Deaminazione aminoacidi e ciclo dell'urea
Con la dieta vengono introdotti gli aminoacidi, assieme alle altri classi di molecole utili per il metabolismo dell'organismo. Gli aminoacidi introdotti in eccesso, però, non vengono utilizzati per la costituzione di proteine di riserva e, per questo motivo, devono essere metabolizzati per entrare nei cicli di sintesi delle molecole di riserva. In altre parole lo scheletro carbonioso degli aminoacidi viene utilizzato per creare de novo altre molecole.
L'ostacolo da superare, per la riutilizzazione della parte carboniosa degli aminoacidi, è il gruppo aminico presente in alpha. Questo gruppo non può essere metabolizzato e deve essere rimosso mediante il processo di deaminazione.
La transaminazione.
La transaminasi (o amminotransferasi) sono una classe di enzimi che catalizzano il trasferimento del gruppo aminico di uno qualsiasi degli aminoacidi verso un accettore universale che è l'alpha-chetoglutarato. In questo modo viene usata una sola molecola per tutti gli aminoacidi ottimizzando l'intero processo al posto di usare un accettore specifico per ogni aminoacido. Il trasferimento del gruppo aminico comporta la formazione dell'aminoacido glutammato e dell'alpha-chetoacido corrispondente all'aminoacido di partenza.
Nei tessuti, inoltre, l'ammoniaca è una molecola alquanto tossica per cui è necessario portarla altrove per la sua esplusione. Il glutammato, in questo, caso, agisce in modo indiretto formando glutammina mediante l'azione dell'enzima glutamina sintasi. Il primo passaggio di questa reazione è la fosforilazione del carbossile terminale del glutammato seguito dalla sua sostituzione dello ione ammonio.
Nel tessuto muscolare, inoltre, la via di trasporto dell'ammoniaca è particolare. A seguito della glicolisi si forma un quantitativo elevato di piruvato. Questo chetoacido accetta un gruppo amminico dal glutammato mediante l'intervento dell'enzima alanina aminotransferasi con la conseguente sintesi dell'alanina. L'alanina così formata si dirige dal muscolo al fegato trasportando con sé il gruppo aminico. Nel fegato tale gruppo viene allontanato e si forma nuovamente piruvato che entra nella gluconeogenesi per formare il glucosio. Per questo motivo questo particolare processo di eliminazione dello ione ammonio viene definito ciclo glucosio-alanina.
Il ciclo dell'urea.
Abbiamo visto che l'azoto, in quanto non metabolizzabile, viene allontanato mediante i trasportatori glutammato, glutamina ed alanina. Il luogo di raccolta di questo azoto è rappresentato dagli epatociti e, precisamente, l'organello è il mitocondrio. Qui l'ammoniaca viene "rilasciata" dai trasportatori appena menzionati e per effetto dell'enzima carbamil fosfato sintasi I viene tradotta in carbamil fosfato. Il carbamil fosfato appena introdotto entra nel ciclo dell'urea che è un sistema di reazioni che avvengono in parte nel mitocondrio ed in parte nel citosol. L'ornitina è un aminoacido non proteinogenico, e reagisce con il carbamil fosfato per formare un altro aminoacido non proteinogenico: la citrullina. Questo intermedio reagisce con l'aspartato, formato nel mitocondrio precedentemente, e forma arginosuccinato in una reazione che comporta la spesa di una molecola di ATP. L'arginosuccinato viene idrolizzato in fumarato ed arginina e, quest'ultima, per mezzo dell'enzima arginasi, perde una molecola di urea e riforma l'ornitina che rientra nel mitocondrio e continua il ciclo.