Utente:LauraGab/Sandbox
LauraGab/Sandbox | |
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Nome IUPAC | |
acido 2(S)-ammino-1,4-butandioico | |
Abbreviazioni | |
D ASP | |
Nomi alternativi | |
acido L-aspartico
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Caratteristiche generali | |
Formula bruta o molecolare | C4H7NO4 |
Massa molecolare (u) | 133,10 |
Aspetto | solido cristallino bianco |
Numero CAS | 1783-96-6 (D-isomer) | numero CAS non valido 56-84-8 (L-isomer)
Proprietà chimico-fisiche | |
Costante di dissociazione acida a 293 K | pK1: 1,99 pK2: 9,90 |
Punto isoelettrico | 2,85 |
Solubilità in acqua | 4 g/l a 293 K |
Temperatura di fusione | 270 °C (543 K) |
Proprietà termochimiche | |
ΔfH0 (kJ·mol−1) | −973,3 |
Indicazioni di sicurezza | |
Frasi H | --- |
Consigli P | ---[1] |
L'acido aspartico (dal francese aspartique, che risale al latino aspăragus, "asparago") è un amminoacido la cui catena laterale è polare. È una molecola chirale e viene indicato più comunemente come D o Asp.
È un amminoacido codificato sull’RNA messaggero dai codoni GAU e GAC.
Essendo chirale presenta due diverse forme enantiomeriche: acido L-aspartico e acido D-aspartico. Con il nome “acido aspartico” scientificamente si intende la forma L dell’amminoacido o la miscela racemica. L'enantiomero L è uno dei 20 amminoacidi ordinari.
La forma L dell'amminoacido ha un sapore leggermente amaro, mentre la forma D è insapore.[2]
Come tutti gli altri amminoacidi l’acido aspartico ha un gruppo amminico e un acido carbossilico. In condizioni fisiologiche il gruppo α-amminico è protonato mentre il gruppo carbossilico è deprotonato. Ha una catena laterale acida () che può reagire con altri amminoacidi, enzimi e proteine. L’acido aspartico ha la catena laterale carica negativamente a un pH superiore a 3. La forma ionizzata dell’amminoacido prende il nome di aspartato, mentre l’ammide dell’acido aspartico è l’asparagina, un altro dei 20 amminoacidi.
L’acido aspartico, come l’acido glutammico, è classificato come amminoacido acido, con una pKa di 3.9.[3]
Nelle proteine le catene laterali degli acidi aspartici sono spesso coinvolte in legami a idrogeno per formare asx turns o asx motifs.
L’aspartato stimola i recettori NMDA, anche se non così fortemente come il glutammato.[4]
Nei mammiferi è un amminoacido non essenziale e nel cervello agisce come un neurotrasmettitore eccitatorio. È coinvolto anche nel ciclo dell'urea, è inserito fra gli amminoacidi glucogenici in quanto per transamminazione si trasforma in ossalacetato.
Insieme all'asparagina, è stato per la prima volta isolato dall'ortaggio da cui prendono il nome, l'asparago.
Nel 2010 Tu Lee e Yu Kun Lin, hanno dimostrato sperimentalmente che in condizioni simili a quelle si suppone vigessero sulla Terra primordiale, i cristalli sinistrorsi di acido aspartico si formano più facilmente e in maggiore quantità di quelli destrorsi.[5]
Scoperta
Il farmacista francese Auguste-Arthur Plisson nel 1827 isolò l’acido aspartico dopo aver fatto reagire l’asparagina, ottenuta dal succo di asparago, con idrossido di piombo. Chiamò l'acido ottenuto "acido aspartique" (acido aspartico in italiano). Ritthausen nel 1868 isolò l’acido aspartico da una proteina idrolizzata.[6]
Acido Aspartico negli alimenti[7]
L'acido L-aspartico è presente in diverse proporzioni nella maggior parte delle proteine. Sono riportati esempi di alimenti ricchi di acido L-aspartico. I dati si riferiscono al contenuto in grammi di aspartato in 100 g di alimento.
Alimento | Aspartato (g) |
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Proteine della soia | 10.20 |
Merluzzo secco e salato | 6.43 |
Spirulina secca | 5.79 |
Pancetta affumicata | 3.65 |
Filetto di manzo | 3.39 |
Arachidi | 3.30 |
Salmone in scatola | 2.90 |
Fagioli neri | 2.61 |
Parmigiano | 1.98 |
Uova | 1.33 |
Piselli | 0.66 |
Asparagi | 0.56 |
Acido D-Aspartico
D-aspartato (D-Asp) è uno dei principali regolatori della neurogenesi adulta e svolge un ruolo importante nello sviluppo della funzione endocrina. D-Asp è presente nei tessuti endocrini, neuroendocrini e nei testicoli e regola la sintesi e la secrezione di ormoni e la spermatogenesi. Anche le proteine degli alimenti contengono D-amminoacidi che sono naturalmente originati o indotti da processi che coinvolgono alte temperature, trattamenti con acidi o processi di fermentazione. Infatti, la presenza di D-aminoacidi nei latticini è indice di un trattamento termico o di contaminazione microbica.[8]
Durante lo stadio embrionale degli uccelli e la prima vita postnatale dei mammiferi, un'alta concentrazione transitoria di D-Asp è presente nel cervello e nella retina. Questo amminoacido è stato rilevato nei sinaptosomi e nelle vescicole sinaptiche, dove viene rilasciato dopo stimoli chimici (ioni ( ), ionomicina) o elettrici. Inoltre, D-Asp aumenta il cAMP nelle cellule neuronali e viene trasportato dalle fessure sinaptiche alle cellule nervose presinaptiche attraverso un trasportatore specifico. Nel sistema endocrino, invece, D-Asp è coinvolto nella regolazione della sintesi e del rilascio ormonale. Ad esempio, nell'ipotalamo di ratto, aumenta il rilascio della gonadotropina (GnRH) e induce la sintesi dell'mRNA, di ossitocina e vasopressina. Nella ghiandola pituitaria, stimola la secrezione dei seguenti ormoni: prolattina (PRL), ormone luteinizzante (LH) e ormone della crescita (GH) Nei testicoli, è presente nelle cellule di Leydig ed è coinvolta nel rilascio di testosterone e progesterone.[9]
Utilizzo dell'acido D-Aspartico
Il D-Asp è coinvolto nella sintesi e nel rilascio di testosterone e per questo si presume possa essere usato per l’aumento del testosterone negli uomini. Studi hanno rivelato che il D-Asp esogeno aumenta i livelli di testosterone negli studi sugli animali, mentre gli studi sull'uomo hanno prodotto risultati inconsistenti a causa del numero ridotto di studi condotti.[10]
La racemizzazione dell'acido aspartico è uno dei principali tipi di modificazione covalente non enzimatica che porta ad un accumulo dipendente dall'età di D-Asp nei tessuti umani. La racemizzazione avviene durante l'invecchiamento delle proteine e si correla con l'età delle proteine a lunga vita. La racemizzazione può provocare una perdita della funzione proteica dovuta alla proteolisi o causa di cambiamenti nella struttura molecolare. La racemizzazione in vivo può anche aumentare in condizioni patologiche. Infatti questo processo è rilevante nella patogenesi di malattie della vecchiaia come l'aterosclerosi, l'enfisema polmonare, la presbiopia, la cataratta, le malattie degenerative della cartilagine e le disfunzioni correlate all'età cerebrale.[11]
La racemizzazione dell’L-aspartato può essere usata per stimare l’età dei denti. Questo metodo si basa sul costante aumento correlato all'età della quantità di acido D-aspartico nella dentina.[12]
Biosintesi
L’aspartato può essere sintetizzato dal corpo umano e per questo viene classificato come un amminoacido non essenziale.
Nel corpo umano viene frequentemente sintetizzato tramite transamminazione dell’ossaloacetato facilitata da un enzima amminotrasferasi. Il trasferimento del gruppo amminico da molecole come l’alanina o glutammina produce aspartato e un alfa-cheto acido.[3]
Successivamente l’aspartato, tramite una reazione di ammidazione catalizzata da asparagina sintetasi, forma l’asparagina.
L’ L-Aspartato ammoniaca liasi (detta Aspartasi) è una delle liasi a base di ammoniaca ad essere utilizzata industrialmente per la conversione su larga scala dell’acido fumarico in acido L-aspartico tramite addizione di ammoniaca.
Un gran numero di aziende utilizza processi a base di aspartasi ma ognuna con leggere modifiche.
L’utilizzo di questa sintesi si fa risalire al 1953 con un processo discontinuo che fu poi modificato a processo continuo nel 1973 da Tanabe Seiyaku che introdusse l’uso di cellule di E. Coli immobilizzate in un reticolo di gel di poliacrilammide. Un’ulteriore miglioramento si ebbe nel 1978 con l’introduzione di k-cagenina come matrice di immobilizzazione, e nel 1983 con l’uso di E. Coli che producevano iper-aspartarsi.
Successivamente Kiowa Hakko Kogyo, Mitsubishi Petrochemical and W.R. Grace & Co. hanno messo a punto diversi processi che hanno in comune l’uso di un eccesso di ammoniaca (da 2 a 3 volte) per spostare l’equilibrio della reazione verso la produzione di acido L-aspartico. In questo modo si ottiene una conversione quasi stechiometrica dell’acido fumarico e inoltre un’eccellente purezza enantiomerica del prodotto (superiore al 99.9%).
Miglioramenti per i biocatalizzatori di questo enzima sono stati ottenuti tramite clonazione e sovraespressione del gene codificante l’aspartasi dei Brevibacterium flavum MJ-233 a di E. Coli, mentre un'aspartasi altamente termostabile è stata identificata nei Bacillus sp. YM55-1. Una tecnica più diffusa è diventata l’ingegneria proteica che ha sicuramente tratto vantaggio dalle recenti strutture cristalline a raggi X dell’aspartasi di E. Coli e di Bacillus s. YM55-1. Dal punto di vista economico i costi sono stati ridotti ulteriormente combinando l’aspartasi con la maleato isomerasi e usando come substrato l’acido maleico (che deriva dalla più economica anidride maleica).
La continua ottimizzazione delle singole componenti del processo ha fatto sì che i processi basati sull’aspartasi siano tra i processi enzimatici più efficienti conosciuti ad oggi ed economicamente più convenienti.
Degradazione dell'amminoacido[3]
Gli amminoacidi sono degradati a composti che possono essere metabolizzati a e , oppure usati nella gluconeogenesi. Gli amminoacidi “standard” possono essere degradati in uno dei sette intermedi metabolici: piruvato, α-chetoglutarato, succinil-CoA, fumarato, ossalacetato, acetil-CoA o acetoacetato.
L’aspartato viene degradato a ossalacetato che è un precursore del glucosio, per questo motivo è classificato come amminoacido glucogenico.
(IMMAGINE CICLO)
L’ossalacetato viene prodotto direttamente dalla transamminazione dell’aspartato. Anche l’asparagina che viene idrolizzata in aspartato tramite la L-asparaginasi porta alla formazione di ossalacetato.
Sintesi a partire dall'acido aspartico
Precursore di altri amminoacidi
Nei batteri l’acido aspartico viene utilizzato come precursore per la sintesi di altri tre amminoacidi: la lisina, la metionina e la treonina. A partire dall’acido aspartico il procedimento sintetico è inizialmente uguale per i tre amminoacidi. Si ha per prima cosa la fosforilazione dell’aspartato catalizzata da aspartatochinasi che produce aspartil-β-fosfato; da quest’ultimo poi si produce β-Aspartato-semialdeide dal quale si seguono infine differenti vie metaboliche per la produzione dei tre amminoacidi.[3]
L-Alanina
(Aggiungi paragrafo alanina)
(IMMAGINE)
Acido N-acetilaspartico
L'acido N-acetilaspartico, o N-acetilaspartato (NAA), è un derivato dell'acido aspartico.
L'NAA è la seconda molecola più concentrata nel cervello dopo l'amminoacido glutammato. Nel cervello di un aduto si trova nei neuroni[15], negli oligodendrociti e nella mielina[16] ed è sintetizzato nei mitocondri dall'acido aspartico e dall'acetil-coenzima A.[17]
È presente anche nel cervello di gatto (con una concentrazione di 100 mg per 100 g di tessuto) e nel suo fegato, reni, muscoli e urina. Inoltre è presente anche nel cervello di topo, in quantità minore (da 1 a 3 mg per 100 g di tessuto).[6]
Antagonisti[6]
Alcuni antagonisti dell'acido Aspartico sono: acido cisteico, acido β-metilaspartico, aspartofenone, acido β-idrossiaspartico, acido diamminosuccinico, idrazide dell'acido β-aspartico, acido α-metilaspartico e acido α-amminovulinico.
(MANCANO LE ALTRE IMMAGINI -composti sconosciuti-)
Usi e applicazioni
L’acido L-aspartico è utilizzato ampiamente nella nutrizione parenterale ed enterale, come acidificante, come precursore della L-alanina e dell’aspartame (dolcificante artificiale).[13]
Viene inoltre utilizzato come materiale di partenza per la sintesi stereoselettiva di vari composti chimici organici chirali.[18]
L’acido poliaspartico è un polimero idrosolubile, biodegradabile, prezioso in numerose applicazioni industriali mediche e agricole per sostituire molti polimeri non biodegradabili in uso.[19][20]
Un’ulteriore area sempre più in crescita è l’utilizzo dell’acido aspartico come costituente dei polimeri superassorbenti biodegradabili (SAP). Questi polimeri superassorbenti vengono utilizzati nei pannolini usa e getta, nei prodotti per l’incontinenza degli adulti e nei prodotti per l’igiene femminile.[21]
Le applicazioni dell'acido poliaspartico includono sistemi di trattamento delle acque, trattamenti anti microbici[22], agricoltura e silvicoltura, sfruttamento di petrolio e detergenti.[23]
Il mercato globale di acido aspartico (integratori alimentari, medicina, acido poliaspartico, aspartame, L-alanina) dovrebbe raggiungere i 101,0 milioni di dollari entro il 2022. La domanda globale di acido aspartico è stata di 35,6 chilo tonnellate nel 2012.[23] Nel 1996 la produzione industriale di acido aspartico era di 7000 tonnellate all’anno, per via enzimatica.[24]
Note
- ^ scheda dell'acido aspartico su IFA-GESTIS
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