A transzaminálás egy olyan kémiai reakció típus, amely az aminocsoportok "újraelosztásában" az aminosavaktól működik, mivel magában foglalja a reverzibilis folyamatok aminálását (aminocsoport hozzáadása) és deaminálást (aminocsoport eltávolítása), amelyeket katalizál transzaminázok vagy aminotranszferázok néven ismert enzimek.
Az általános transzaminációs reakció magában foglalja az aminosav és bármely a-keto-sav közötti cserét, ahol egy aminocsoport cseréje az első szubsztrát aminosav ketoacid változatát és az első szubsztrát α-keto sav aminosav változatát eredményezi.
Az aminosav és az alfa-keto-sav közötti aminotranszfer reakció grafikus ábrája (Forrás: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Az általában kicserélendő aminocsoport az „alfa” aminocsoport, azaz az, amely részt vesz a peptidkötések kialakításában és meghatározza az aminosavak szerkezetét, bár a különböző pozíciókban lévő más aminocsoportokat érintő reakciók is előfordulhatnak..
A lizin, a treonin, a prolin és a hidroxi-prolin kivételével az összes aminosav részt vesz a transzaminációs reakciókban, bár a transzaminázokat hisztidinnel, szerinnel, metioninnal és fenilalaninnal kapcsolatban leírták, de metabolikus útjaik nem érintik ezt a fajtát reakciók.
Az aminosavak és az α-keto-savak közötti transzaminációs reakciókat 1937-ben felfedezték Braunstein és Kritzmann, és azóta intenzív vizsgálatok tárgyát képezték, mivel ezek különböző szervezetek sok szöveteiben fordulnak elő és különböző célokra.
Például az emberekben a transzaminázok széles körben eloszlanak a testszövetekben, és különösen aktívak a szívizomszövetben, a májban, a csontvázizomszövetben és a vesékben.
Reakciós mechanizmus
A transzaminációs reakciók többé-kevésbé ugyanazt a mechanizmust tartalmazzák. Amint azt korábban tárgyaltuk, ezek a reakciók egy aminocsoport reverzibilis cseréjeként fordulnak elő egy aminosav és egy α-keto-sav (dezaminált) között, ami a donor aminosav α-keto-savját és az α-keto-sav-receptor aminosavját eredményezi.
Ezek a reakciók a piridoxál-foszfát néven ismert vegyülettől, a B6-vitamin olyan származékától függnek, amely részt vesz az aminocsoportok transzporterejében, és amely kötődik a transzamináz enzimekhez egy Schiff-bázis képződésével ezen molekula aldehidcsoportja között. és egy lizinmaradék ε-aminosava az enzim aktív helyén.
A kötődés a piridoxál-foszfát és a lizinmaradvány között az aktív helyben nem kovalens, hanem az elektrosztatikus kölcsönhatás révén a lizint tartalmazó nitrogén pozitív töltése és a piridoxál foszfátcsoportjának negatív töltése között következik be.
A reakció során a szubsztrátként működő aminosav elmozdítja a lizinmaradék ε-aminocsoportját az aktív helyen, amely a Schiff-bázisban piridoxállal vesz részt.
Eközben az aminosav alfa-szénéből néhány elektron eltávolításra kerül és a piridin gyűrűbe kerül, amely (pozitív töltésű) piridoxál-foszfátot alkot, majd "továbbad" a második szubsztrátumként működő α-keto-savhoz.
Ily módon a piridoxál-foszfát nemcsak részt vesz az aminocsoportok transzferében vagy transzportjában az aminosavak és az α-ketoacidok között, amelyek a transzaminázok szubsztrátjai, hanem az elektronok „süllyedéseként” is szolgál, megkönnyítve az aminosavak disszociációját. alfa-aminosav hidrogén.
Összegezve: az első szubsztrát, egy aminosav, aminocsoportját átviszi a piridoxál-foszfátra, ahonnan ezt követően továbbviszik a második szubsztrátra, egy α-keto-savra, közben közben egy közbenső vegyületet képezve, amelyet piridoxamin-foszfátnak neveznek.
A transzamináció funkciója
A transzamináz enzimek általában a citoszolban és a mitokondriumokban találhatók, és a különféle metabolikus utak integrációjában működnek.
A glutamát-dehidrogenáz a fordított reakciójában például átalakítja a glutamátot ammónium-, NADH (vagy NADPH) és α-ketoglutarátokká, amelyek beléphetnek a trikarbonsav ciklusba és működhetnek az energiatermelésben.
Ez az enzim, amely a mitokondriális mátrixban található, egy olyan ágpontot képvisel, amely az aminosavakat az energia-anyagcserével kapcsolja össze, tehát amikor egy sejtnek elegendő energiája van szénhidrátok vagy zsírok formájában a működéshez, alternatívaként felhasználhat aminosavak ugyanarra a célra.
Az enzim (glutamát-dehidrogenáz) képződése az agy fejlődése során elengedhetetlen az ammóniás méregtelenítés szabályozásához, mivel kimutatták, hogy egyes mentális retardációs esetek ennek alacsony aktivitásával járnak, ami ammónium felhalmozódás, amely káros az agy egészségére.
Egyes májsejtekben a transzaminációs reakciók szintén felhasználhatók glükóz szintézisére glükoneogenezis útján.
A glutamináz enzim a glutamint glutamáttá és ammóniummá alakítja. Ezután a glutamát α-ketoglutaráttá alakul, amely belép a Krebsi ciklusba, majd a glükoneogenezisbe. Ez az utolsó lépés annak köszönhető, hogy a malátot, az út egyik termékét, shuttle segítségével szállítják a mitokondriumokból.
Ez a transzfer az α-ketoglutarátot az almasav enzim kegyelmében hagyja el, amely azt piruváttá alakítja. Két piruvát molekulát ezután a glükoneogenezis útján egy glükóz molekulává alakíthatunk.
Példák
A leggyakoribb transzaminációs reakciók az alanin, a glutaminsav és az aszparaginsav aminosavakkal kapcsolatosak.
Egyes aminotranszferáz enzimek a piridoxál-foszfátokon kívül piruvatot is használhatnak „koenzimként”, mint például a glutamát-piruvát-transzamináz esetében, amely a következő reakciót katalizálja:
glutamát + piruvát ↔ alanin + α-ketoglutarát
Az izomsejtek attól a reakciótól függnek, hogy alanint állítanak elő piruvátból, és energiát nyernek a Krebsi cikluson keresztül az α-ketoglutaráton keresztül. Ezekben a sejtekben az alanin energiaforrásként történő felhasználása az aminocsoportok ammónium-ionként történő eliminációjától függ a májban, a karbamid-cikluson keresztül.
Alanin transzaminációs reakció (Forrás: Tomas Drab a Wikimedia Commons segítségével)
Egy másik nagyon fontos transzaminációs reakció különféle fajokban az aszpartát-aminotranszferáz enzim által katalizált:
L-aszpartát + α-ketoglutarát ↔ oxaloacetát + L-glutamát
Végül, de nem utolsósorban, a y-amino-vajsav (GABA) transzaminációs reakciója, amely a központi idegrendszerhez nélkülözhetetlen, nem fehérje aminosav, amely gátló neurotranszmitterként működik. A reakciót γ-amino-vajsav-transzamináz katalizálja, és többé-kevésbé a következő:
α-ketoglutarát + 4-amino-butánsav ↔ glutamát + szukcinikus szemialdehid
A borostyánkősav-semialdehid oxidációs reakcióval borostyánkősavvá alakul át, és ez utóbbi beléphet a Krebsi ciklusba energiatermelés céljából.
Irodalom
- Bhagavan, NV és Ha, CE (2002). Fehérje- és aminosav-anyagcsere. Orvosi biokémia (4. kiadás), Academic Press: San Diego, CA, USA, 331.
- Cammarata, PS és Cohen, PP (1950). A transzaminációs reakció hatása az állati szövetekben. Journal of Biological Chemistry, 187, 439-452.
- Ha, CE és Bhagavan, NV (2011). Az orvosi biokémia alapvető elemei: klinikai esetekkel. Academic Press.
- Litwack, G. (2017). Humán biokémia. Academic Press.
- Rowsell, EV (1956). Transzaminációk piruváttal és más α-keto savakkal. Biochemical Journal, 64 (2), 246.
- Snell, EE és Jenkins, WT (1959). A transzaminációs reakció mechanizmusa. Journal of celluláris és összehasonlító fiziológia, 54 (S1), 161-177.