ASPARAGIN: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJE, BIOSINTEZA - BIOLOGIJA - 2026

Asparagin (Asn ali N) je pomembna aminokislina za signaliziranje celic in vezavo med proteini in ogljikovih hidratov. To je ena od 22 osnovnih aminokislin in je razvrščena kot nebistvene, saj jo sintetizira telo sesalcev.

Ta aminokislina je bila uvrščena v skupino nepolnjenih polarnih aminokislin in je bila prva odkrita aminokislina, kar se je zgodilo leta 1806, kjer so jo francoski kemiki Vauquelin in Robiquet izolirali iz soka špargljev (nekakšne zelnate rastline).

Kemična zgradba aminokisline Asparagin (Vir: Borb, prek Wikimedia Commons)

Kljub zgodnjemu odkritju biološka in prehranska vloga asparagina ni bila priznana šele več kot 100 let kasneje, ko je bila leta 1932 potrjena njegova prisotnost v strukturi beljakovin, prisotnih v konopljinih semenih.

Asparagin in glutamin sta substrata amidnim skupinam dveh zelo pogostih aminokislin v beljakovinah: aspartat (asparaginska kislina) in glutamat (glutaminska kislina). Asparagin in glutamin se v teh aminokislinah zlahka hidrolizirata z encimskim delovanjem ali s kislimi in bazičnimi spojinami.

Številni encimi serinske proteaze, ki hidrolizirajo peptidne vezi, imajo aspargin v stranski verigi njihovega aktivnega mesta. Ta ostanek ima delni negativni naboj in je odgovoren za komplementarno vezavo s pozitivnim nabojem ciljnih peptidov in jih približa mestu cepitve.

Encim, odgovoren za sintezo oksaloacetata iz asparagina, se uporablja pri kemoterapevtskih zdravljenjih in je znan kot L-asparaginaza, ki je odgovoren za kataliziranje hidrolizne fragmentacije amidne skupine asparagina v aspartat in amonij.

Asparaginaza je prekomerno izražena in očiščena iz bakterije Escherichia coli, ki jo je treba injicirati otrokom z akutno limfoblastično levkemijo, saj so normalni in maligni limfociti odvisni od zajemanja asparagina v krvi za njihovo rast in razmnoževanje.

Značilnosti in struktura

Vse kemijske strukture aminokislin imajo karboksilno skupino (-COOH), amino skupino (-NH3 +), vodik (-H) in R skupino ali substituent, ki so vezani na isti osrednji atom ogljika, znan kot ogljik. α.

Aminokisline se med seboj razlikujejo po identiteti svojih stranskih verig, ki jih poznamo kot R skupine in ki se lahko razlikujejo po velikosti, zgradbi, funkcionalnih skupinah in celo električnem naboju.

Ogljikovi atomi R skupin so označeni s črkami grške abecede. Tako so v primeru asparagina ogljika R verige označeni kot β in γ ogljika.

Glede na druge vrste nomenklatur je atom ogljika v karboksilni skupini (-COOH) naveden kot C-1, tako da bi, če nadaljujemo s oštevilčenjem, ogljik α-C-2 in tako naprej.

Molekula asparagin ima štiri atome ogljika, vključno z α-ogljikom, ogljikom karboksilne skupine in dvema ogljikovima atomoma, ki sta del R skupine, znane kot karboksamid (-CH2-CO-NH2).

Ta skupina karboksamidov najdemo le v dveh aminokislinah: v asparaginu in glutaminu. Ima značilnost, da lahko zelo enostavno tvori vodikove vezi prek amino skupine (-NH2) in karbonilne skupine (-CO).

Razvrstitev

Asparagin spada v skupino nepolnjenih polarnih aminokislin, ki so zelo topne v vodi in zelo hidrofilne aminokisline (zaradi svoje sposobnosti tvorjenja več vodikovih vezi).

Serin, treonin, cistein in glutamin najdemo tudi v skupini neizpolnjenih polarnih aminokislin. Vse to so "zwitterionske" spojine, saj imajo v R verigi polarno skupino, ki prispeva k nevtralizaciji nabojev.

Vse neizpolnjene polarne aminokisline se ne ionizirajo pri pH blizu 7 (nevtralni), torej nimajo pozitivnih ali negativnih nabojev. Vendar pa v kislih in bazičnih medijih substituenti ionizirajo in pridobijo naboj.

Stereokemija

Osrednji ogljik ali α ogljik aminokislin je kiralni ogljik, zato ima pritrjene štiri različne substituente, kar pomeni, da sta za vsako aminokislino vsaj dva ločljiva stereoizomera.

Stereoizomeri so zrcalne slike molekule, ki imajo enako molekularno formulo, vendar se med seboj ne dajo medsebojno uporabljati, tako kot roke (levo in desno). Označujemo jih s črko D ali L, saj eksperimentalno raztopine teh aminokislin vrtijo ravnino polarizirane svetlobe v nasprotne smeri.

Splošna asimetrija aminokislin ima stereokemijo teh spojin velikega pomena, saj ima vsaka različne lastnosti, se sintetizira in sodeluje na različnih presnovnih poteh.

Asparagin lahko najdemo v obliki D-asparagin ali L-asparagin, pri čemer je slednja najpogostejša v naravi. Sintetizira ga L-asparagin sintetaza in presnavlja L-asparaginaza, oba encima sta v jetrih vretenčarjev zelo bogata.

Lastnosti

Enostavnost vezave asparagina z vodikom je ključna aminokislina za strukturno stabilnost beljakovin, saj lahko tvori notranje vodikove vezi s stranskimi verigami drugih aminokislin, ki jih sestavljajo.

Asparagin običajno najdemo na površini tipičnih beljakovin v vodnem mediju, ki stabilizirajo njihovo strukturo.

Številni glikoproteini se lahko pritrdijo na ogljikove hidrate ali ogljikove hidrate z ostanki asparagina, treonina ali serina. V primeru asparagina je acetil galaktozamin na splošno najprej vezan na amino skupino z N-glikozilacijo.

Pomembno je opozoriti, da so ogljikovi hidrati v vseh N-glikoziliranih glikoproteinih pritrjeni z ostankom asparagina, ki ga najdemo na posebnem območju, označenem kot Asn-X-Ser / Thr, kjer je X vsaka aminokislina.

Ti glikoproteini so sestavljeni v endoplazmatskem retikulu, kjer so glikozilirani, ko so prevedeni.

Biosinteza

Vsi evkariontski organizmi absorbirajo amonijak in ga pretvorijo v glutamat, glutamin, karbamil fosfat in asparagin. Asparagin lahko sintetiziramo iz glikolitičnih intermediatov, v ciklu citronske kisline (iz oksaloacetata) ali iz predhodnih sestavin, zaužitih v prehrani.

Encim asparagin sintetaza je glutamin in od ATP odvisna amidotransferaza, ki cepi ATP na AMP in anorganski pirofosfat (PPi) in uporablja amoniak ali glutamin za kataliziranje amidacijske reakcije in pretvorbo aspartata v asparagin.

Tako bakterije kot živali imajo aspargin sintetazo, vendar pri bakterijah encim uporablja amonijev ion kot darovalec dušika, medtem ko pri sesalcih asparagin sintetaza kot glavni darovalec dušikove skupine uporablja glutamin.

Encimatska razgradnja molekule ATP na AMP in anorganski pirofosfat (PPi) skupaj z glutaminom kot darovalcem amidne skupine sta glavni razliki glede biosinteze L-glutamina med različnimi organizmi.

Degradacija

Večina raziskav o presnovi asparagina je bila izvedenih v rastlinah, saj je sprva študije pri sesalcih oviralo pomanjkanje dovolj občutljivih metodologij za preskuse aminokislin na ravni kompleksnejših sistemov.

L-asparagin se v sesalcih nenehno hidrolizira z L-asparaginazo, da nastane asparaginska kislina in amonij. Uporablja se za sintezo glikoproteinov in je eden glavnih predhodnikov oksaloacetata za cikel citronske kisline.

Encim asparaginaza katalizira hidrolizo asparagina v aspartat, nato se aspartat transaminira z α-ketoglutaratom, da nastane glutamat in oksaloacetat.

Asparagin sintetaza, znana tudi kot aspartat-amonijska ligaza, najdemo obilno v možganskih celicah odraslih sesalcev.

Ko zaznamo nizko raven tega encima v telesu, nastane tako imenovano "aminoacidopathies", saj se substrati predhodnika kopičijo v citoplazmi možganskih celic.

Živila, bogata z asparaginom

Ljudje z akutno limfoblastično levkemijo ponavadi primanjkljajo encim asparagin sintetazo in so odvisni od kroženja asparagina, zato priporočamo prehrano, bogato z asparaginom ali eksogeno preskrbo z asparaginom.

Med številnimi živili z veliko vsebnostjo asparagina spadajo školjke, perutnina in njihova jajca, goveje govedo, mlečni izdelki in njihovi derivati ​​ter zelenjava, kot so šparglji, krompir, gomolji itd.

Obstajajo koncentrati L-asparagin, ki so oblikovani za zelo tekmovalne športnike, saj njihovo uživanje pomaga pri regeneraciji beljakovin, ki sestavljajo tkiva.

Poleg tega ljudje, ki imajo pomanjkanje sinteze aminokislin, jemljejo tudi te tablete, da se izognejo motnjam v svojem centralnem živčnem sistemu.

Asparagin je lažje presnavljati v obliki L-asparagina, saj veliko encimov, ki sodelujejo v njegovem metabolizmu, ne prepozna oblike D-asparagina in zato niso vsi asparagini, ki jih zaužijemo v hrani, na voljo za različne telesni procesi.

Obilen vnos asparagina je lahko koristen, vendar je priporočljivo, da ga ne zaužijemo v preveliki obliki v obliki tablet, saj je bilo ugotovljeno, da obilne koncentracije L-asparagina iz zdravil povečajo razvoj tumorskih celic.

Reference

1. Cooney, DA, Capizzi, RL in Handschumacher, RE (1970). Vrednotenje presnove L-asparagina pri živalih in človeku. Raziskave raka, 30 (4), 929–935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ in Even, HL (1976). Uporaba D-asparagina s Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Napredek presnove asparagina. V teku v botaniki Vol. 79 (str. 49–74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., in Kornfeld, S. (1985). Sestavljanje oligosaharidov, povezanih z asparaginom. Letni pregled biokemije, 54 (1), 631–664
5. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokemija. Pearsonova vzgoja.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). l-Asparagin. Acta Crystallographica Oddelek E: Poročila o strukturi v spletu, 63 (9), 3802-3803.