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Chetoacidi: cosa sono, tipi e ruolo metabolico

Dr. Nicola Tazzini

I chetoacidi sono composti organici contenenti due gruppi funzionali: un gruppo carbossilico (−COOH) e uno carbonilico (˂C=O).
In base alla posizione del gruppo carbonilico rispetto a gruppo carbossilico, cui le regole della nomenclatura IUPAC assegnano la priorità più alta, sono suddivisi in α-chetoacidi, β-chetoacidi, e γ-chetoacidi.[1]

I chetoacidi, e in particolare gli α-chetoacidi, sono molto importanti in biochimica, essendo coinvolti in molte vie metaboliche.[2]

α-Chetoacidi

Negli α-chetoacidi il gruppo carbonilico è adiacente al carbonio carbossilico. Molti di questi composti, in forma delle rispettive basi coniugate, svolgono importanti funzioni biologiche. Di seguito alcuni esempi.[2]
L’acido piruvico, il più semplice α-chetoacido, è il prodotto finale della glicolisi.
L’acido ossalacetico e l’acido α-chetoglutarico sono intermedi del ciclo dell’acido citrico.
Gli α-chetoacidi possono derivare da reazioni di transaminazione e di deaminazione ossidativa di amminoacidi. Nelle reazioni di transaminazione il gruppo amminico in alfa dell’amminoacido viene trasferito a un α-chetoacido, di solito l’α-chetoglutarato, con formazione di un nuovo amminoacido e di un α-chetoacido. Queste reazioni sono catalizzate da enzimi detti transaminasi o aminotransferasi (EC 6.1.-).

α-Chetoacido + Amminoacido ⇄ Nuovo amminoacido + Nuovo α-chetoacido

Nelle reazioni di deaminazione ossidativa gli amminoacidi sono convertiti nei corrispettivi α-chetoacidi tramite l’eliminazione del gruppo amminico, che è convertito in ammoniaca e sostituito da un gruppo carbonilico. Essendo la reazione reversibile gli α-chetoacidi sono anche precursori degli amminoacidi.
Nota: l’ammoniaca è un composto tossico e, nel fegato, viene convertita in urea attraverso il ciclo dell’urea.[2]
Piruvato, ossalacetato e α-chetoglutarato, quest’ultimo via ossalacetato, sono i punti di ingresso nella gluconeogenesi degli scheletri carboniosi di molti amminoacidi glucogenici.[3]
E’ stato inoltre osservato, in vitro, che linee cellulari tumorali murine e umane rilasciano nel microambiente tumorale 2-chetoacidi quali α-chetoisocaproato, l’α-cheto-β-metilvalerato e l’α-chetoisovalerato, molecole in grado di influenzare l’attività antitumore dei macrofagi.[4]

β-Chetoacidi

Nei β-chetoacidi il gruppo carbonilico è sul secondo carbonio dopo il carbonio carbossilico.
Esempi sono l’acido acetoacetico, il più semplice 3-chetoacido, e l’acido β-idrossibutirrico, i quali sono due dei tre corpi chetonici, assieme all’acetone, prodotti dall’epatocita quando l’acetil-CoA è prodotto in eccesso rispetto alla capacità della citrato sintasi (EC 2.3.3.1 ), quindi del ciclo dell’acido citrico, di ossidarlo, situazione che si presenta durante il digiuno prolungato o diete molto povere in carboidrati.
Da notare che acetoacetil-CoA e β-idrossibutirril-CoA, ossia le due forme attivate dei rispettivi β-chetoacidi, sono intermedi della via di sintesi dell’acido butirrico seguita dalla maggior parte dei batteri del microbiota intestinale produttori dell’acido grasso.[5][6][7]

γ-Chetoacidi

Nei γ-chetoacidi il gruppo carbonilico è sul terzo carbonio dopo il carbonio carbossilico. Un esempio è l’acido levulinico, il più semplice gamma-chetoacido, che deriva dal catabolismo della cellulosa.”

Bibliografia

  1. ^ IUPAC, Pure Appl Chem 2020. doi:10.1515/pac-2019-0104
  2. ^ a b c Nelson D.L., Cox M.M. Lehninger. Principles of biochemistry. 8th Edition. W.H. Freeman and Company, 2021.
  3. ^ D’Andrea G. Classifying amino acids as gluco(glyco)genic, ketogenic, or both. Biochem Educ 2000;28(1):27-28. doi:10.1016/s0307-4412(98)00271-4
  4. ^ Cai Z., Li W., Brenner M., Bahiraii S., Heiss E.H., Weckwerth W. Branched-chain ketoacids derived from cancer cells modulate macrophage polarization and metabolic reprogramming. Front Immunol 2022;13:966158. doi:10.3389/fimmu.2022.966158.
  5. ^ Miller T.L., Wolin M.J. Pathways of acetate, propionate, and butyrate formation by the human fecal microbial flora. Appl Environ Microbiol 1996;62(5):1589-92. doi:10.1128/aem.62.5.1589-1592
  6. ^ Portincasa P., Bonfrate L.,Vacca M., De Angelis M., Farella I., Lanza E., Khalil M.,Wang D.Q.-H., Sperandio M., Di Ciaula A. Gut microbiota and short chain fatty acids: implications in glucose homeostasis. Int J Mol Sci 2022;23:1105. doi:10.3390/ijms23031105
  7. ^ Pryde S.E., Duncan S.H., Hold G.L., Stewart C.S., Flint H.J. The microbiology of butyrate formation in the human colon. FEMS Microbiol Lett 2002;217(2):133-9. doi:10.1111/j.1574-6968.2002.tb11467.x
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