La PAH catalizza la prima reazione della via metabolica che conduce all'ossidazione della Phe a CO 2 ed H 2 O (Fig. 2). L'enzima è una monoossigenasi poiché un atomo di ossigeno molecolare (O 2 ), con cui reagisce, viene incorporato nel prodotto della reazione, in posizione 4 dell'anello benzenico della Tyr, e l'altro in una molecola di H 2 O. Il cofattore naturale della PAH è la tetraidrobiopterina (BH4). Nei mammiferi la PAH fornisce l'aminoacido non essenziale Tyr. Quando l'enzima è deficitario, la Tyr diventa essenziale e va quindi supplementata con la dieta. La PAH è sempre stata considerata un enzima esclusivamente epatico, benché studi recenti abbiano permesso di evidenziare l'attività di questo enzima anche nel rene e nel pancreas di topo, nel rene di ratto e di cavia 8 e nelle piastrine umane 16 . L'attività della PAH epatica compare nell'uomo a partire dall'ottava settimana di vita fetale per raggiungere i livelli dell'adulto nel secondo trimestre di gravidanza 8 . La PAH purificata dal fegato umano mostra un peso molecolare di circa 100000 daltons 17 . L'enzima umano è sotto forma di tetramero. Il monomero della proteina umana contiene 451 aminoacidi. L'idrossilasi pare essere molto sensibile alle modificazioni delle concentrazioni ematiche della Phe che stabilizza la conformazione più attiva dell' enzima. La BH 4 , mantiene l'enzima in forma di bassa attività. Questo meccanismo di regolazione impedisce l'esposizione dei tessuti a livelli troppo alti di Phe e ne previene la deplezione.Un secondo sistema di regolazione è mediato da un sistema di fosforilazionedefosforilazione 18 . La PAH è infatti substrato di una protein-chinasi cAMP-dipendente. La Phe e la BH 4 hanno effetti opposti anche sulla velocità di fosforilazione della PAH: questa sembra essere la caratteristica principale della regolazione fisiologica della PAH epatica. Il cofattore limita la fosforilazione e quindi l'attivazione dell'enzima, quando i livelli di Phe plasmatici sono molto bassi e non è necessaria una grande attività della PAH.Al contrario livelli più alti di Phe contrastano l'effetto inibitorio della BH 4 determinando un aumento della fosforilazione e quindi dell'attività enzimatica. Tale processo di regolazione è innescato da un pasto contenente proteine attraverso stimolazione e rilascio di glucagone, che attivando l'adenilato ciclasi epatica rende attiva la proteina chinasi cAMP-dipendente 8 .Fig. 2: Reazione di idrossilazione della Phe e reazioni di sintesi e rigenerazione del cofattore non proteico BH4.Come già esposto, l'idrossilazione a (Tyr) rappresenta la maggiore via catabolica per la Phe; esistono due vie accessorie, rappresentate dalla transaminazione a fenilpiruvato e dalla decarbossilazione a feniletilamina. Il sistema di idrossilazione della Phe è presente a livello epatico e prevede quattro componenti essenziali: l'enzima fenilalanina idrossilasi (PAH), il suo cofattore non proteico, tetraidrobiopterina (BH 4 ) 7,8 , l'enzima diidropteridina reduttasi (DHPR) e l'enzima pterina carbinolamina deidratasi (PCD); questi ultimi due enzimi sono necessari per riattivare il cofattore ossidato nella reazione di idrossilazione 9,10 .La BH4 è il cofattore comune delle idrossilasi degli aminoacidi aromatici, poiché catalizza anche l'idrossilazione della Tyr e del triptofano (Trp) 11,12 . Essa è sintetizzata attraverso una via metabolica endogena a partire dal guanosintrifosfato (GTP). Durante le reazioni di idrossilazione degli aminoacidi aromatici, la BH4 viene ossidata a diidrobiopterina (BH2) 13 , successivamente convertita alla forma originaria dagli enzimi pterina-4-carbinolamina deidratasi e DHPR (fig. 2) 14 .Le basi molecolari della PKU e delle sue varianti sono rappresentate dal difetto di PAH, mentre i difetti enzimatici correlati ora alla biosintesi, ora alla rigenerazione in forma attiva del cofattore, sono alla base dei difetti ereditari della tetraidrobiopterina, caratterizzati dal punto di vista fisiopatologico non solo dalla HPA, ma soprattutto dall'alterata sintesi dei neurotrasmettitori serotonina e dopamina. La BH4 funge inoltre da cofattore per la sintesi del NO e per le GEM (fig. 3).Fig. 3: Reazioni enzimatiche BH4-dipendenti.