ASPARAGIINI: OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT, BIOSYNTEESI - BIOLOGIA - 2025

Asparagiini (Asn tai N) on tärkeä aminohappo solun signaloinnin ja sitovien proteiinien ja hiilihydraattien välisestä. Tämä on yksi 22 emäksisestä aminohaposta ja luokitellaan ei-välttämättömiksi, koska nisäkkäiden kehto syntetisoi sen.

Tämä aminohappo luokitellaan lataamattomien polaaristen aminohappojen ryhmään ja se oli ensimmäinen löydetty aminohappo, tosiasia, joka tapahtui vuonna 1806, jolloin ranskalaiset kemikaalit Vauquelin ja Robiquet erottivat sen parsan (eräänlainen nurmikasvien kasvin) mehusta.

Asparagiinin aminohapon kemiallinen rakenne (Lähde: Borb, Wikimedia Commonsin kautta)

Varhaisesta havainnostaan ​​huolimatta asparagiinin biologinen ja ravitsemuksellinen merkitys tunnustettiin vasta yli 100 vuotta myöhemmin, kun vuonna 1932 vahvistettiin sen esiintyminen hampunsiemenissä olevan proteiinin rakenteessa.

Asparagiini ja glutamiini toimivat substraattina kahden muun proteiinien hyvin yleisen aminohapon amidiryhmille: vastaavasti aspartaatti (asparagiinihappo) ja glutamaatti (glutamiinihappo). Asparagiini ja glutamiini hydrolysoituvat helposti näiksi aminohapoiksi entsymaattisella vaikutuksella tai happamilla ja emäksisillä yhdisteillä.

Monilla seriiniproteaasientsyymeillä, jotka hydrolysoivat peptidisidoksia, on asparagiini aktiivisen kohdansa sivuketjussa. Tällä jäännöksellä on osittainen negatiivinen varaus ja se on vastuussa liittymisestä komplementaarisella tavalla kohdepeptidien positiivisen varauksen kanssa, tuomalla ne lähemmäksi katkaisukohtaa.

Oksaloasetaatin synteesistä asparagiinista vastaavaa entsyymiä käytetään kemoterapeuttisissa hoidoissa ja se tunnetaan nimellä L-asparaginase, joka vastaa asparagiinin amidiryhmän hydrolyyttisen sirpaloitumisen katalysoimisesta aspartaatiksi ja ammoniumiksi.

Asparaginaasi on yli-ilmentynyt ja puhdistettu Escherichia colista, ja se injektoidaan lapsipotilaille, joilla on akuutti lymfoblastinen leukemia, koska sekä normaalit että pahanlaatuiset lymfosyytit riippuvat asparagiinin tarttumisesta vereen niiden kasvun ja lisääntymisen vuoksi.

Ominaisuudet ja rakenne

Kaikilla aminohappojen kemiallisilla rakenteilla on karboksyyliryhmä (-COOH), aminoryhmä (-NH3 +), vety (-H) ja R-ryhmä tai substituentti, jotka ovat kiinnittyneet samaan keskiseen hiiliatomiin, joka tunnetaan nimellä hiili. α.

Aminohapot eroavat toisistaan ​​niiden sivuketjujen identiteetin perusteella, joita kutsutaan R-ryhmiksi ja jotka voivat vaihdella kooltaan, rakenteeltaan, toiminnallisilta ryhmiltä ja jopa sähkövarauksesta.

R-ryhmien hiiliatomit tunnistetaan kreikkalaisen aakkosten kirjaimilla. Siten asparagiinin tapauksessa R-ketjun hiilet tunnistetaan p- ja y-hiileiksi.

Muun tyyppisten nimikkeistöjen mukaan karboksyyliryhmän (-COOH) hiiliatomi on merkitty C-1: ksi, joten jatkamalla numerointia a-hiili olisi C-2 ja niin edelleen.

Asparagiinimolekyylissä on neljä hiiliatomia, mukaan lukien a-hiili, karboksyyliryhmän hiili ja kaksi hiiliatomia, jotka ovat osa R-ryhmää, joka tunnetaan nimellä karboksamidi (-CH2-CO-NH2).

Tätä karboksamidiryhmää löytyy vain kahdesta aminohaposta: asparagiinista ja glutamiinista. Sillä on ominaista, että se voi muodostaa vedysidoksia erittäin helposti aminoryhmän (-NH2) ja karbonyyliryhmän (-CO) kautta.

Luokittelu

Asparagiini kuuluu lataamattomien polaaristen aminohappojen ryhmään, jotka ovat erittäin vesiliukoisia ja erittäin hydrofiilisiä aminohappoja (johtuen niiden kyvystä muodostaa useita vety sidoksia).

Seriini, treoniini, kysteiini ja glutamiini löytyvät myös lataamattomien polaaristen aminohappojen ryhmästä. Kaikki nämä ovat “kahtaisionisia” yhdisteitä, koska niiden R-ketjussa on polaarinen ryhmä, joka myötävaikuttaa varausten neutralointiin.

Kaikilla lataamattomilla polaarisilla aminohapoilla ei voida ionisoitua pH: n läheisyydessä 7 (neutraali), ts. Niillä ei ole positiivisia tai negatiivisia varauksia. Happamissa ja emäksisissä väliaineissa substituentit kuitenkin ionisoivat ja saavat varauksen.

stereokemia

Aminohappojen keskimääräinen hiili tai a-hiili on kiraalinen hiili, joten siihen on kiinnitetty neljä erilaista substituenttia, mikä tarkoittaa, että jokaisella aminohapolla on vähintään kaksi erotettavissa olevaa stereoisomeeriä.

Stereoisomeerit ovat peilikuvia molekyylistä, jolla on sama molekyylikaava, mutta jotka eivät ole päällekkäin toistensa kanssa, kuten kädet (vasen ja oikea). Niitä merkitään kirjaimella D tai L, koska kokeellisesti näiden aminohappojen liuokset kiertävät polarisoidun valon tasoa vastakkaisiin suuntiin.

Aminohappojen yleinen epäsymmetria tekee näiden yhdisteiden stereokemiasta erittäin tärkeän, koska jokaisella niistä on erilaisia ​​ominaisuuksia, syntetisoitu ja se osallistuu erilaisiin metaboliareitteihin.

Asparagiinia voidaan löytää muodossa D-asparagiini tai L-asparagiini, jälkimmäinen on luonteeltaan yleisin. Se syntetisoidaan L-asparagiinisyntetaasilla ja metaboloituu L-asparaginaasin välityksellä. Molemmat entsyymit ovat erittäin runsaasti selkärankaisten maksassa.

ominaisuudet

Asparagiinin vetysidoksen helppous tekee siitä tärkeän aminohapon proteiinien rakenteelliselle stabiilisuudelle, koska se voi muodostaa sisäisiä vety sidoksia muiden muodostavien aminohappojen sivuketjujen kanssa.

Asparagiini on yleensä tyypillisten proteiinien pinnalla vesipitoisissa väliaineissa, stabiloiden niiden rakennetta.

Monet glykoproteiinit voidaan kiinnittää hiilihydraateihin tai hiilihydraateihin asparagiini-, treoniini- tai seriinitähteen kautta. Asparagiinin tapauksessa asetyyligalaktosamiini kiinnitetään yleensä ensin aminoryhmään N-glykosylaatiolla.

On tärkeää huomata, että kaikissa N-glykosyloiduissa glykoproteiineissa hiilihydraatit ovat kiinnittyneet niihin asparagiinitähteen kautta, joka löytyy tietyltä alueelta, jota kutsutaan nimellä Asn-X-Ser / Thr, jossa X on mikä tahansa aminohappo.

Nämä glykoproteiinit kootaan endoplasmisessa retikulumissa, missä ne glykosyloidaan translaation aikana.

biosynteesissä

Kaikki eukaryoottiset organismit rinnastavat ammoniakin ja muuttavat sen glutamaatiksi, glutamiiniksi, karbamyylifosfaatiksi ja asparagiiniksi. Asparagiini voidaan syntetisoida glykolyyttisistä välituotteista, sitruunahapposyklissä (oksaloasetaatista) tai ruokavaliossa käytettävistä esiasteista.

Asparagiinisyntetaasi-entsyymi on glutamiini ja ATP-riippuvainen amidotransferaasi, joka puhdistaa ATP: n AMP: lle ja epäorgaanisella pyrofosfaatilla (PPi) ja käyttää ammoniakkia tai glutamiinia amidointireaktion katalysoimiseksi ja aspartaatin muuttamiseksi asparagiiniksi.

Sekä bakteereilla että eläimillä on asparagiinisyntetaasi, mutta bakteereissa entsyymi käyttää ammoniumionia typpidonorina, kun taas nisäkkäissä asparagiinisyntetaasi käyttää glutamiinia typpiryhmän pääluovuttajana.

ATP-molekyylin entsymaattinen hajoaminen AMP: ksi ja epäorgaaniseksi pyrofosfaatiksi (PPi) yhdessä glutamiinin kanssa amidiryhmän luovuttajana, ovat tärkeimmät erot suhteessa L-glutamiinin biosynteesiin eri organismien välillä.

hajoaminen

Suurin osa asparagiinin metaboliaa koskevista tutkimuksista on tehty kasveissa, koska alun perin nisäkkäiden tutkimuksia haittasi aminohappomäärityksiä varten riittävän herkkien menetelmien puuttuminen monimutkaisempien järjestelmien tasolla.

L-asparagiini hydrolysoi jatkuvasti nisäkkäissä L-asparagiinia asparagiinihapon ja ammoniumin tuottamiseksi. Sitä käytetään glykoproteiinien synteesiin ja se on yksi tärkeimmistä oksaloasetaatin prekursoreista sitruunahapposyklissä.

Asparaginaasi-entsyymi katalysoi asparagiinin hydrolyysiä aspartaatiksi, sen jälkeen aspartaatti transaminoidaan a-ketoglutaraatilla glutamaatin ja oksaaloasetaatin tuottamiseksi.

Asparagiinisyntetaasia, joka tunnetaan myös nimellä aspartaatti-ammoniakkiligaasi, löytyy runsaasti nisäkkäiden aikuisten aivosoluista.

Kun kehossa havaitaan tämän entsyymin alhaiset pitoisuudet, muodostuu niin kutsuttu aminohappopatiat, koska esiastesubstraatit kerääntyvät aivosolujen sytoplasmaan.

Ruoat, joissa on paljon asparagiinia

Akuutti lymfaattista leukemiaa sairastavilla ihmisillä on yleensä puutteita asparagiinisyntetaasi-entsyymissä ja he ovat riippuvaisia ​​asparagiinin kiertävyydestä, joten suositellaan asparagiinirikasta ruokavaliota tai sen eksogeenistä tarjontaa.

Monista ruokia, joissa on paljon asparagiinipitoisuuksia, ovat äyriäiset, siipikarja ja niiden munat, lihakarja, maitotuotteet ja niiden johdannaiset sekä vihannekset, kuten parsa, perunat, mukulat jne.

On olemassa L-asparagiinikonsentraatteja, jotka on suunniteltu erittäin kilpailukykyisille urheilijoille, koska niiden kulutus auttaa uudistamaan kudosten muodostavat proteiinit.

Lisäksi ihmiset, joilla on puutteita aminohappojen synteesissä, ottavat myös näitä tabletteja keskushermoston häiriöiden välttämiseksi.

Asparagiinin metaboloituminen on helpompaa L-asparagiinimuodon kautta, koska monet sen metaboliaan osallistuvista entsyymeistä eivät tunnista D-asparagiinimuotoa ja siksi kaikkea ruoassa nautittavaa asparagiinia ei ole saatavana erilaisille kehon prosessit.

Asparagiinin runsas saanti voi olla hyödyllistä, mutta kuitenkin suositellaan, että sitä ei kuluteta ylimäärin tablettien muodossa, koska on todettu, että lääkkeiden runsas L-asparagiinin konsentraatio lisää kasvainsolujen kehitystä.

Viitteet

1. Cooney, DA, Capizzi, RL, ja Handschumacher, RE (1970). L-asparagiinin metabolian arviointi eläimissä ja ihmisissä. Syöpätutkimus, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, ja Even, HL (1976). D-asparagiinin käyttö Saccharomyces cerevisiaessa. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999 - 1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., ja Marsolais, F. (2017). Edistyy asparagiinin aineenvaihduntaa. In Progress in Botany, osa 79 (s. 49-74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., ja Kornfeld, S. (1985). Asparagiiniin kytkettyjen oligosakkaridien kokoonpano. Biokemian vuosikatsaus, 54 (1), 631-664
5. Mathews, CK ja Ahern, KG (2002). Biokemia. Pearson koulutus.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Biokemian Lehninger-periaatteet. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., ja Yokoyama, S. (2007). l-asparagiini. Acta Crystallographica, osa E: Rakenneraportit verkossa, 63 (9), 3802-3803.