Transaminácia je typ chemickej reakcie, ktorá pracuje v "redistribúciu" aminoskupín z aminokyselín, pretože zahŕňa vratné deje amináciou (prídavok amínové skupiny) a deaminácii (odstránenie aminoskupiny), ktoré sú katalyzované špecifické enzýmy známe ako transaminázy alebo aminotransferázy.
Všeobecná transaminačná reakcia zahŕňa výmenu medzi aminokyselinou a akoukoľvek a-keto kyselinou, pričom výmena aminoskupiny vedie ketoacidovú verziu prvej aminokyseliny substrátu a aminokyselinovú verziu prvého substrátu a-ketokyseliny.
Grafická schéma aminotransferovej reakcie medzi aminokyselinou a alfa-keto kyselinou (Zdroj: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Aminoskupina, ktorá sa zvyčajne vymieňa, je „alfa“ aminoskupina, to znamená tá, ktorá sa podieľa na tvorbe peptidových väzieb a ktorá definuje štruktúru aminokyselín, aj keď sa môžu vyskytnúť aj reakcie zahŕňajúce iné aminoskupiny prítomné v rôznych polohách. ,
S výnimkou lyzínu, treonínu, prolínu a hydroxyprolínu sa všetky transminačné reakcie zúčastňujú všetky aminokyseliny, hoci transaminázy sú opísané pre histidín, serín, metionín a fenylalanín, ale ich metabolické dráhy tento typ nezahŕňajú. reakcií.
Transaminačné reakcie medzi aminokyselinami a a-keto kyselinami boli objavené v roku 1937 Braunsteinom a Kritzmannom a odvtedy boli predmetom intenzívnych štúdií, ktoré sa vyskytujú v mnohých tkanivách rôznych organizmov a na rôzne účely.
Napríklad u ľudí sú transaminázy široko distribuované v telesných tkanivách a sú obzvlášť aktívne v tkanive srdcového svalu, pečeni, tkanive kostrového svalu a obličkách.
Mechanizmus reakcie
Transaminačné reakcie zahŕňajú viac-menej rovnaký mechanizmus. Ako už bolo uvedené vyššie, tieto reakcie sa vyskytujú ako reverzibilná výmena aminoskupiny medzi aminokyselinou a a-keto kyselinou (deaminovaná) za vzniku a-keto kyseliny donorovej aminokyseliny a aminokyseliny receptora a-keto kyseliny.
Tieto reakcie závisia od zlúčeniny známej ako pyridoxal fosfát, derivátu vitamínu B6, ktorý sa podieľa ako transportér aminoskupín a ktorý sa viaže na transaminázové enzýmy tvorbou Schiffovej bázy medzi aldehydovou skupinou tejto molekuly. a e-amino lyzínového zvyšku v aktívnom mieste enzýmu.
Väzba medzi pyridoxalfosfátom a lyzínovým zvyškom v aktívnom mieste nie je kovalentná, ale nastáva prostredníctvom elektrostatickej interakcie medzi kladným nábojom dusíka na lyzíne a záporným nábojom na fosfátovej skupine pyridoxalu.
V priebehu reakcie aminokyselina, ktorá funguje ako substrát, vytlačí e-aminoskupinu lyzínového zvyšku v aktívnom mieste, ktoré sa podieľa na Schiffovej báze pyridoxalom.
Medzitým sa pár elektrónov z alfa uhlíka aminokyseliny odstráni a prenesie sa na pyridínový kruh, ktorý tvorí pyridoxal fosfát (pozitívne nabitý) a potom sa „doručí“ do a-keto kyseliny, ktorá funguje ako druhý substrát.
Týmto spôsobom sa pyridoxalfosfát nielen zúčastňuje na prenose alebo transporte aminokyselín medzi aminokyselinami a a-ketoacidmi, ktoré sú substrátmi transamináz, ale pôsobí aj ako „výlevka“ elektrónov, čo uľahčuje disociáciu vodík alfa aminokyseliny.
Stručne povedané, prvý substrát, aminokyselina, prevádza svoju aminoskupinu na pyridoxalfosfát, z ktorého sa následne prenáša na druhý substrát, a-keto kyselinu, pričom medzitým vytvára medziprodukt známu ako pyridoxamínfosfát.
Funkcia transaminácie
Enzýmy transaminázy sa všeobecne nachádzajú v cytozole a mitochondriách a fungujú pri integrácii rôznych metabolických ciest.
Napríklad glutamátdehydrogenáza môže pri svojej reverznej reakcii premieňať glutamát na amónny, NADH (alebo NADPH) a a-ketoglutarát, ktorý môže vstúpiť do cyklu kyseliny trikarboxylovej a fungovať na výrobu energie.
Tento enzým, ktorý je v mitochondriálnej matrici, predstavuje vetviaci bod, ktorý spája aminokyseliny s energetickým metabolizmom, takže keď bunke chýba dostatok energie vo forme uhľohydrátov alebo tukov na fungovanie, môže alternatívne použiť niektoré aminokyseliny na rovnaký účel.
Tvorba enzýmu (glutamát dehydrogenázy) počas vývoja mozgu je nevyhnutná na kontrolu detoxikácie amónia, pretože sa ukázalo, že niektoré prípady mentálnej retardácie súvisia s nízkou aktivitou, čo vedie k nahromadenie amónia, ktoré škodí zdraviu mozgu.
V niektorých pečeňových bunkách sa môžu transaminačné reakcie použiť aj na syntézu glukózy glukoneogenézou.
Glutamín sa premieňa enzýmom glutamináza na glutamát a amónium. Ďalej sa glutamát premení na a-ketoglutarát, ktorý vstupuje do Krebsovho cyklu a potom glukoneogenézy. Tento posledný krok nastáva vďaka skutočnosti, že malát, jeden z produktov trasy, sa dopravuje kyvadlovou dopravou z vonkajšej strany mitochondrií.
Tento čln opúšťa a-ketoglutarát na milosrdenstvo jablčného enzýmu, ktorý ho premieňa na pyruvát. Glukoneogenézou sa môžu potom konvertovať dve molekuly pyruvátu na jednu molekulu glukózy.
Príklady
Najbežnejšie transaminačné reakcie súvisia s aminokyselinami alanín, kyselina glutámová a kyselina asparágová.
Niektoré enzýmy aminotransferázy môžu okrem pyridoxal fosfátu používať pyruvát ako „koenzým“, ako je to v prípade glutamát-pyruvát transaminázy, ktorá katalyzuje nasledujúcu reakciu:
glutamát + pyruvát ↔ alanín + a-ketoglutarát
Svalové bunky závisia od tejto reakcie na produkcii alanínu z pyruvátu a získaní energie prostredníctvom Krebsovho cyklu prostredníctvom a-ketoglutarátu. V týchto bunkách závisí použitie alanínu ako zdroja energie na eliminácii aminoskupín, ako sú amónne ióny v pečeni, cyklom močoviny.
Alanínová transaminačná reakcia (Zdroj: Tomas Drab prostredníctvom Wikimedia Commons)
Ďalšou veľmi dôležitou transaminačnou reakciou u rôznych druhov je reakcia katalyzovaná enzýmom aspartátaminotransferáza:
L-aspartát + a-ketoglutarát ↔ oxaloacetát + L-glutamát
V neposlednom rade transaminačná reakcia kyseliny y-aminomaslovej (GABA), neproteínovej aminokyseliny nevyhnutnej pre centrálny nervový systém, ktorá funguje ako inhibičný neurotransmiter. Reakcia je katalyzovaná transaminázou kyseliny y-aminomaslovej a je viac-menej nasledovná:
α-Ketoglutarát + kyselina 4-aminobutánová ↔ Glutamát + jantárový semialdehyd
Jantárový semialdehyd sa oxidačnou reakciou premieňa na kyselinu jantárovú a táto môže vstúpiť do Krebsovho cyklu na výrobu energie.
Referencie
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Metabolizmus bielkovín a aminokyselín. Medical Biochemistry (4. vydanie), Academic Press: San Diego, CA, USA, 331.
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950). Rozsah transmisnej reakcie v živočíšnych tkanivách. Journal of Biological Chemistry, 187, 439 - 452.
- Ha, CE a Bhagavan, NV (2011). Základy lekárskej biochémie: s klinickými prípadmi. Academic Press.
- Litwack, G. (2017). Ľudská biochémia. Academic Press.
- Rowsell, EV (1956). Transaminácie s pyruvátom a inými a-keto kyselinami. Biochemical Journal, 64 (2), 246.
- Snell, EE a Jenkins, WT (1959). Mechanizmus transaminačnej reakcie. Journal of celulárna a porovnávacia fyziológia, 54 (S1), 161-177.