Transaminacijo je vrsta kemijske reakcije, ki deluje v "prerazporeditvijo" od amino skupin iz aminokislin, saj vključuje reverzibilna sprememba aminacijo (dodajanje amino skupine) in deaminacijo (odstranitev amino skupine), ki katalizira specifični encimi, znani kot transaminaze ali aminotransferaze.
Splošna reakcija transaminacije vključuje izmenjavo med aminokislino in katero koli α-keto kislino, pri čemer izmenjava amino skupine prinese ketokislinsko različico prve substinske aminokisline in aminokislinsko različico prve substrata α-keto kisline.
Grafična shema reakcije aminotransferja med aminokislino in alfa-keto kislino (Vir: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Amino skupina, ki se običajno izmenjuje, je "alfa" amino, torej tista, ki sodeluje pri tvorbi peptidnih vezi in ki definira strukturo aminokislin, čeprav se lahko pojavijo tudi reakcije drugih aminokislin, prisotnih na različnih položajih. .
Z izjemo lizina, treonina, prolina in hidroksiprolina vse aminokisline sodelujejo v reakcijah transaminacije, čeprav so bile transaminaze opisane za histidin, serin, metionin in fenilalanin, vendar njihove presnovne poti te vrste ne vključujejo. reakcij.
Reakcije transaminacije med aminokislinami in α-keto kislinami sta leta 1937 odkrila Braunstein in Kritzmann, od takrat pa sta predmet intenzivnih študij, saj se pojavljata v številnih tkivih različnih organizmov in za različne namene.
Na primer, pri ljudeh so transaminaze široko porazdeljene v telesnih tkivih in so še posebej aktivne v srčnem mišičnem tkivu, jetrih, skeletnem mišičnem tkivu in ledvicah.
Reakcijski mehanizem
Reakcije transaminacije vključujejo bolj ali manj enak mehanizem. Kot smo že omenili, se te reakcije pojavljajo kot reverzibilna izmenjava amino skupine med aminokislino in α-keto kislino (deaminirano), pri čemer nastane α-keto kislina donorjeve aminokisline in aminokislina receptorja α-keto kisline.
Te reakcije so odvisne od spojine, znane kot piridoksal fosfat, derivata vitamina B6, ki sodeluje kot prenašalec amino skupin in se veže na encime transaminaze s tvorbo Schiffove baze med aldehidno skupino te molekule. in ε-amino lizinskega ostanka na aktivnem mestu encima.
Veza med piridoksal fosfatom in ostankom lizina na aktivnem mestu ni kovalentna, ampak nastane skozi elektrostatično interakcijo med pozitivnim nabojem dušika na lizinu in negativnim nabojem na fosfatni skupini piridoksala.
Med reakcijo aminokislina, ki deluje kot substrat, izbriše ε-amino skupino lizinskega ostanka na aktivnem mestu, ki sodeluje v Schiffovi bazi s piridoksalom.
Medtem se par elektronov iz alfa ogljika aminokisline odstrani in prenese v piridinski obroč, ki sestavlja piridoksal fosfat (pozitivno nabit) in nato "dostavljen" α-keto kislini, ki deluje kot drugi substrat.
Na ta način piridoksalni fosfat ne sodeluje le pri prenosu ali transportu aminokislin med aminokislinami in α-ketokislinami, ki so substrati transaminaz, ampak deluje tudi kot "potop" elektronov, kar olajša disociacijo alfa aminokislina vodik.
Če povzamemo, prvi substrat, aminokislina, prenese svojo amino skupino v piridoksalni fosfat, od koder se nato prenese na drugi substrat, α-keto kislino, ki medtem tvori vmesno spojino, znano kot piridoksamin fosfat.
Funkcija transaminacije
Encimi transaminaze se običajno nahajajo v citosolu in mitohondrijih in delujejo pri integraciji različnih presnovnih poti.
Na primer, glutamat dehidrogenaza lahko v svoji obratni reakciji pretvori glutamat v amonij, NADH (ali NADPH) in α-ketoglutarat, ki lahko vstopi v cikel trikarboksilne kisline in deluje pri proizvodnji energije.
Ta encim, ki je v mitohondrijskem matriksu, predstavlja vejo točko, ki povezuje aminokisline z energijsko presnovo, tako da ko celici primanjkuje dovolj energije v obliki ogljikovih hidratov ali maščob, da lahko deluje, lahko alternativno uporabi nekaj aminokisline za isti namen.
Tvorba encima (glutamat dehidrogenaza) med razvojem možganov je bistvenega pomena za nadzor razstrupljanja amonijaka, saj je bilo dokazano, da imajo nekateri primeri duševne zaostalosti povezane z nizko aktivnostjo tega, kar vodi v Nakup amonija, ki škoduje zdravju možganov.
V nekaterih jetrnih celicah lahko reakcije transaminacije uporabimo tudi za sintezo glukoze z glukoneogenezo.
Glutamin se z encimom glutaminazo pretvori v glutamat in amonij. Nato se glutamat pretvori v α-ketoglutarat, ki vstopi v Krebsov cikel in nato glukoneogeneza. Zadnji korak se zgodi zaradi dejstva, da se malat, eden od produktov poti, z avtobusom prevaža na zunaj mitohondrij.
Ta shuttle pušča α-ketoglutarat na milost in nemilost zlonamerni encim, ki ga pretvori v piruvat. Dve molekuli piruvata se lahko nato z glukoneogenezo pretvorita v eno molekulo glukoze.
Primeri
Najpogostejše reakcije transaminacije so povezane z aminokislinami alaninom, glutaminsko kislino in asparaginsko kislino.
Nekateri aminotransferazni encimi lahko poleg piridoksal fosfata piruvat uporabljajo tudi kot "koencim", kot je glutamat-piruvat transaminaza, ki katalizira naslednjo reakcijo:
glutamat + piruvat ↔ alanin + α-ketoglutarat
Mišične celice so odvisne od te reakcije, da proizvajajo alanin iz piruvata in pridobivajo energijo v Krebsovem ciklu skozi α-ketoglutarat. V teh celicah je uporaba alanina kot vira energije odvisna od izločanja amino skupin kot amonijevih ionov v jetrih skozi cikel sečnine.
Reakcija transkripcije z alaninom (Vir: Tomas Drab prek Wikimedia Commons)
Druga zelo pomembna reakcija transaminacije pri različnih vrstah je tista, ki jo katalizira encim aspartat aminotransferaza:
L-aspartat + α-ketoglutarat ↔ oksaloacetat + L-glutamat
Nenazadnje je reakcija transaminacije γ-amino-maslene kisline (GABA), neproteinske aminokisline, ki je nujna za centralni živčni sistem, ki deluje kot zaviralni nevrotransmiter. Reakcija katalizira γ-amino-maslačna kislina transaminaza in je več ali manj naslednja:
α-ketoglutarat + 4-aminobutanojska kislina ↔ glutamat + jajčni polaldehid
Jajčni polaldehid se z oksidacijsko reakcijo pretvori v jantarno kislino in slednji lahko vstopi v Krebsov cikel za proizvodnjo energije.
Reference
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Presnova beljakovin in aminokislin. Medicinska biokemija (4. izd.), Academic Press: San Diego, Kalifornija, ZDA, 331.
- Cammarata, PS, Cohen, PP (1950). Obseg reakcije transaminacije v živalskih tkivih. Časopis za biološko kemijo, 187, 439–452.
- Ha, CE, & Bhagavan, NV (2011). Osnove medicinske biokemije: s kliničnimi primeri. Akademski tisk.
- Litwack, G. (2017). Človeška biokemija. Akademski tisk.
- Rowsell, EV (1956). Transaminacije s piruvatom in drugimi α-keto kislinami. Biochemical Journal, 64 (2), 246.
- Snell, EE in Jenkins, WT (1959). Mehanizem reakcije transaminacije. Časopis za celično in primerjalno fiziologijo, 54 (S1), 161-177.