Amminoacidi non proteinogenici: funzioni

Gli amminoacidi non proteinogenici (NPAA) non sono codificati naturalmente nel codice genetico umano né si trovano nelle catene polipeptidiche.
Tuttavia, negli organismi come batteri, funghi, piante e animali marini sono elementi costitutivi essenziali delle catene polipeptidiche. Si differenziano dagli amminoacidi proteinogenici che sono gli amminoacidi usati per la costruzione delle proteine.

Numerosi amminoacidi non proteinogenici presenti in natura sono analoghi a quelli proteinogenici e alcuni esistono come metaboliti secondari in molti organismi.
Vi sono oltre 800 NPAA in natura e ne sono stati sintetizzati migliaia attraverso processi chimici e biocatalitici o tramite una combinazione di entrambi.  Gli amminoacidi non proteinogenici  sono diventati un potente strumento per lo sviluppo di farmaci candidati basati sui peptidi.

Le proprietà farmacologiche dei medicinali peptidici, dovute alle dimensioni più piccole e alla struttura più semplice rispetto alle proteine ​​di grandi dimensioni, possono essere modificate fondamentalmente introducendo gli amminoacidi non proteinogenici nella loro sequenza.

Mentre i peptidi composti da amminoacidi naturali possono essere utilizzati come farmaci candidati, la maggior parte ha dimostrato di essere meno stabile in condizioni biologiche. L’impatto dell’incorporazione di NPAA può essere estremamente utile nel migliorare la stabilità, la potenza, la permeabilità e la biodisponibilità delle terapie basate sui peptidi.

La maggior parte degli NPAA sintetici è progettata sulla base degli amminoacidi naturali e può essere sintetizzata tramite processi chimici e biocatalitici, o tramite una combinazione di entrambi. La via chimica include alchilazioni mediante gli equivalenti di glicina, aminazione mediante reazioni tandem, riduzione o alchilazione, carbossilazione, cianazione combinata con idrolisi, nonché altre modifiche della catena laterale.

La via biocatalitica utilizza varie reazioni enzimatiche per produrre NPAA enantiomerici con una resa più elevata, richiede meno passaggi rispetto alla sintesi chimica e spesso può essere eseguita in mezzi acquosi.

Funzioni

Alcuni di questi metaboliti vegetali sono componenti del metabolismo centrale, fungendo da intermedi nelle vie biosintetiche o come molecole di segnalazione durante le risposte allo stress delle piante.

Gli NPAA come ornitina, citrullina, acido argininsuccinico, omoserina, omocisteina e cistationina sono intermedi metabolici ben studiati ed è probabile che siano presenti in tutte le specie vegetali.

Altri NPAA vegetali comunemente riscontrati, ad esempio l’acido pipecolico con i suoi derivati, possono funzionare come molecole di segnalazione che influenzano lo sviluppo delle piante, la fisiologia e le risposte di difesa.

Esempi di amminoacidi non proteinogenici 

Ornitina

Oltre che a partecipare al ciclo dell’urea  è fondamentale per la produzione di proteine, enzimi e tessuto muscolare.

Inoltre è il punto di partenza per la sintesi di molte poliammine come putrescina e spermina e di vari altri importanti composti come l’acido glutammico e la prolina ed è necessaria per una corretta funzione immunitaria e una buona funzionalità epatica

Citrullina

La citrullina è un α-amminoacido non essenziale avente formula C₆H₁₃N₃O₃ che partecipa attivamente al ciclo dell’urea.

È una sostanza che potenziali ruoli antiossidanti e vasodilatatori. All’interno dell’organismo è in grado di reagire con l’acido aspartico per formare l’acido argininsuccinico, successivamente trasformato in arginina.

Acido argininsuccinico

Le cellule sintetizzano l’acido arginosuccinico dalla citrullina e acido aspartico e lo usano come precursore dell’arginina nel ciclo dell’urea

Omoserina

Differisce dalla serina in quanto presenta un gruppo -CH₂ aggiuntivo.

È il precursore dell’arginina nel ciclo dell’urea ed è un intermedio nella biosintesi di tre amminoacidi essenziali metionina, treonina e isoleucina.

Omocisteina

Essa è biosintetizzata dalla metionina mediante la rimozione del suo gruppo metilico terminale ed è un omologo della cisteina da cui differisce in quanto presenta un gruppo -CH₂ aggiuntivo.

Quando interagisce con le vitamine del gruppo B, l’omocisteina si converte in:

• metionina amminoacido essenziale e antiossidante
• cisteina amminoacido non essenziale sintetizzato dalla metionina che riduce l’infiammazione, aumenta la comunicazione tra le cellule immunitarie e migliora la salute del fegato.