ASPARAGÍN: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE, BIOSYNTÉZA - BIOLÓGIE - 2025

Asparagín (Asn alebo N), je dôležitou aminokyselinou pre bunkové signalizáciu a väzby medzi proteínmi a sacharidy. Je to jedna z 22 bázických aminokyselín a je klasifikovaná ako nepodstatná, pretože je syntetizovaná v tele cicavcov.

Táto aminokyselina je zaradená do skupiny nenabitých polárnych aminokyselín a bola prvou objavenou aminokyselinou, čo sa stalo v roku 1806, keď ju francúzski chemici Vauquelin a Robiquet izolovali zo šťavy špargle (druhu bylinnej rastliny).

Chemická štruktúra aminokyseliny asparagín (zdroj: Borb, cez Wikimedia Commons)

Napriek jej skorému objavu nebola biologická a nutričná úloha asparagínu uznaná až o viac ako 100 rokov neskôr, keď bola v roku 1932 potvrdená jej prítomnosť v štruktúre proteínu prítomného v konopných semenách.

Asparagín a glutamín slúžia ako substráty pre amidové skupiny dvoch ďalších veľmi bežných aminokyselín v proteínoch: aspartát (kyselina asparágová) a glutamát (kyselina glutámová). Asparagín a glutamín sa na tieto aminokyseliny ľahko hydrolyzujú enzymatickým pôsobením alebo kyslými a zásaditými zlúčeninami.

Mnoho enzýmov serínovej proteázy, ktoré hydrolyzujú peptidové väzby, má asparagín na bočnom reťazci svojho aktívneho miesta. Tento zvyšok má čiastočný negatívny náboj a je zodpovedný za väzbu komplementárnym spôsobom s pozitívnym nábojom cieľových peptidov, ktorý ich privádza bližšie k miestu štiepenia.

Enzým zodpovedný za syntézu oxaloacetátu z asparagínu sa používa pri chemoterapeutickej liečbe a je známy ako L-asparagináza, ktorá je zodpovedná za katalyzovanie hydrolytickej fragmentácie amidovej skupiny asparagínu na aspartát a amoniak.

Asparagináza je nadmerne exprimovaná a purifikovaná z Escherichia coli, ktorá sa má podávať deťom s akútnou lymfoblastickou leukémiou, pretože normálne aj malígne lymfocyty závisia od zachytenia asparagínu v krvi, čo sa týka ich rastu a množenia.

Charakteristiky a štruktúra

Všetky chemické štruktúry aminokyselín majú karboxylovú skupinu (-COOH), aminoskupinu (-NH3 +), vodík (-H) a skupinu R alebo substituent, ktoré sú pripojené k rovnakému centrálnemu atómu uhlíka, označovanému ako uhlík. α.

Aminokyseliny sa navzájom líšia identitou svojich bočných reťazcov, ktoré sú známe ako skupiny R a ktoré sa môžu meniť veľkosťou, štruktúrou, funkčnými skupinami a dokonca aj elektrickým nábojom.

Atómy uhlíka skupín R sú označené písmenami gréckej abecedy. Takže v prípade asparagínu sú uhlíky R reťazca označené ako p a y uhlíky.

Podľa iných typov nomenklatúr je atóm uhlíka v karboxylovej skupine (-COOH) uvedený ako C-1, takže pokračovaním v číslovaní by a-uhlík bol C-2 atď.

Asparagínová molekula má štyri atómy uhlíka, vrátane a-uhlíka, uhlíka karboxylovej skupiny a dvoch atómov uhlíka, ktoré sú súčasťou skupiny R, známe ako karboxamid (-CH2-CO-NH2).

Táto karboxamidová skupina sa nachádza iba v dvoch aminokyselinách: v asparagíne a glutamíne. Je charakteristické, že môže veľmi ľahko vytvárať vodíkové väzby cez aminoskupinu (-NH2) a karbonylovú skupinu (-CO).

klasifikácia

Asparagín patrí do skupiny nenabitých polárnych aminokyselín, ktoré sú vysoko rozpustné vo vode a vysoko hydrofilné aminokyseliny (vďaka svojej schopnosti vytvárať viacnásobné vodíkové väzby).

Serín, treonín, cysteín a glutamín sa tiež nachádzajú v skupine nenabitých polárnych aminokyselín. Všetky tieto zlúčeniny sú „zwitteriónové“ zlúčeniny, pretože majú vo svojom R reťazci polárnu skupinu, ktorá prispieva k neutralizácii nábojov.

Všetky nenabité polárne aminokyseliny nie sú ionizovateľné pri pH blízkom 7 (neutrálne), to znamená, že nemajú kladné ani záporné náboje. Avšak v kyslom a zásaditom prostredí substituenty ionizujú a získavajú náboj.

stereochémia

Centrálny uhlík alebo a uhlík aminokyselín je chirálny uhlík, preto má pripojené štyri rôzne substituenty, čo znamená, že pre každú aminokyselinu existujú najmenej dva rozlíšiteľné stereoizoméry.

Stereoizoméry sú zrkadlové obrazy molekuly, ktoré majú rovnaký molekulový vzorec, ale nie sú vzájomne prekrývateľné, rovnako ako ruky (vľavo a vpravo). Označujú sa písmenom D alebo L, pretože roztoky týchto aminokyselín experimentálne otáčajú rovinou polarizovaného svetla v opačných smeroch.

Všeobecná asymetria aminokyselín robí stereochémiu týchto zlúčenín veľmi dôležitou, pretože každá z nich má odlišné vlastnosti, je syntetizovaná a zúčastňuje sa na rôznych metabolických cestách.

Asparagín možno nájsť vo forme D-asparagínu alebo L-asparagínu, pričom posledne uvedený je najbežnejšou prírodou. Je syntetizovaný L-asparagínsyntetázou a metabolizovaný L-asparaginázou, oba enzýmy sú v pečeni stavovcov veľmi bohaté.

Vlastnosti

Ľahkosť vodíkovej väzby asparagínu z neho robí rozhodujúcu aminokyselinu pre štrukturálnu stabilitu proteínov, pretože môže tvoriť vnútorné vodíkové väzby s bočnými reťazcami iných aminokyselín, ktoré ich tvoria.

Asparagín sa zvyčajne nachádza na povrchu typických proteínov vo vodnom prostredí, čím sa stabilizuje jeho štruktúra.

Mnoho glykoproteínov sa môže viazať na uhľohydráty alebo uhľohydráty prostredníctvom zvyšku asparagínu, treonínu alebo serínu. V prípade asparagínu je acetyl-galaktozamín všeobecne najskôr pripojený k aminoskupine N-glykozyláciou.

Je dôležité poznamenať, že vo všetkých N-glykozylovaných glykoproteínoch sa na ne sacharidy viažu cez asparagínový zvyšok, ktorý sa nachádza v špecifickej oblasti označovanej ako Asn-X-Ser / Thr, kde X je akákoľvek aminokyselina.

Tieto glykoproteíny sa zhromažďujú v endoplazmatickom retikule, kde sú glykozylované pri translácii.

biosyntéza

Všetky eukaryotické organizmy asimilujú amoniak a transformujú ho na glutamát, glutamín, karbamylfosfát a asparagín. Asparagín sa môže syntetizovať z glykolytických medziproduktov, v cykle kyseliny citrónovej (z oxaloacetátu) alebo z prekurzorov konzumovaných v potrave.

Enzým asparagínsyntetáza je amidotransferáza závislá od glutamínu a ATP, ktorá štiepi ATP na AMP a anorganický pyrofosfát (PPi) a používa amoniak alebo glutamín na katalyzovanie amidačnej reakcie a premenu aspartátu na asparagín.

Baktérie aj zvieratá majú asparagínsyntetázu, avšak v baktériách enzým využíva amónny ión ako donor dusíka, zatiaľ čo u cicavcov používa asparagínsyntetáza glutamín ako hlavný darca dusíkovej skupiny.

Enzymatické štiepenie molekuly ATP na AMP a anorganický pyrofosfát (PPi), spolu s glutamínom ako donorom amidovej skupiny, sú hlavné rozdiely, pokiaľ ide o biosyntézu L-glutamínu medzi rôznymi organizmami.

degradácia

Väčšina štúdií o metabolizme asparagínu sa uskutočňovala na rastlinách, pretože pôvodne boli štúdie na cicavcoch brzdené nedostatkom dostatočne citlivých metodík na testy aminokyselín na úrovni komplexnejších systémov.

L-asparagín sa u cicavcov neustále hydrolyzuje pomocou L-asparaginázy za vzniku kyseliny asparágovej a amoniaku. Používa sa na syntézu glykoproteínov a je jedným z hlavných oxaloacetátových prekurzorov pre cyklus kyseliny citrónovej.

Enzým asparagináza katalyzuje hydrolýzu asparagínu na aspartát, potom sa aspartát transaminuje a-ketoglutarátom za vzniku glutamátu a oxaloacetátu.

Asparagínsyntetáza, známa tiež ako aspartát-amoniaková ligáza, sa hojne nachádza v dospelých mozgových bunkách cicavcov.

Keď sú v tele vnímané nízke hladiny tohto enzýmu, vytvára sa tzv. Aminoacidopatia, pretože prekurzorové substráty sa akumulujú v cytoplazme mozgových buniek.

Potraviny bohaté na asparagín

Ľudia s akútnou lymfoblastickou leukémiou majú obvykle nedostatky v enzýme asparagínsyntetáza a sú závislí od cirkulujúceho asparagínu, preto sa odporúča strava bohatá na asparagín alebo jej exogénny prísun.

Medzi veľa potravín s vysokým obsahom asparagínu patria mäkkýše, hydina a ich vajcia, hovädzí dobytok, mliečne výrobky a ich deriváty a zelenina, ako je špargľa, zemiaky, hľuzy atď.

Existujú koncentráty L-asparagínu, ktoré sú určené pre vysoko konkurenčných športovcov, pretože ich spotreba pomáha regenerovať bielkoviny, ktoré tvoria tkanivá.

Okrem toho ľudia, ktorí majú nedostatok syntézy aminokyselín, tieto tablety užívajú, aby sa predišlo poruchám v ich centrálnom nervovom systéme.

Asparagín sa ľahšie metabolizuje prostredníctvom svojej L-asparagínovej formy, pretože mnoho enzýmov zapojených do jeho metabolizmu nerozpoznáva D-asparagínovú formu, a preto nie je všetok asparagín prijímaný v potrave k dispozícii pre rôzne telové procesy.

Bohatý príjem asparagínu môže byť prospešný, ale neodporúča sa jeho konzumácia v prebytku vo forme tabliet, pretože sa zistilo, že bohaté koncentrácie L-asparagínu v liekoch zvyšujú vývoj nádorových buniek.

Referencie

1. Cooney, DA, Capizzi, RL a Handschumacher, RE (1970). Hodnotenie metabolizmu L-asparagínu u zvierat a ľudí. Cancer Research, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, a Even, HL (1976). Využitie D-asparagínu pomocou Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999 - 1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Pokroky v metabolizme asparagínu. Ingress in Botany Vol. 79 (str. 49-74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., & Kornfeld, S. (1985). Zostavenie oligosacharidov spojených s asparagínom. Ročný prehľad o biochémii, 54 (1), 631-664
5. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biochémie. Pearson Education.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerove princípy biochémie. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., a Yokoyama, S. (2007). L-asparagín. Acta Crystallographica, oddiel E: Štruktúrne správy online, 63 (9), 3802-3803.