Transaminowania jest typ reakcji chemicznej, która prowadzi do „redystrybucji” grup aminowych z aminokwasami, ponieważ obejmuje odwracalną procesów aminowanie (dodanie grupy aminowej) i deaminacji (usunięcie grupy aminowej), które są katalizowane specyficzne enzymy znane jako transaminazy lub aminotransferazy.
Ogólna reakcja transaminacji obejmuje wymianę między aminokwasem a dowolnym α-ketokwasem, w której wymiana grupy aminowej daje wersję ketokwasową pierwszego substratu - aminokwasu i wersję aminokwasową pierwszego substratu - α-ketokwasu.
Schemat graficzny reakcji aminotransferowej między aminokwasem a alfa-ketokwasem (źródło: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Grupa aminowa, która jest zwykle wymieniana, to grupa aminowa „alfa”, to znaczy ta, która bierze udział w tworzeniu wiązań peptydowych i określa strukturę aminokwasów, chociaż mogą również zachodzić reakcje z udziałem innych grup aminowych obecnych w różnych pozycjach. .
Z wyjątkiem lizyny, treoniny, proliny i hydroksyproliny, wszystkie aminokwasy uczestniczą w reakcjach transaminacji, chociaż transaminazy zostały opisane dla histydyny, seryny, metioniny i fenyloalaniny, ale ich szlaki metaboliczne nie obejmują tego typu. reakcji.
Reakcje transaminacji między aminokwasami i α-ketokwasami zostały odkryte w 1937 roku przez Braunsteina i Kritzmanna i od tego czasu są przedmiotem intensywnych badań, gdyż zachodzą w wielu tkankach różnych organizmów i mają różne cele.
Na przykład u ludzi transaminazy są szeroko rozpowszechnione w tkankach organizmu i są szczególnie aktywne w tkance mięśnia sercowego, wątrobie, tkance mięśni szkieletowych i nerkach.
Mechanizm reakcji
Reakcje transaminacji obejmują mniej więcej ten sam mechanizm. Jak omówiono powyżej, te reakcje zachodzą jako odwracalna wymiana grupy aminowej między aminokwasem a α-ketokwasem (deaminowanym), z wytworzeniem α-ketokwasu aminokwasu donorowego i aminokwasu receptora α-ketokwasu.
Reakcje te zależą od związku znanego jako fosforan pirydoksalu, pochodnej witaminy B6, która uczestniczy jako transporter grup aminowych i która wiąże się z enzymami transaminaz poprzez tworzenie zasady Schiffa między grupą aldehydową tej cząsteczki. i ε-amino reszty lizyny w miejscu aktywnym enzymu.
Wiązanie między fosforanem pirydoksalu i resztą lizyny w miejscu aktywnym nie jest kowalencyjne, ale zachodzi poprzez elektrostatyczne oddziaływanie między dodatnim ładunkiem azotu na lizynie i ujemnym ładunkiem na grupie fosforanowej pirydoksalu.
W trakcie reakcji aminokwas pełniący funkcję substratu wypiera grupę ε-aminową reszty lizyny w miejscu aktywnym uczestniczącym w zasadzie Schiffa z pirydoksalem.
W międzyczasie para elektronów z węgla alfa aminokwasu jest usuwana i przenoszona do pierścienia pirydynowego, który tworzy fosforan pirydoksalu (naładowany dodatnio), a następnie „dostarczany” do α-ketokwasu, który działa jako drugi substrat.
W ten sposób fosforan pirydoksalu nie tylko uczestniczy w przenoszeniu lub transporcie grup aminowych pomiędzy aminokwasami a α-ketokwasami, które są substratami transaminaz, ale działa również jako „pochłaniacz” elektronów, ułatwiając dysocjację alfa aminokwas wodór.
Podsumowując, pierwszy substrat, aminokwas, przenosi swoją grupę aminową do fosforanu pirydoksalu, skąd jest następnie przenoszony na drugi substrat, a-ketokwas, tworząc w międzyczasie związek pośredni znany jako fosforan pirydoksaminy.
Funkcja transaminacji
Enzymy transaminazy znajdują się na ogół w cytozolu i mitochondriach i uczestniczą w integracji różnych szlaków metabolicznych.
Na przykład dehydrogenaza glutaminianowa w swojej reakcji odwrotnej może przekształcić glutaminian w amon, NADH (lub NADPH) i α-ketoglutaran, który może wejść w cykl kwasu trikarboksylowego i działać w produkcji energii.
Ten enzym, który znajduje się w macierzy mitochondrialnej, reprezentuje punkt rozgałęzienia, który wiąże aminokwasy z metabolizmem energetycznym, tak że gdy komórce brakuje energii w postaci węglowodanów lub tłuszczów do funkcjonowania, może alternatywnie zużywać niektóre aminokwasy w tym samym celu.
Tworzenie enzymu (dehydrogenazy glutaminianowej) podczas rozwoju mózgu jest niezbędne do kontrolowania detoksykacji amonu, ponieważ wykazano, że niektóre przypadki upośledzenia umysłowego mają związek z jego niską aktywnością, co prowadzi do gromadzenie się amonu, które jest szkodliwe dla zdrowia mózgu.
W niektórych komórkach wątroby reakcje transaminacji można również wykorzystać do syntezy glukozy na drodze glukoneogenezy.
Glutamina jest przekształcana do glutaminianu i amonu przez enzym glutaminazę. Następnie glutaminian przekształca się w α-ketoglutaran, który wchodzi w cykl Krebsa, a następnie glukoneogenezę. Ten ostatni krok następuje dzięki temu, że jabłczan, jeden z produktów szlaku, jest transportowany na zewnątrz mitochondriów za pomocą promu.
Ten wahadłowiec pozostawia α-ketoglutaran na łasce enzymu jabłczanowego, który przekształca go w pirogronian. Dwie cząsteczki pirogronianu można następnie przekształcić w jedną cząsteczkę glukozy poprzez glukoneogenezę.
Przykłady
Najczęstsze reakcje transaminacji dotyczą aminokwasów alaniny, kwasu glutaminowego i kwasu asparaginowego.
Niektóre enzymy aminotransferaz mogą, oprócz fosforanu pirydoksalu, stosować pirogronian jako „koenzym”, jak ma to miejsce w przypadku transaminazy glutaminianowo-pirogronianowej, która katalizuje następującą reakcję:
glutaminian + pirogronian ↔ alanina + α-ketoglutaran
W zależności od tej reakcji komórki mięśniowe wytwarzają alaninę z pirogronianu i pozyskują energię poprzez cykl Krebsa poprzez α-ketoglutaran. W tych komórkach wykorzystanie alaniny jako źródła energii zależy od eliminacji grup aminowych w postaci jonów amonowych w wątrobie, poprzez cykl mocznikowy.
Reakcja transaminacji alaniną (źródło: Tomas Drab przez Wikimedia Commons)
Inną bardzo ważną reakcją transaminacji u różnych gatunków jest ta katalizowana przez enzym aminotransferazę asparaginianową:
L-asparaginian + α-ketoglutaran ↔ szczawiooctan + L-glutaminian
Wreszcie reakcja transaminacji kwasu γ-aminomasłowego (GABA), niebiałkowego aminokwasu niezbędnego dla ośrodkowego układu nerwowego, który działa jako hamujący neuroprzekaźnik. Reakcja jest katalizowana przez transaminazę kwasu γ-aminomasłowego i przebiega mniej więcej następująco:
α-ketoglutaran + kwas 4-aminobutanowy ↔ Glutaminian + semialdehyd bursztynowy
Semialdehyd bursztynowy przekształca się w kwas bursztynowy w wyniku reakcji utleniania, który może wejść do cyklu Krebsa w celu produkcji energii.
Bibliografia
- Bhagavan, NV i Ha, CE (2002). Metabolizm białek i aminokwasów. Medical Biochemistry (4. wyd.), Academic Press: San Diego, CA, USA, 331.
- Cammarata, PS i Cohen, PP (1950). Zakres reakcji transaminacji w tkankach zwierzęcych. Journal of Biological Chemistry, 187, 439–452.
- Ha, CE i Bhagavan, NV (2011). Podstawy biochemii medycznej: z przypadkami klinicznymi. Academic Press.
- Litwack, G. (2017). Biochemia człowieka. Academic Press.
- Rowsell, EV (1956). Transaminacje pirogronianem i innymi α-ketokwasami. Biochemical Journal, 64 (2), 246.
- Snell, EE i Jenkins, WT (1959). Mechanizm reakcji transaminacji. Journal of cellular and Comparative physiology, 54 (S1), 161-177.