Ammine bioattive e classificazione

Le ammine bioattive sono composti organici azotati, in cui uno, due o tre atomi di idrogeno dell’ammoniaca sono sostituiti da gruppi alchilici o arilici. Essi possono essere alifatici, aliciclici o eterociclici (Lorenzo et al., 2007).

Le ammine biogene sono basi organiche di basso peso molecolare che hanno la caratteristica di un’elevata attività biologica. Esse sono presentati nelle piante nella loro forma libera, coniugate a piccole molecole come gli acidi fenolici, o legate a composti con alto peso molecolare come proteine o acidi nucleici (Casal et al., 2004). La loro sintesi viene effettuata principalmente mediante decarbossilazione microbica degli aminoacidi liberi o per amminazione o transaminazione di aldeidi e chetoni (De las Riva, 2006).

Gli amminoacidi danno origine alla denominazione delle ammine bioattive e quelli precursori, istidina, tirosina e triptofano, rispettivamente alla istamina, alla

tiramina e alla triptamina. Inoltre, le ammine cadaverina e putrescina si trovano

nei prodotti in fase di decomposizione o putrefazione, mentre la spermina e la

spermidina sono state isolate per la prima volta dal fluido dei semi (Glória, 2005;

Kalac, 2009).

Le ammine bioattive possono essere classificate in base:

 al numero di gruppi amminici: monoammine (tiramina e feniletilamina), diammine (istamina, triptamina, serotonina, putrescina e cadaverina) e poliammine (spermidina, spermina e agmatine);

 alla struttura chimica: alifatiche (putrescina, cadaverina, spermidina, spermina e

agmatine), aromatiche (tiramina e feniletilamina) o eterocicliche (istamina, triptamina e serotonina), e al diverso gruppo chimico come catecolamine

(dopamina, noradrenalina e adrenalina), indolamine (serotonina) e imidazolamine (istamina);

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 alla via biosintetica: ammine naturali e ammine biogene. Le ammine naturali (putrescina, cadaverina, agmatine, spermidina e spermina) si formano in situ nelle cellule durante i processi di degradazione degli alimenti; le ammine biogene (istamina, serotonina, tiramina, feniletilamina, triptamina, putrescina,

cadaverina e agmatine) si formano dalla decarbossilazione degli amminoacidi da

parte degli enzimi microbici (Bover-Icd et al., 2006);

 alla funzione esercitata: le ammine sono classificate in poliammine che sono basi organiche alifatiche e idrosolubili che a pH fisiologico funzionano come policationi. Appartengono al gruppo delle poliammine, la spermidina (EPD), la

spermina (SEM) e le agmatine (AGM) (Moinard et al., 2005). Essendo policationi,

le poliammine sono coinvolte in varie funzioni metaboliche e fisiologiche di animali, piante e microrganismi (Garcia-Faroldi et al., 2009). Le ammine biogene vasoattive e neuroattive sono la tiramina, l’istamina e la serotonina per il loro effetto sul sistema vascolare e neuronale.

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Tab. 4.5: Struttura chimica di alcune ammine bioattive. AMMINE BIOATTIVE STRUTTURA CHIMICA

4.2 Biosintesi

La sintesi delle ammine biogene istamina, tiramina, triptamina, feniletilamina e

cadaverina avviene mediante decarbossilazione degli amminoacidi precursori che

sono rispettivamente la istidina, la tirosina, il triptofano, la fenilalanina e la lisina (Martins e Glória, 2010; Zamora et al., 2012). Nella sintesi della serotonina il

triptofano è convertito dalla idrolasi in 5-idrossitriptofano, che è decarbossilato

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serotonina. La tirosina è un precursore delle ammine fenoliche quali octopamina e

la dopamina (Glória et al., 2005).

La figura mostra la reazione generale di decarbossilazione degli aminoacidi e l’amminazione delle aldeidi che porta alla sintesi delle ammine. La decarbossilazione degli amminoacidi può essere favorita dalle alte temperature o dall'azione degli enzimi microbici. I microrganismi decarbossilasi positivi possono costituire una parte della popolazione microbica indigena o contaminare i cibi lungo tutta la filiera alimentare (Glória e Vieira, 2007).

Fig. 4.24: Formazione di ammine dalla decarbossilazione (1) e dall'amminazione delle aldeidi (2).

I prerequisiti per la formazione delle ammine negli alimenti sono:

 la disponibilità di aminoacidi liberi, presenti naturalmente negli alimenti o che sono ottenuti dall’idrolisi delle proteine come risultato dell’attività proteolitica o della degradazione termica;

 le elevate temperature di processo o la presenza di organismi decarbossilasi- positivi, che possono essere presenti nella popolazione indigena e contaminare gli alimenti prima, durante o dopo il trattamento (Glória e Vieira, 2007).

Altre ammine biogene possono essere prodotte ed accumulate durante il processo di fermentazione, soprattutto attraverso la decarbossilazione microbica degli amminoacidi da parte degli enzimi (Ordonez et al., 2013).

Le poliammine si formano per decarbossilazione della ornitina e dell’arginina da parte dei rispettivi enzimi, ornitina decarbossilasi (ODC) e arginina decarbossilasi (ADC) (Medina et al., 2003). Esistono varie vie biosintetiche responsabili della

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formazione di ammine delle quali gli amminoacidi ornitina e arginina sono i precursori.

La putrescina è considerata un intermedio obbligatorio nella sintesi delle poliammine e la via metabolica di sintesi è diversa nei vari organismi viventi.

Nelle piante e nei microrganismi, l’arginina decarbossilasi (ADC) è il principale enzima responsabile della decarbossilazione dell’arginina e della conseguente formazione di agmatina che sarà convertita in putrescina dall’enzima agmatinasi (Walters, 2003).

Quando si verifica la conversione di putrescina in spermidina e di questa in spermina avvengono contemporaneamente una serie di reazioni che coinvolgono le transferasi, le decarbossilasi e le sintetasi. La metionina viene convertita in S- adenosilmetionina (SAM) e dall'azione di S-adenosilmetionina decarbossilasi (SAMDC) si forma S-adenosil metionina decarbossilata, usata come donatore di amminopropile per la formazione di spermidina, grazie all’azione della spermidina sintasi. Analogamente avviene la formazione di spermina per azione della spermina sintasi a partire dalla spermidina e del SAM come donatore del gruppo amminopropile (Walters, 2003; Glória, 2005).

 4.3 Importanza fisiologica

Le ammine, oltre ad essere una fonte di azoto, sono anche precursori di ormoni, alcaloidi, acidi nucleici, proteine, sono importanti componenti aromatici del cibo e potenziali precursori dei composti N-nitroso (Ordonez et al., 2013).

Le ammine bioattive partecipano ad importanti processi fisiologici e metabolici degli organismi animali e vegetali; accelerano i processi metabolici, favoriscono la catalisi enzimatica, agiscono come ormoni o fattori di crescita e sono dei biomodulatori.

Le ammine biogene sono generalmente psicoattive, neuroattive e vasoattive (vasodilatatorie e vasocostrittorie). Le ammine psicoattive, come l'istamina e la serotonina, influiscono sul sistema nervoso centrale. L'istamina ha un’importante funzione biologica, agisce come mediatore primario dei sintomi immediati che si verificano nelle risposte allergiche. Le ammine vasoattive agiscono direttamente o indirettamente sul sistema vascolare. Le ammine vasocostrittorie, come la

tiramina, triptamina, e la feniletilamina, causano un aumento della pressione

sanguigna a causa della costrizione del sistema cardiovascolare e conseguentemente aumentano la frequenza cardiaca (Glória, 2005).

Le poliammine (putrescina, spermidina e spermina) sono essenziali per il metabolismo e la crescita cellulare e interagiscono elettrostaticamente con varie macromolecole, specialmente con il DNA e l’RNA, con le proteine coinvolte nello stimolo e nella regolazione della loro sintesi, nella proliferazione e nella crescita cellulare, con i componenti della membrana cellulare carichi negativamente, come i fosfolipidi importanti per la permeabilità e la stabilità delle membrane. Le poliammine agiscono da promotori della crescita in concentrazioni non tossiche (Loser, 2000). Secondo Silla-Santos (1996), le poliammine spermina, spermidina e la

diammina putrescina inibiscono l'ossidazione degli acidi grassi polinsaturi. Questo

effetto antiossidante è correlato con il gruppo NH3+ presente nella struttura chimica

delle poliammine. La spermina e la spermidina sono stabilizzatori efficaci dei radicali liberi in vitro e possono inibire la perossidazione lipidica e prevenire la senescenza nelle piante, con aumento della compattezza, ritardo del cambiamento

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di colore del frutto, inibizione della perossidazione lipidica e diminuzione dei tassi di emissione di etilene durante la respirazione (Valero et al., 2002).

La serotonina, la triptamina, l'istamina, l’agmatina e la cadaverina sono presenti nella frutta come difesa contro i potenziali predatori (Ordonez et al., 2013).