На трансаминиране е вид химическа реакция, която работи в "преразпределение" на амино групи от аминокиселини, тъй като включва обратимо процеси аминиране (прибавяне на амино група) и деаминиране (отстраняване на амино група), която се катализира от специфични ензими, известни като трансаминази или аминотрансферази.
Общата реакция на трансаминиране включва обмен между аминокиселина и всякаква а-кетокиселина, където обмяната на аминогрупа дава кетокиселинната версия на първата субстратна аминокиселина и аминокиселинната версия на първия субстрат α-кетокиселина.
Графична схема на аминотрансферна реакция между аминокиселина и алфа-кетокиселина (Източник: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Аминогрупата, която обикновено се разменя, е "алфа" амино, тоест тази, която участва в образуването на пептидни връзки и която определя структурата на аминокиселините, въпреки че реакции, включващи други амино групи, присъстващи в различни позиции също могат да възникнат.,
С изключение на лизин, треонин, пролин и хидроксипролин, всички аминокиселини участват в трансаминационни реакции, въпреки че трансаминазите са описани за хистидин, серин, метионин и фенилаланин, но техните метаболитни пътища не включват този тип. на реакциите.
Реакциите на трансаминация между аминокиселини и α-кетокиселини са открити през 1937 г. от Браунщайн и Крицман и оттогава те са обект на интензивни проучвания, тъй като те се срещат в много тъкани на различни организми и за различни цели.
При хора, например, трансаминазите са широко разпространени в тъканите на тялото и са особено активни в сърдечната мускулна тъкан, черния дроб, скелетната мускулна тъкан и бъбреците.
Механизъм за реакция
Реакциите на трансаминация включват повече или по-малко един и същ механизъм. Както беше обсъдено по-рано, тези реакции протичат като обратима обмяна на аминогрупа между аминокиселина и α-кетокиселина (дезаминирана), като се получава α-кетокиселина на аминокиселината на донора и аминокиселината на рецептора на α-кетокиселината.
Тези реакции зависят от съединение, известно като пиридоксал фосфат, производно на витамин В6, което участва като преносител на амино групи и което се свързва с трансаминазните ензими чрез образуването на базата на Шиф между алдехидната група на тази молекула. и е-амино на лизинов остатък в активното място на ензима.
Връзката между пиридоксал фосфата и лизиновия остатък в активното място не е ковалентна, а се осъществява чрез електростатичното взаимодействие между положителния заряд на азот върху лизин и отрицателния заряд върху фосфатната група на пиридоксал.
В хода на реакцията аминокиселината, която функционира като субстрат, измества ε-амино групата на лизиновия остатък в активното място, което участва в основата на Шиф с пиридоксал.
Междувременно чифт електрони от алфа въглерода на аминокиселината се отстраняват и се прехвърлят в пиридиновия пръстен, който съставя пиридоксал фосфат (положително зареден) и след това се "доставят" на α-кетокиселината, която функционира като втори субстрат.
По този начин пиридоксал фосфатът не само участва в прехвърлянето или транспортирането на аминокиселини между аминокиселини и α-кетокиселини, които са субстрати на трансаминазите, но и действа като „потъване“ на електроните, улеснява дисоциацията на алфа аминокиселина водород.
В обобщение, първият субстрат, аминокиселина, прехвърля аминогрупата си в пиридоксал фосфат, откъдето впоследствие се прехвърля във втория субстрат, α-кетокиселина, образувайки междувременно междинно съединение, известно като пиридоксамин фосфат.
Функция на трансаминация
Трансаминазните ензими обикновено се намират в цитозола и митохондриите и функционират при интегрирането на различни метаболитни пътища.
Глутамат дехидрогеназата например в обратната си реакция може да преобразува глутамат в амоний, NADH (или NADPH) и α-кетоглутарат, които могат да влязат в цикъла на трикарбоксилната киселина и да функционират в производството на енергия.
Този ензим, който е в митохондриалната матрица, представлява точка на разклонение, която свързва аминокиселини с енергийния метаболизъм, така че когато на клетката липсва достатъчно енергия под формата на въглехидрати или мазнини, за да функционира, тя може да използва алтернативно някои аминокиселини за същата цел.
Образуването на ензима (глутаматдехидрогеназа) по време на развитието на мозъка е от съществено значение за контрола на детоксикацията на амония, тъй като е доказано, че някои случаи на умствена изостаналост имат връзка с ниска активност на това, което води до натрупване на амоний, което е вредно за здравето на мозъка.
В някои чернодробни клетки реакциите на трансаминация могат да се използват и за синтеза на глюкоза чрез глюконеогенеза.
Глутаминът се превръща в глутамат и амоний чрез ензима глутаминаза. След това глутаматът се превръща в α-кетоглутарат, който навлиза в цикъла на Кребс и след това глюконеогенеза. Тази последна стъпка се случва благодарение на факта, че малат, един от продуктите на маршрута, се транспортира до външната страна на митохондриите с помощта на совалка.
Тази совалка оставя α-кетоглутарат в полза на зловредния ензим, който го превръща в пируват. Две пируватни молекули могат след това да бъдат превърнати в една глюкозна молекула чрез глюконеогенеза.
Примери
Най-честите реакции на трансаминиране са свързани с аминокиселините аланин, глутаминова киселина и аспарагинова киселина.
Някои аминотрансферазни ензими могат, в допълнение към пиридоксал фосфата, да използват пируват като "коензим", какъвто е случаят с глутамат-пируват трансаминаза, която катализира следната реакция:
глутамат + пируват ↔ аланин + α-кетоглутарат
Мускулните клетки зависят от тази реакция за получаване на аланин от пируват и за получаване на енергия през Кребсовия цикъл чрез α-кетоглутарат. В тези клетки използването на аланин като източник на енергия зависи от елиминирането на аминогрупите като амониеви йони в черния дроб, чрез цикъла на урея.
Реакция на трансаминация с аланин (Източник: Томаш Драб чрез Wikimedia Commons)
Друга много важна трансаминационна реакция при различни видове е тази, катализирана от ензима аспартат аминотрансфераза:
L-аспартат + α-кетоглутарат ↔ оксалоацетат + L-глутамат
Не на последно място, реакцията на трансаминиране на γ-аминомаслена киселина (GABA), не-протеинова аминокиселина, необходима за централната нервна система, която функционира като инхибиторен невротрансмитер. Реакцията се катализира от γ-аминомаслена киселина трансаминаза и е повече или по-малка, както следва:
α-кетоглутарат + 4-аминобутанова киселина ↔ глутамат + захарен полуалдехид
Ядреният полуалдехид се превръща в янтарна киселина чрез реакция на окисляване и последният може да влезе в цикъла на Кребс за производство на енергия.
Препратки
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Метаболизъм на протеини и аминокиселини. Медицинска биохимия (4-то издание), Academic Press: Сан Диего, Калифорния, САЩ, 331.
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950). Обхватът на реакцията на трансаминация в животински тъкани. Journal of Biological Chemistry, 187, 439-452.
- Ha, CE, & Bhagavan, NV (2011). Основи на медицинската биохимия: с клинични случаи. Академична преса.
- Litwack, G. (2017). Човешка биохимия. Академична преса.
- Rowsell, EV (1956). Трансаминации с пируват и други α-кетокиселини. Биохимичен вестник, 64 (2), 246.
- Snell, EE и Jenkins, WT (1959). Механизмът на реакцията на трансаминация. Списание за клетъчната и сравнителната физиология, 54 (S1), 161-177.