Gli amminoacidi chetogenici sono amminoacidi il cui scheletro carbonioso può essere catabolizzato per intero o in parte ad acetoacetil-CoA o acetil-CoA, molecole che possono essere utilizzate come precursori per la sintesi dei corpi chetonici, da cui il nome, o degli acidi grassi.[1]
Gli amminoacidi sono i costituenti fondamentali delle proteine.
Poiché l’organismo non dispone di riserve amminoacidiche paragonabili al glicogeno o ai trigliceridi, gli amminoacidi in eccesso vengono convertiti in intermedi del ciclo di Krebs per produrre energia, una volta soddisfatti i requisiti della sintesi proteica.[2]
Quando il fabbisogno energetico cellulare è stato soddisfatto, i residui carboniosi derivanti dalla catabolismo amminoacidico vengono reindirizzati verso la sintesi del glucosio, degli acidi grassi, o dei corpi chetonici.[3]
Gli amminoacidi proteinogenici possono essere classificati come amminoacidi chetogenici o glucogenici sulla base del destino metabolico del loro scheletro carbonioso.[4] Gli amminoacidi chetogenici producono acetoacetil-CoA e/o acetil-CoA, mentre quelli glucogenici sono catabolizzati in cinque metaboliti precursori: piruvato, ossalacetato, α-chetoglutarato, succinil-CoA e fumarato.[5]
Questa modalità di classificazione non è univoca in quanto cinque amminoacidi sono sia chetogenici che glucogenici, poiché dal loro catabolismo si origina almeno un precursore glucogenico e uno chetogenico.[6]
In Sintesi: Punti Chiave
- Destino metabolico: gli amminoacidi chetogenici vengono catabolizzati in acetil-CoA o acetoacetil-CoA, precursori dei corpi chetonici e degli acidi grassi.
- Amminoacidi esclusivamente chetogenici: solo la leucina e la lisina lo sono non contribuendo alla sintesi netta di glucosio negli animali.
- Il blocco biochimico: l’acetil-CoA non è glucogenico a causa della perdita di due atomi di carbonio nel ciclo di Krebs e dell’irreversibilità della reazione del complesso della piruvato deidrogenasi.
- Ruolo nel digiuno: durante il digiuno prolungato, il loro contributo alla chetogenesi è marginale rispetto alla beta-ossidazione dei grassi; il corpo privilegia invece gli amminoacidi glucogenici per preservare la glicemia.
Indice
- Quali sono gli amminoacidi chetogenici
- Basi biochimiche
- Amminoacidi chetogenici nel digiuno prolungato
- Ciclo del gliossilato
- Bibliografia
Quali sono gli amminoacidi chetogenici
Solamente due dei venti amminoacidi che compongono le proteine sono esclusivamente chetogenici: la leucina e la lisina. Dal catabolismo del loro scheletro carbonioso si origina acetoacetil-CoA e acetil-CoA.[6]
| Amminoacido | Chetogenico | Glucogenico | |
|---|---|---|---|
| Acetil-CoA | Acetoacetil-CoA | ||
| Fenilalanina | ✔ | Fumarato | |
| Isoleucina | ✔ | Succinil-CoA | |
| Leucina * | ✔ | ✔ | |
| Lisina * | ✔ | ||
| Tirosina | ✔ | Fumarato | |
| Treonina | ✔ | Succinil-CoA | |
| Triptofano | ✔ | ✔ | Piruvato |
| * Amminoacidi esclusivamente chetogenici | |||
Altri cinque amminoacidi, ossia isoleucina, fenilalanina, treonina, triptofano, e tirosina, sono invece sia chetogenici che glucogenici in quanto il catabolismo dello scheletro carbonioso porta alla formazione di acetil-CoA e/o acetoacetil-CoA e un precursore glucogenico.[5]
L’utilizzo degli scheletri carboniosi degli amminoacidi è preceduto dalla rimozione del gruppo amminico. Alanina e glutammato, amminoacidi glucogenici, svolgono un ruolo chiave nel trasporto dei gruppi amminici dai tessuti extraepatici al fegato. In particolare, l’alanina viene trasportata dal muscolo e da altri tessuti periferici al fegato attraverso il ciclo glucosio-alanina.[7]
Basi biochimiche
Acetil-CoA e acetoacetil-CoA non sono precursori glucogenici. La spiegazione risiede nella stechiometria del ciclo dell’acido citrico e nell’incapacità degli animali di convertire l’acetil-CoA in piruvato.[8]
L’acetil-CoA entra nel ciclo dell’acido citrico a livello della reazione catalizzata dalla citrato sintasi (EC 2.3.3.1). L’enzima catalizza la condensazione dell’acetil-CoA con l’ossalacetato a formare il citrato. Dunque si passa da un composto a quattro atomi di carbonio a uno a sei atomi di carbonio, con un guadagno netto di due atomi carbonio.
Tuttavia, nelle due successive decarbossilazioni ossidative del ciclo, catalizzate dalla isocitrato deidrogenasi (EC 1.1.1.42) e dal complesso multienzimatico dell’α-chetoglutarato deidrogenasi, sono perduti due atomi di carbonio.[4]
Quindi l’ingresso dell’acetil-CoA nel ciclo non comporta alcun guadagno netto di carbonio.[6]
La discriminante è quindi rappresentata dal punto d’ingresso delle unità carboniose a monte o a valle delle decarbossilazioni ossidative del ciclo dell’acido citrico.[8]
A tutto ciò va aggiunto che negli animali non esiste una via metabolica che permetta di produrre piruvato dall’acetil-CoA, data anche l’irreversibilità della reazione catalizzata dal complesso della piruvato deidrogenasi, la decarbossilazione ossidativa del piruvato ad acetil-CoA.[8]
Amminoacidi chetogenici nel digiuno prolungato
A differenza degli amminoacidi glucogenici, gli amminoacidi chetogenici non hanno un ruolo cruciale durante il digiuno prolungato o nelle diete con forte restrizione dei carboidrati.
Durante il digiuno prolungato, la principale fonte di acetil-CoA per la chetogenesi è la beta-ossidazione degli acidi grassi, mentre il contributo degli amminoacidi chetogenici è marginale. In queste condizioni, il ruolo centrale è svolto dagli amminoacidi glucogenici, che, attraverso la gluconeogenesi, garantiscono il mantenimento dell’omeostasi glicemica quando le riserve di glicogeno epatico sono esaurite.[5]
Ciclo del gliossilato
Piante, lieviti, e molti batteri possono utilizzare l’acetil-CoA per la sintesi del glucosio grazie alla via metabolica chiamata ciclo del gliossilato. Tale ciclo ha alcune reazioni in comune con il ciclo dell’acido citrico, due esclusive catalizzate dalla isocitrato liasi (EC 4.1.3.1) e malato sintasi (EC 2.3.3.9), ma non ha reazioni di decarbossilazione. Quindi gli organismi che possiedono il ciclo del gliossilato sono in grado di utilizzare gli acidi grassi e gli amminoacidi chetogenici per la sintesi del glucosio.[9]
Bibliografia
- ^ 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
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- ^ Litwack G. Human biochemistry. 2nd Edition. Academic Pr, 2021.
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- ^ Kondrashov F.A., Koonin E.V., Morgunov I.G., Finogenova T.V., Kondrashova M.N. Evolution of glyoxylate cycle enzymes in Metazoa: evidence of multiple horizontal transfer events and pseudogene formation. Biol Direct 2006;1:31. doi:10.1186/1745-6150-1-31
Domande Frequenti
Quali sono gli amminoacidi classificati come esclusivamente chetogenici?
Leucina e lisina sono gli unici amminoacidi esclusivamente chetogenici. Il loro catabolismo produce acetil-CoA o acetoacetil-CoA, precursori di corpi chetonici e acidi grassi. A differenza degli amminoacidi glucogenici, non possono essere convertiti in glucosio negli organismi animali.
Perché gli amminoacidi chetogenici non possono produrre glucosio negli animali?
Il catabolismo degli amminoacidi chetogenici genera acetil-CoA o acetoacetil-CoA. Negli animali, queste molecole non possono essere convertite in piruvato né produrre un guadagno netto di ossalacetato nel ciclo dell'acido citrico, impedendo il loro utilizzo come substrati per la gluconeogenesi.
Quali amminoacidi sono sia chetogenici che glucogenici?
Isoleucina, fenilalanina, treonina, triptofano e tirosina sono sia chetogenici che glucogenici. Il loro catabolismo produce intermedi chetogenici come l'acetil-CoA insieme a metaboliti glucogenici come fumarato, piruvato o succinil-CoA.
Qual è il ruolo biochimico degli amminoacidi chetogenici?
Gli amminoacidi chetogenici contribuiscono al metabolismo energetico producendo acetil-CoA e acetoacetil-CoA, i quali possono entrare nella chetogenesi per la produzione di corpi chetonici o essere utilizzati nella sintesi degli acidi grassi quando i fabbisogni energetici cellulari sono soddisfatti.
Come si comportano gli amminoacidi chetogenici durante il digiuno prolungato?
Nel digiuno prolungato, gli amminoacidi chetogenici hanno un ruolo limitato nella produzione di corpi chetonici rispetto alla β-ossidazione degli acidi grassi. Il loro ruolo principale è quello di sostenere la gluconeogenesi aiutando quindi a mantenere normali i livelli di glucosio nel sangue.