesi di peptidi nonribosomiali.

L’atomo di carbonio vicino al gruppo carbossilico è chiamato carbonio α. Negli amminoacidi proteinogenici, porta l’ammina e il gruppo R o la catena laterale specifica di ciascun amminoacido. Con quattro sostituenti distinti, il carbonio α è stereogenico in tutti gli α-amminoacidi tranne la glicina. Tutti gli amminoacidi proteogenici chirali hanno la configurazione L. Sono “sinistrorsi”. Si tratta di enantiomeri “sinistrorsi”, che si riferiscono agli stereoisomeri del carbonio alfa.

Alcuni amminoacidi D (“destrorsi”) sono stati trovati in natura, ad esempio negli involucri batterici, come neuromodulatore (D-serina) e in alcuni antibiotici.[26][27] Raramente, i residui di amminoacidi D si trovano nelle proteine e vengono convertiti dall’amminoacido L come modifica post-traduzionale.[28]

Cinque amminoacidi possiedono una carica a pH neutro. Spesso queste catene laterali appaiono sulla superficie delle proteine per consentirne la solubilità in acqua, e le catene laterali con cariche opposte formano importanti contatti elettrostatici chiamati ponti salini che mantengono le strutture all’interno di una singola proteina o tra proteine interfacciate.[29] Molte proteine legano il metallo nelle loro strutture in modo specifico, e queste interazioni sono comunemente mediate da catene laterali cariche come l’aspartato, il glutammato e l’istidina. In determinate condizioni, ogni gruppo che forma ioni può essere carico, formando sali doppi.[30]

I due aminoacidi carichi negativamente a pH neutro sono l’aspartato (Asp, D) e il glutammato (Glu, E). I gruppi carbossilati anionici si comportano come basi di Brønsted nella maggior parte dei casi.[29] Gli enzimi in ambienti a pH molto basso, come la pepsina, proteasi aspartica nello stomaco dei mammiferi, possono avere residui catalitici di aspartato o glutammato che agiscono come acidi di Brønsted.

Ci sono tre amminoacidi con catene laterali che sono cationi a pH neutro: l’arginina (Arg, R), la lisina (Lys, K) e l’istidina (His, H). L’arginina ha un gruppo guanidino carico e la lisina un gruppo alchilico amminico carico e sono completamente protonati a pH 7. Il gruppo imidazolico dell’istidina ha un pKa di 6,0 ed è protonato solo per il 10% circa a pH neutro. Poiché l’istidina si trova facilmente nelle sue forme basiche e acide coniugate, partecipa spesso ai trasferimenti catalitici di protoni nelle reazioni enzimatiche.[29]

Gli aminoacidi polari e privi di carica serina (Ser, S), treonina (Thr, T), asparagina (Asn, N) e glutammina (Gln, Q) formano prontamente legami a idrogeno con l’acqua e con altri aminoacidi.[29] Non si ionizzano in condizioni normali; un’eccezione importante è rappresentata dalla serina catalitica nelle serina-proteasi. Questo è un esempio di grave perturbazione e non è caratteristico dei residui di serina in generale. La treonina ha due centri chirali, non solo il centro chirale L (2S) sul carbonio α condiviso da tutti gli amminoacidi, a parte la glicina achirale, ma anche (3R) sul carbonio β. La specifica stereochimica completa è (2S,3R)-L-treonina.

Le interazioni tra gli amminoacidi non polari sono la forza motrice principale dei processi di ripiegamento delle proteine nelle loro strutture tridimensionali funzionali.[29] Nessuna delle catene laterali di questi amminoacidi si ionizza facilmente e quindi non hanno pKas, ad eccezione della tirosina (Tyr, Y). L’idrossile della tirosina può deprotonarsi ad alto pH formando un fenolato carico negativamente. Per questo motivo si potrebbe collocare la tirosina nella categoria degli aminoacidi polari e privi di carica, ma la sua bassissima solubilità in acqua corrisponde bene alle caratteristiche degli aminoacidi idrofobici.

Diverse catene laterali non sono ben descritte dalle categorie cariche, polari e idrofobiche. La glicina (Gly, G) potrebbe essere considerata un amminoacido polare, poiché le sue piccole dimensioni fanno sì che la sua solubilità sia determinata in gran parte dai gruppi amminici e carbossilici. Tuttavia, la mancanza di catene laterali conferisce alla glicina una flessibilità unica tra gli amminoacidi, con ampie ramificazioni nel ripiegamento delle proteine.[29] Anche la cisteina (Cys, C) può formare facilmente legami idrogeno, il che la collocherebbe nella categoria degli amminoacidi polari, anche se spesso si trova nelle strutture proteiche a formare legami covalenti, detti legami disolfuro, con altre cisteine. Questi legami influenzano il ripiegamento e la stabilità delle proteine e sono essenziali nella formazione degli anticorpi. La prolina (Pro, P) ha una catena laterale alchilica e potrebbe essere considerata idrofobica, ma poiché la catena laterale si unisce di nuovo al gruppo alfa-amminico, diventa particolarmente inflessibile quando viene incorporata nelle proteine. Come la glicina, influenza la struttura delle proteine in un modo unico tra gli aminoacidi. La selenocisteina (Sec, U) è un raro amminoacido non codificato direttamente dal DNA, ma incorporato nelle proteine attraverso il ribosoma. La selenocisteina ha un potenziale redox più basso rispetto alla cisteina simile e partecipa a diverse reazioni enzimatiche uniche.[31] La pirrolisina (Pyl, O) è un altro aminoacido non codificato nel DNA, ma sintetizzato nelle proteine dai ribosomi.[34] Si trova in specie arcaiche dove partecipa all’attività catalitica di diverse metiltransferasi.

Gli amminoacidi con struttura NH+3-CXY-CXY-CO-2, come la β-alanina, componente della carnosina e di alcuni altri peptidi, sono β-amminoacidi. Quelli con la struttura NH+3-CXY-CXY-CXY-CO-2 sono γ-amminoacidi, e così via, dove X e Y sono due sostituenti (uno dei quali è normalmente H).[6]

Le forme naturali comuni di amminoacidi hanno una struttura zwitterionica, con gruppi funzionali -NH+3 (-NH+2- nel caso della prolina) e -CO-2 attaccati allo stesso atomo di C; sono quindi α-amminoacidi e sono gli unici che si trovano nelle proteine durante la traduzione nel ribosoma. In soluzione acquosa, a pH prossimo alla neutralità, gli amminoacidi esistono come zwitterioni, cioè come ioni dipolari con entrambi i gruppi NH+3 e CO-2 in stati carichi, per cui la struttura complessiva è NH+3-CHR-CO-2. A pH fisiologico le cosiddette “forme neutre” -Sebbene le due cariche della struttura zwitterionica si sommino a zero, è fuorviante definire “scarica” una specie con carica netta pari a zero.

In condizioni di forte acidità (pH inferiore a 3), il gruppo carbossilato viene protonato e la struttura diventa un acido carbossilico ammonio, NH+3
-CHR-CO2H. Ciò è rilevante per gli enzimi come la pepsina che sono attivi in ambienti acidi come lo stomaco e i lisosomi dei mammiferi, ma non si applica in modo significativo agli enzimi intracellulari. In condizioni altamente basiche (pH superiore a 10, normalmente non riscontrabile in condizioni fisiologiche), il gruppo ammonio viene deprotonato per dare NH2-CHR-CO-2.

Sebbene in chimica si utilizzino varie definizioni di acidi e basi, l’unica utile per la chimica in soluzione acquosa è quella di Brønsted:[32][33] un acido è una specie che può donare un protone a un’altra specie, mentre una base è una specie che può accettare un protone. Questo criterio viene utilizzato per etichettare i gruppi nell’illustrazione precedente. Le catene laterali carbossilate dei residui di aspartato e glutammato sono le principali basi di Brønsted nelle proteine. Allo stesso modo, la lisina, la tirosina e la cisteina agiscono tipicamente come acidi Brønsted. L’istidina, in queste condizioni, può agire sia come acido che come base di Brønsted.

Per gli amminoacidi con catene laterali non cariche, lo zwitterione predomina a valori di pH compresi tra i due valori di pKa, ma coesiste in equilibrio con piccole quantità di ioni netti negativi e positivi. Nel punto intermedio tra i due valori di pKa, la traccia di ioni negativi netti e la traccia di ioni positivi netti si bilanciano, in modo che la carica netta media di tutte le forme presenti sia pari a zero.[34] Questo pH è noto come punto isoelettrico pI, per cui pI = 1/2 (pKa1 + pKa2).

Per gli amminoacidi con catene laterali cariche, è coinvolto il pKa della catena laterale. Così per l’aspartato o il glutammato con catene laterali negative, il gruppo amminico terminale è essenzialmente interamente nella forma carica -NH+3, ma questa carica positiva deve essere bilanciata dallo stato con un solo gruppo carbossilato C-terminale carico negativamente. Questo si verifica a metà strada tra i due valori di pKa del carbossilato: pI = 1/2 (pKa1 + pKa(R)), dove pKa(R) è il pKa della catena laterale.[33]

Considerazioni simili valgono per altri amminoacidi con catene laterali ionizzabili, tra cui non solo il glutammato (simile all’aspartato), ma anche la cisteina, l’istidina, la lisina, la tirosina e l’arginina con catene laterali positive.

Gli amminoacidi hanno mobilità nulla nell’elettroforesi al loro punto isoelettrico, anche se questo comportamento è più sfruttato per i peptidi e le proteine che per i singoli amminoacidi. Gli zwitterioni hanno una solubilità minima al loro punto isoelettrico e alcuni amminoacidi (in particolare quelli con catene laterali non polari) possono essere isolati per precipitazione dall’acqua regolando il pH al punto isoelettrico richiesto.

• Proprietà fisico-chimiche

I 20 amminoacidi canonici possono essere classificati in base alle loro proprietà. Fattori importanti sono la carica, l’idrofilia o l’idrofobicità, la dimensione e i gruppi funzionali.[27] Queste proprietà influenzano la struttura delle proteine e le interazioni proteina-proteina. Le proteine idrosolubili tendono ad avere i loro residui idrofobici (Leu, Ile, Val, Phe e Trp) sepolti al centro della proteina, mentre le catene laterali idrofile sono esposte al solvente acquoso. (In biochimica, un residuo si riferisce a uno specifico monomero all’interno della catena polimerica di un polisaccaride, di una proteina o di un acido nucleico). Le proteine integrali di membrana tendono ad avere anelli esterni di aminoacidi idrofobici esposti che le ancorano al bilayer lipidico. Alcune proteine di membrana periferiche hanno una zona di aminoacidi idrofobici sulla loro superficie che si attacca alla membrana. In modo simile, le proteine che devono legarsi a molecole cariche positivamente hanno superfici ricche di aminoacidi carichi negativamente, come il glutammato e l’aspartato, mentre le proteine che si legano a molecole cariche negativamente hanno superfici ricche di aminoacidi carichi positivamente, come la lisina e l’arginina. Ad esempio, la lisina e l’arginina sono presenti in grandi quantità nelle regioni a bassa complessità delle proteine che legano gli acidi nucleici.[35] Esistono varie scale di idrofobicità dei residui di amminoacidi.[36]

Alcuni amminoacidi hanno proprietà speciali. La cisteina può formare legami disolfuro covalenti con altri residui di cisteina. La prolina forma un ciclo alla spina dorsale polipeptidica e la glicina è più flessibile di altri aminoacidi.

La glicina e la prolina sono fortemente presenti all’interno delle regioni a bassa complessità delle proteine sia eucariotiche che procariotiche, mentre l’opposto avviene con la cisteina, la fenilalanina, il triptofano, la metionina, la valina, la leucina, l’isoleucina, che sono altamente reattivi, o complessi, o idrofobici.[35][37][38]

Molte proteine subiscono una serie di modifiche post-traslazionali, in base alle quali gruppi chimici aggiuntivi vengono attaccati alle catene laterali dei residui aminoacidici, producendo talvolta lipoproteine (che sono idrofobiche),[39] o glicoproteine (che sono idrofile)[40] che consentono alla proteina di attaccarsi temporaneamente a una membrana. Ad esempio, una proteina di segnalazione può attaccarsi e poi staccarsi dalla membrana cellulare, perché contiene residui di cisteina a cui può essere aggiunto e successivamente rimosso l’acido grasso palmitico.[41]

• Sintesi

Nelle piante, l’azoto viene prima assimilato in composti organici sotto forma di glutammato, formato da alfa-chetoglutarato e ammoniaca nel mitocondrio. Per gli altri amminoacidi, le piante utilizzano le transaminasi per spostare il gruppo amminico dal glutammato ad un altro alfa-chetoacido. Ad esempio, l’aspartato aminotransferasi converte il glutammato e l’ossalacetato in alfa-chetoglutarato e aspartato.[42] Anche altri organismi utilizzano le transaminasi per la sintesi degli aminoacidi.

Gli amminoacidi non standard si formano solitamente attraverso modifiche agli amminoacidi standard. Ad esempio, l’omocisteina si forma attraverso la via della transulfurazione o mediante la demetilazione della metionina tramite il metabolita intermedio S-adenosilmetionina,[43] mentre l’idrossiprolina viene prodotta mediante una modifica post-traduzionale della prolina.[44]

I microrganismi e le piante sintetizzano molti amminoacidi non comuni. Ad esempio, alcuni microbi producono acido 2-amminoisobutirrico e lantionina, che è un derivato con ponti solforati dell’alanina. Entrambi questi amminoacidi si trovano nei lantibiotici peptidici come l’alameticina.[45] Tuttavia, nelle piante, l’acido 1-amminociclopropan-1-carbossilico è un piccolo amminoacido ciclico disostituito che è un intermedio nella produzione dell’ormone vegetale etilene.[46]

La produzione commerciale di amminoacidi si basa solitamente su batteri mutanti che avviano una sovrapproduzione di singoli amminoacidi utilizzando il glucosio come fonte di carbonio. Alcuni amminoacidi sono prodotti mediante conversioni enzimatiche di intermedi sintetici. L’acido 2-amminotiazolin-4-carbossilico è un intermedio in una sintesi industriale della L-cisteina, ad esempio. L’acido aspartico viene prodotto mediante l’aggiunta di ammoniaca al fumarato utilizzando una liasi.[47]

• Presenza e funzioni in biochimica

Gli amminoacidi sono i precursori delle proteine[25] e si uniscono tramite reazioni di condensazione per formare catene polimeriche corte chiamate peptidi o catene più lunghe chiamate polipeptidi o proteine. Queste catene sono lineari e non ramificate, con ogni residuo di amminoacido all’interno della catena attaccato a due amminoacidi vicini. In natura, il processo di creazione delle proteine codificate dal materiale genetico DNA/RNA è chiamato traduzione e comporta l’aggiunta graduale di aminoacidi a una catena proteica in crescita da parte di un ribozima chiamato ribosoma.[48] L’ordine di aggiunta degli aminoacidi viene letto attraverso il codice genetico da un modello di mRNA, che è una copia di RNA di uno dei geni dell’organismo.

Ventidue amminoacidi sono naturalmente incorporati nei polipeptidi e sono chiamati amminoacidi proteinogenici o naturali.[27] Di questi, 20 sono codificati dal codice genetico universale. Gli altri due, la selenocisteina e la pirrolisina, sono incorporati nelle proteine mediante meccanismi sintetici unici. La selenocisteina viene incorporata quando l’mRNA da tradurre include un elemento SECIS, che fa sì che il codone UGA codifichi la selenocisteina invece di un codone di stop.[49] La pirrolisina è utilizzata da alcuni archei metanogeni negli enzimi che usano per produrre metano. È codificata con il codone UAG, che in altri organismi è normalmente un codone di stop.[50] Questo codone UAG è seguito da una sequenza a valle PYLIS.[51]

I 20 aminoacidi codificati direttamente dai codoni del codice genetico universale sono chiamati aminoacidi standard o canonici. Una forma modificata di metionina (N-formilmetionina) è spesso incorporata al posto della metionina come aminoacido iniziale delle proteine nei batteri, nei mitocondri e nei cloroplasti. Altri aminoacidi sono chiamati non standard o non canonici. La maggior parte degli amminoacidi non standard sono anche non proteinogenici (cioè non possono essere incorporati nelle proteine durante la traduzione), ma due di essi sono proteinogenici, in quanto possono essere incorporati a livello di traduzione nelle proteine sfruttando informazioni non codificate nel codice genetico universale.

I due aminoacidi non standard proteinogenici sono la selenocisteina (presente in molti non eucarioti e nella maggior parte degli eucarioti, ma non codificata direttamente dal DNA) e la pirrolisina (presente solo in alcuni archei e in almeno un batterio). L’incorporazione di questi aminoacidi non standard è rara. Ad esempio, 25 proteine umane includono la selenocisteina nella loro struttura primaria,[52] e gli enzimi strutturalmente caratterizzati (selenoenzimi) impiegano la selenocisteina come moiety catalitica nei loro siti attivi.[53] La pirrolisina e la selenocisteina sono codificate tramite codoni varianti. Ad esempio, la selenocisteina è codificata dal codone di stop e dall’elemento SECIS.[54][55][56]

La N-formilmetionina (che è spesso l’amminoacido iniziale delle proteine nei batteri, nei mitocondri e nei cloroplasti) è generalmente considerata una forma di metionina piuttosto che un amminoacido proteinogenico separato. Le combinazioni codone-tRNA non presenti in natura possono anche essere utilizzate per “espandere” il codice genetico e formare nuove proteine note come alloproteine che incorporano aminoacidi non proteinogenici.[57][58][59]

Oltre ai 22 aminoacidi proteinogenici, sono noti molti aminoacidi non proteinogenici. Questi non si trovano nelle proteine (ad esempio la carnitina, il GABA, la levotiroxina) o non sono prodotti direttamente e isolatamente dai macchinari cellulari standard. Ad esempio, l’idrossiprolina viene sintetizzata dalla prolina. Un altro esempio è la selenometionina).

Gli aminoacidi non proteici che si trovano nelle proteine si formano tramite modificazioni post-traslazionali. Tali modifiche possono anche determinare la localizzazione della proteina, ad esempio l’aggiunta di lunghi gruppi idrofobici può far sì che una proteina si leghi a una membrana fosfolipidica.[60] Esempi:

la carbossilazione del glutammato permette di legare meglio i cationi di calcio,[61]
L’idrossiprolina, generata dall’idrossilazione della prolina, è uno dei principali componenti del collagene del tessuto connettivo[62].
L’ipusina nel fattore di iniziazione della traduzione EIF5A contiene una modifica della lisina.[63]
Alcuni aminoacidi non proteici non si trovano nelle proteine. Ne sono un esempio l’acido 2-amminoisobutirrico e il neurotrasmettitore acido gamma-amminobutirrico. Gli aminoacidi non proteinogenici sono spesso presenti come intermedi nelle vie metaboliche degli aminoacidi standard – ad esempio, l’ornitina e la citrullina sono presenti nel ciclo dell’urea, parte del catabolismo degli aminoacidi (vedi sotto).[64] Una rara eccezione alla predominanza degli α-amminoacidi in biologia è rappresentata dal β-amminoacido beta alanina (acido 3-amminopropanoico), utilizzato nelle piante e nei microrganismi nella sintesi dell’acido pantotenico (vitamina B5), un componente del coenzima A.[65]

Gli aminoacidi non sono una componente tipica del cibo: gli animali mangiano proteine. La proteina viene scomposta in aminoacidi durante il processo di digestione. Vengono quindi utilizzati per sintetizzare nuove proteine, altre biomolecole o vengono ossidati in urea e anidride carbonica come fonte di energia.[66] La via dell’ossidazione inizia con la rimozione del gruppo amminico da parte di una transaminasi; il gruppo amminico viene quindi immesso nel ciclo dell’urea. L’altro prodotto della transamidazione è un chetoacido che entra nel ciclo dell’acido citrico.[67] Gli amminoacidi glucogeni possono anche essere convertiti in glucosio, attraverso la gluconeogenesi.[68]

Dei 20 aminoacidi standard, nove (His, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Thr, Trp e Val) sono chiamati aminoacidi essenziali perché il corpo umano non è in grado di sintetizzarli da altri composti al livello necessario per la normale crescita. quindi devono essere ottenuti dal cibo.[69][70][71]

Inoltre, la cisteina, la tirosina e l’arginina sono considerati aminoacidi semiessenziali e la taurina un acido aminosolfonico semiessenziale nei bambini. Alcuni aminoacidi sono condizionatamente essenziali per determinate età o condizioni mediche. Le vie metaboliche che sintetizzano questi monomeri non sono completamente sviluppate.[72][73]

Molti amminoacidi proteinogenici e non proteogenici hanno funzioni biologiche oltre ad essere precursori di proteine e peptidi. Negli esseri umani, gli amminoacidi hanno anche ruoli importanti in diverse vie biosintetiche. Le difese contro gli erbivori nelle piante a volte impiegano gli aminoacidi.[74] Esempi:

Amminoacidi standard
– Il triptofano è un precursore del neurotrasmettitore serotonina.[75]
– La tirosina (e il suo precursore fenilalanina) sono precursori dei neurotrasmettitori catecolaminici dopamina, epinefrina e norepinefrina e di varie ammine in traccia.
– La fenilalanina è un precursore della fenetilammina e della tirosina nell’uomo. – Nelle piante è un precursore di vari fenilpropanoidi, importanti nel metabolismo vegetale.
– La glicina è un precursore delle porfirine come l’eme.[76]
– L’arginina è un precursore dell’ossido nitrico.[77]
– L’ornitina e la S-adenosilmetionina sono precursori delle poliammine.[78]
– Aspartato, glicina e glutammina sono precursori dei nucleotidi.[79] Tuttavia, non tutte le funzioni di altri abbondanti aminoacidi non standard sono note.

Ruoli degli amminoacidi non standard
– La carnitina è utilizzata nel trasporto dei lipidi.
– L’acido gamma-amminobutirrico è un neurotrasmettitore.[80]
– Il 5-HTP (5-idrossitriptofano) è utilizzato per il trattamento sperimentale della depressione.[81]
– L-DOPA (L-diidrossifenilalanina) per il trattamento del morbo di Parkinson,[82]
– L’eflornitina inibisce l’ornitina decarbossilasi e viene utilizzata nel trattamento della malattia del sonno.[83]
– La canavanina, un analogo dell’arginina presente in molti legumi, è un antifeedant, che protegge la pianta dai predatori.[84]
– La mimosina, presente in alcuni legumi, è un altro possibile antifeedant.[85] Questo composto è un analogo della tirosina e può avvelenare gli animali che pascolano su queste piante.

• Formazione del legame peptidico

Poiché sia i gruppi amminici che quelli carbossilici degli amminoacidi possono reagire per formare legami ammidici, una molecola di amminoacido può reagire con un’altra e unirsi attraverso un legame ammidico. Questa polimerizzazione degli amminoacidi è ciò che crea le proteine. Questa reazione di condensazione produce il legame peptidico appena formato e una molecola di acqua. Nelle cellule questa reazione non avviene direttamente; invece, l’amminoacido viene prima attivato mediante l’attaccamento a una molecola di RNA di trasferimento attraverso un legame estere. Questo amminoacil-tRNA viene prodotto in una reazione ATP-dipendente effettuata da un’amminoacil tRNA sintetasi.[86] Questo amminoacil-tRNA è quindi un substrato per il ribosoma, che catalizza l’attacco del gruppo amminico della catena proteica allungata sul legame estere.[87] Come risultato di questo meccanismo, tutte le proteine prodotte dai ribosomi vengono sintetizzate a partire dal loro terminale N e spostandosi verso il loro terminale C.

Tuttavia non tutti i legami peptidici si formano in questo modo. In alcuni casi, i peptidi vengono sintetizzati da enzimi specifici. Ad esempio, il tripeptide glutatione è una parte essenziale delle difese delle cellule contro lo stress ossidativo. Questo peptide viene sintetizzato in due fasi da amminoacidi liberi.[88] Nella prima fase, la gamma-glutamilcisteina sintetasi condensa la cisteina e il glutammato attraverso un legame peptidico formato tra il carbossile della catena laterale del glutammato (il carbonio gamma di questa catena laterale) e il gruppo amminico della cisteina. Questo dipeptide viene quindi condensato con la glicina dalla glutatione sintetasi per formare glutatione.[89]

In chimica, i peptidi vengono sintetizzati mediante una varietà di reazioni. Uno dei metodi più utilizzati nella sintesi peptidica in fase solida utilizza i derivati ossimici aromatici degli amminoacidi come unità attivate. Questi vengono aggiunti in sequenza sulla catena peptidica in crescita, che è attaccata a un supporto di resina solida.[90] Le librerie di peptidi vengono utilizzate nella scoperta di farmaci attraverso lo screening ad alto rendimento.[91]

La combinazione di gruppi funzionali consente agli amminoacidi di essere efficaci ligandi polidentati per chelati metallo-amminoacidi.[92] Le molteplici catene laterali degli amminoacidi possono anche subire reazioni chimiche.

La degradazione di un amminoacido spesso comporta la deaminazione spostando il suo gruppo amminico nell’α-chetoglutarato, formando glutammato. Questo processo coinvolge le transaminasi, spesso le stesse utilizzate nell’amminazione durante la sintesi. In molti vertebrati il gruppo amminico viene poi eliminato attraverso il ciclo dell’urea ed escreto sotto forma di urea. Tuttavia, la degradazione degli aminoacidi può invece produrre acido urico o ammoniaca. Ad esempio, la serina deidratasi converte la serina in piruvato e ammoniaca.[56] Dopo la rimozione di uno o più gruppi amminici, il resto della molecola può talvolta essere utilizzato per sintetizzare nuovi amminoacidi, oppure può essere utilizzato per produrre energia entrando nella glicolisi o nel ciclo dell’acido citrico, come dettagliato nell’immagine a destra.

• Valutazione del contenuto di Azoto nella materia organica

Il contenuto totale di azoto della materia organica è formato principalmente dai gruppi amminici delle proteine. L’Azoto Totale Kjeldahl (TKN) è una misura dell’azoto ampiamente utilizzata nell’analisi di acque (reflue), suolo, alimenti, mangimi e materia organica in generale. Come suggerisce il nome, viene applicato il metodo Kjeldahl. Sono disponibili metodi più sensibili.[93][94]

Continua…

Gabriel Bellizzi [CEO BioGenTech]

Riferimenti:

1. Nelson DL, Cox MM (2005). Principles of Biochemistry (4th ed.). New York: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.
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