PROTEINE E DIETAPROTEINE E DIETA(PROTEINS AND HEALTH)(PROTEINS AND HEALTH)

Un Un saluto e un augurio di saluto e un augurio di curiosità culturale sempre curiosità culturale sempre viva…viva…

Dr. Stefano Dr. Stefano GestriGestriL.S.L.S. “Niccolò Copernico”“Niccolò Copernico”Prato, 04Prato, 04--1010--20142014

TABLE OF CONTENTSTABLE OF CONTENTSAbstracAbstracIntroductionIntroductionProteins structureProteins structureProteins folding and misfoldingProteins folding and misfoldingProteic sourcesProteic sourcesProteic intake and metabolismProteic intake and metabolismAny question?Any question?Proteins and dietProteins and dietProteins and related diseasesProteins and related diseasesAmyloidosesAmyloidosesFighting against the amyloidosesFighting against the amyloidosesConclusionsConclusionsBibliography (and more)Bibliography (and more)Looking forward…Looking forward…

ABSTRACT (I)ABSTRACT (I) Proteins are biopolymers obtained by the condensation of 20 Proteins are biopolymers obtained by the condensation of 20

different different αα--aminoacidsaminoacids In proteic molecules primary, secondary, tertiary and In proteic molecules primary, secondary, tertiary and

(sometimes) quaternary structures are present; sometimes (sometimes) quaternary structures are present; sometimes misfolding processes led to tissue deposition of cytotossic misfolding processes led to tissue deposition of cytotossic amyloid fibrils, containing several layers of amyloid fibrils, containing several layers of β--strandsstrands

Dietary sources of high quality proteins are: egg, milk, meat, fish; Dietary sources of high quality proteins are: egg, milk, meat, fish; in our body protein are idrolyzed and absorbed as aminoacids; in our body protein are idrolyzed and absorbed as aminoacids; aminoacidic metabolism include neoglucogenesis and formation aminoacidic metabolism include neoglucogenesis and formation of new tissueof new tissue

Proteins should produce the 12% of the energy that our body Proteins should produce the 12% of the energy that our body needs; indeed we introduce too much proteins, and several needs; indeed we introduce too much proteins, and several kidney diseases can derive from thiskidney diseases can derive from this

ABSTRACT (II)ABSTRACT (II)

Amyloidosis encompasses a large group of diseases characterized Amyloidosis encompasses a large group of diseases characterized by tissue deposition of proteins generally assembled in by tissue deposition of proteins generally assembled in antiparallel antiparallel ββ--strandsstrands

Over 20Over 20 human proteic molecules, intact or fragmented, have human proteic molecules, intact or fragmented, have resulted amyloidogenic resulted amyloidogenic in vivoin vivo, and connected with disorders such , and connected with disorders such as Alzheimer’s, Parkinson’s and type II diabetes diseasesas Alzheimer’s, Parkinson’s and type II diabetes diseases

Polyphenols are nutraceuticals widely diffused in the human dietPolyphenols are nutraceuticals widely diffused in the human diet,,and used in the phytopharmaceutical industry for their and used in the phytopharmaceutical industry for their antioxidant propertiesantioxidant properties

Some of them are described as efficient Some of them are described as efficient in vitroin vitro inhibitors of inhibitors of amyloid fibril formationamyloid fibril formation

FIRST OF ALLFIRST OF ALL

Se un cibo è buono, Se un cibo è buono, allora fa male alla saluteallora fa male alla salute

(corollario della legge di (corollario della legge di Murphy, Edward)Murphy, Edward)

INTRODUCTIONINTRODUCTION Si conoscono circa 60 Si conoscono circa 60

patologie da deficit degli patologie da deficit degli enzimi del metabolismo di enzimi del metabolismo di un aminoacidoun aminoacido

Negli Stati Uniti, nel periodo Negli Stati Uniti, nel periodo compreso fra il 1999 e il compreso fra il 1999 e il 2004, la malattia renale 2004, la malattia renale cronica ha colpito il 13% cronica ha colpito il 13% della popolazionedella popolazione

Morbo di Alzheimer: a Morbo di Alzheimer: a livello mondiale entro il livello mondiale entro il 2050 ne sarà affetta 1 2050 ne sarà affetta 1 persona su 85persona su 85

PROTEINS STRUCTURE (I)PROTEINS STRUCTURE (I) Proteine: polimeri derivanti dalla Proteine: polimeri derivanti dalla

policondensazione (tramite policondensazione (tramite legame peptidico) di decine (legame peptidico) di decine (MMMM> 5000) di 20 differenti > 5000) di 20 differenti α--aminoacidiaminoacidi

Struttura primaria: sequenza Struttura primaria: sequenza aminoacidicaaminoacidica ((SangerSanger con con dinitrofluorobenzenedinitrofluorobenzene e insulina, e insulina, 1953)1953)

Struttura secondaria: Struttura secondaria: αα--eliche, eliche, foglietti foglietti ββ, , randomrandom coilcoil ; ; stabilizzati da legami a idrogeno; stabilizzati da legami a idrogeno; cambi in presenza di prolinacambi in presenza di prolina

Struttura terziaria: stabilizzata da Struttura terziaria: stabilizzata da ponti disolfuro fra cisteineponti disolfuro fra cisteine

Struttura quaternaria: stabilizzata Struttura quaternaria: stabilizzata da forze di Van da forze di Van derder WaalsWaals; ; effetto cooperativoeffetto cooperativo

PROTEINS STRUCTURE (II)PROTEINS STRUCTURE (II)

Domini Domini αα e e ββ; ; looploop destrutturatidestrutturati Proteine fibrose e globulariProteine fibrose e globulari Proteine semplici e coniugateProteine semplici e coniugate Funzioni strutturali, di riserva, di Funzioni strutturali, di riserva, di

trasporto, di regolazione, trasporto, di regolazione, enzimatiche, contrattili , di enzimatiche, contrattili , di protezioneprotezione

PROTEINS FOLDING AND MISFOLDING (I)PROTEINS FOLDING AND MISFOLDING (I) Sintesi proteica: nei ribosomiSintesi proteica: nei ribosomi FoldingFolding cotraduzionale o (cellula cotraduzionale o (cellula

eucariota) dal reticolo eucariota) dal reticolo endoplasmatico all’apparato di endoplasmatico all’apparato di GolgiGolgi

Processo guidato dalle proteine Processo guidato dalle proteine chaperoninechaperonine

MisfoldingMisfolding o aggregazioneo aggregazione Aggregazione amiloide delle Aggregazione amiloide delle

proteine: deposizione tissutale di proteine: deposizione tissutale di strutture proteiche strutture proteiche supramolecolari (organizzate in supramolecolari (organizzate in foglietti foglietti ββ) che si evolve fino alla ) che si evolve fino alla formazione di fibrille, il cui asse formazione di fibrille, il cui asse risulta perpendicolare ai filamenti risulta perpendicolare ai filamenti ββ, paralleli o antiparalleli, paralleli o antiparalleli

PROTEINS FOLDING AND MISFOLDING (II)PROTEINS FOLDING AND MISFOLDING (II)

ProtofibrilleProtofibrille: perline in catene o anelli; : perline in catene o anelli; 22--5 5 nmnm di diametro; costituite da 2di diametro; costituite da 2--6 6 monomerimonomeri proteiciproteici

ProtofilamentiProtofilamenti: 2: 2--6 superavvolti in ogni 6 superavvolti in ogni fibrilla; 2fibrilla; 2--5 5 nmnm di diametro; costituiti di diametro; costituiti dall’impilamento di uno o più dall’impilamento di uno o più strandstrand

Fibrille: 7Fibrille: 7--13 13 nmnm di diametro; lunghezza di diametro; lunghezza micrometricamicrometrica

Gli aggregati solubili (“inclusioni Gli aggregati solubili (“inclusioni cellulari”, fino alle cellulari”, fino alle protofibrilleprotofibrille) sono ) sono assai citotossici (forse scompaginano i assai citotossici (forse scompaginano i 33--8 mm di fosfolipidi 8 mm di fosfolipidi membranalimembranali, con , con ingresso di calcio e ingresso di calcio e apoptosiapoptosi))

Sono citotossiche anche le fibrille Sono citotossiche anche le fibrille mature (per lo più per strutture mature (per lo più per strutture extracellulari)extracellulari)

PROTEIC SOURCESPROTEIC SOURCES

Alimento animale più ricco in proteine: Alimento animale più ricco in proteine: carne biancacarne bianca

Alimento vegetale più ricco in proteine: Alimento vegetale più ricco in proteine: soiasoia

Proteine nobili (con proporzioni Proteine nobili (con proporzioni aminoacidiche ottimali): nelle uova, nel aminoacidiche ottimali): nelle uova, nel latte, nel pesce, nella carne...latte, nel pesce, nella carne...

Aminoacidi essenziali: leucina, Aminoacidi essenziali: leucina, isoleucina, valina, metionina, isoleucina, valina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano e lisina; fenilalanina, treonina, triptofano e lisina; istidina nell’infanteistidina nell’infante

PROTEIC INTAKEPROTEIC INTAKE

A livello gastrico la pepsina A livello gastrico la pepsina ((endopeptidasiendopeptidasi attiva a pH 2) idrolizza attiva a pH 2) idrolizza le proteine in peptonile proteine in peptoni

A livello del duodeno agiscono tripsina, A livello del duodeno agiscono tripsina, chimotripsinachimotripsina (per aminoacidi (per aminoacidi aromatici) ed aromatici) ed elastasielastasi ((endopeptidasiendopeptidasi) e ) e carbossipeptidasicarbossipeptidasi ((esopeptidasiesopeptidasi) A e B ) A e B (per aminoacidi basici) del succo (per aminoacidi basici) del succo pancreaticopancreatico

Nel succo enterico vi è l’erepsina Nel succo enterico vi è l’erepsina ((aminopeptidasiaminopeptidasi))

L’assorbimento degli aminoacidi L’assorbimento degli aminoacidi avviene per trasporto attivo tramite la avviene per trasporto attivo tramite la γγ--glutammiltranspeptidasiglutammiltranspeptidasi

PROTEIC METABOLISMPROTEIC METABOLISM

Prevalentemente in fegato e renePrevalentemente in fegato e rene Deaminazione ossidativa tramite la Deaminazione ossidativa tramite la

glutammicodeidrogenasi (GDH)glutammicodeidrogenasi (GDH) Transaminazioni, tramite ad esempio Transaminazioni, tramite ad esempio

glutammicoglutammico--ossalacetico transaminasi ossalacetico transaminasi (GOT) e glutammico(GOT) e glutammico--piruvico piruvico transaminasi (GPT)transaminasi (GPT)

Trasformazione dell’ammonio in urea Trasformazione dell’ammonio in urea nel ciclo dell’ureanel ciclo dell’urea

Aminoacidi glucogenici Aminoacidi glucogenici (neoglucogenesi) e chetogenici(neoglucogenesi) e chetogenici

Sintesi proteica (nei ribosomi)Sintesi proteica (nei ribosomi)

…TO BE CONTINUED…TO BE CONTINUED

PROTEINS AND DIET (I)PROTEINS AND DIET (I) 1 g di azoto urinario = 6,25 g di 1 g di azoto urinario = 6,25 g di

proteineproteine Apporti energetici: proteine 4 Apporti energetici: proteine 4

kcal/g; glicidi 3,7; lipidi 9 kcal/g; glicidi 3,7; lipidi 9 ((vatutativatutati con bomba con bomba calorimetrica di calorimetrica di BerthelotBerthelot; ; correzioni per l’azoto ureico)correzioni per l’azoto ureico)

Per valutare il fabbisogno Per valutare il fabbisogno energetico si usa la calorimetria energetico si usa la calorimetria diretta (calorimetro di diretta (calorimetro di AtwaterAtwater--RoseRose--BenedictBenedict) o indiretta ) o indiretta (termochimica alimentare o (termochimica alimentare o respiratoria respiratoria -- con sacco di con sacco di Douglas e quoziente respiratorio)Douglas e quoziente respiratorio)

Donne: metabolismo basale Donne: metabolismo basale (MB) inferiore del 10(MB) inferiore del 10--20% a 20% a quello dell’uomoquello dell’uomo

PROTEINS AND DIET (II)PROTEINS AND DIET (II) MB: 1400 kcal/MB: 1400 kcal/diedie nel maschio nel maschio

medio (1,71 m e 65 kg)medio (1,71 m e 65 kg) MB massimo a 1 anno; fra i 35 e i MB massimo a 1 anno; fra i 35 e i

55 anni diminuisce del 5% ogni 55 anni diminuisce del 5% ogni decadedecade

Fabbisogno energetico Fabbisogno energetico giornaliero: 8 h di sonno (MB giornaliero: 8 h di sonno (MB leggermente diminuito) + 8 di leggermente diminuito) + 8 di vita di relazione (MB + 30vita di relazione (MB + 30--35%) 35%) + 8 h di lavoro + 10%, per + 8 h di lavoro + 10%, per l’azione dinamicol’azione dinamico--specifica specifica (ADS), dovuta soprattutto al (ADS), dovuta soprattutto al metabolismo proteicometabolismo proteico

Fabbisogno energetico: 10Fabbisogno energetico: 10--15% 15% soddisfatto da proteine (di cui soddisfatto da proteine (di cui 1/3 animali), 201/3 animali), 20--30% da lipidi30% da lipidi

PROTEINS AND RELATED DISEASESPROTEINS AND RELATED DISEASES

Nelle diete occidentali le proteine Nelle diete occidentali le proteine forniscono anche il 17% delle forniscono anche il 17% delle fabbisogno energeticofabbisogno energetico

Nel settore del fitness, che fa Nel settore del fitness, che fa ampio uso di aminoacidi ampio uso di aminoacidi ramificati, e nelle diete ramificati, e nelle diete dimagranti lo squilibrio è ancora dimagranti lo squilibrio è ancora maggiore (malnutrizione primaria maggiore (malnutrizione primaria per eccesso)per eccesso)

Conseguenze a medio e lungo Conseguenze a medio e lungo termine sono la malattia renale termine sono la malattia renale cronica e l'insufficienza renale, cronica e l'insufficienza renale, che ne rappresenta l'evoluzioneche ne rappresenta l'evoluzione

Si va verso la dialisiSi va verso la dialisi

AGGREGATING PROTEINS AND RELATED AGGREGATING PROTEINS AND RELATED DISEASESDISEASES

AmiloidosiAmiloidosi umane (oltre 40):umane (oltre 40): neurodegenerativeneurodegenerative localizzate nonlocalizzate non--neuropaticheneuropatiche sistemiche nonsistemiche non--neuropaticheneuropatiche

I polifenoli sembrano inibire I polifenoli sembrano inibire in vitroin vitrola formazione di fibrille amiloidi o la formazione di fibrille amiloidi o destabilizzare le stessedestabilizzare le stesse

Principali fonti alimentari: frutta e Principali fonti alimentari: frutta e succhi di frutta, ortaggi, tè, succhi di frutta, ortaggi, tè, cioccolata, vino rossocioccolata, vino rosso

I polifenoli sono usati da tempo I polifenoli sono usati da tempo come antiossidanti per preparati come antiossidanti per preparati farmaceutici e alimentari farmaceutici e alimentari

Sono dei promettenti “Sono dei promettenti “nutraceuticinutraceutici””

POLYPHENOLS: CLASSIFICATIONPOLYPHENOLS: CLASSIFICATION

Oltre 8000 in natura; metaboliti secondari di piante, Oltre 8000 in natura; metaboliti secondari di piante, spesso con funzione difensivaspesso con funzione difensiva

Classificazione chimica di J. B. HarborneClassificazione chimica di J. B. Harborne Oltre 4000 flavonoidi (pigmenti dei fiori), talora Oltre 4000 flavonoidi (pigmenti dei fiori), talora

glicosilatiglicosilati Oltre 200 antocianine (flavonoidi rossoOltre 200 antocianine (flavonoidi rosso--violetti)violetti)

Acidi fenolici

SOME REFERENCES…SOME REFERENCES… Ricciotti GRicciotti G -- Fondamenti di biochimica Fondamenti di biochimica -- Italo BovolentaItalo Bovolenta Biffoli RBiffoli R -- Nozioni di chimica degli alimenti Nozioni di chimica degli alimenti -- Uncini PierucciUncini Pierucci Cappelli P, Vannucchi V Cappelli P, Vannucchi V -- Complementi di scienza dell’alimentazione Complementi di scienza dell’alimentazione -- ZanichelliZanichelli Liguri GLiguri G -- Argomenti di dietetica e prodotti dietetici Argomenti di dietetica e prodotti dietetici -- Edizioni scuola universitaria Edizioni scuola universitaria

FirenzeFirenze Goodman Gilman A, Goodman L S, Gilman AGoodman Gilman A, Goodman L S, Gilman A -- Le basi farmacologiche della Le basi farmacologiche della

terapia terapia -- Editoriale GrassoEditoriale Grasso

Chiti FChiti F and Dobson CM, and Dobson CM, 20062006. "Protein misfolding, functional amyloid, and . "Protein misfolding, functional amyloid, and human disease". human disease". Annu. Rev. Biochem.Annu. Rev. Biochem. 75(75): 33375(75): 333--6666

Rivière CRivière C, Richard T, Vitrac X, Mérillon JM, Valls J and Monti JP, , Richard T, Vitrac X, Mérillon JM, Valls J and Monti JP, 20082008. "New . "New polyphenols active on betapolyphenols active on beta--amyloid aggregation". amyloid aggregation". Bioorg. Med. Chem. Lett.Bioorg. Med. Chem. Lett. 18(2): 18(2): 828828--3131

Stefani MStefani M and Dobson CM, and Dobson CM, 20032003. "Protein aggregation and aggregate toxicity: . "Protein aggregation and aggregate toxicity: new insights into protein folding, misfolding diseases and biological evolution". new insights into protein folding, misfolding diseases and biological evolution". J. J. Mol. Med.Mol. Med. 81(11): 67881(11): 678--9999

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