Transaminaatiolla on eräänlainen kemiallisen reaktion, joka toimii "uudelleenjako" aminoryhmistä aminohapoista, koska siihen liittyy palautuvia prosesseja aminointi (lisäys aminoryhmän) ja deaminaatio (poistamalla aminoryhmän), joka katalysoi spesifiset entsyymit, joita kutsutaan transaminaaseiksi tai aminotransferaaseiksi.
Yleinen transaminointireaktio sisältää vaihdon aminohapon ja minkä tahansa a-ketohapon välillä, jolloin aminoryhmän vaihdolla saadaan ensimmäisen substraatin aminohapon ketohappoversio ja ensimmäisen substraatin a-ketohapon aminohappoversio.
Graafinen kaavio aminohapon ja alfa-ketohapon välisestä aminotransferreaktiosta (Lähde: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Aminoryhmä, joka yleensä vaihdetaan, on "alfa" aminoryhmä, ts. Se, joka osallistuu peptidisidosten muodostumiseen ja joka määrittelee aminohappojen rakenteen, vaikka reaktioita, joihin osallistuvat muut, eri asemissa olevat aminoryhmät, voi myös tapahtua..
Lysiiniä, treoniinia, proliinia ja hydroksiproliinia lukuun ottamatta kaikki aminohapot osallistuvat transaminaatioreaktioihin, vaikka transaminaaseja on kuvattu histidiinille, seriinille, metioniinille ja fenyylialaniinille, mutta niiden metaboliareitit eivät sisällä tätä tyyppiä reaktioista.
Braunstein ja Kritzmann löysivät aminohappojen ja α-ketohappojen väliset transaminaatioreaktiot vuonna 1937, ja siitä lähtien niitä on tutkittu intensiivisesti, koska niitä esiintyy monissa eri organismien kudoksissa ja eri tarkoituksiin.
Esimerkiksi ihmisissä transaminaasit jakautuvat laajasti kehon kudoksiin ja ovat erityisen aktiivisia sydänlihaskudoksessa, maksassa, luurankojen lihaskudoksessa ja munuaisissa.
Reaktiomekanismi
Transaminaatioreaktioihin liittyy enemmän tai vähemmän sama mekanismi. Kuten aiemmin on keskusteltu, nämä reaktiot tapahtuvat aminoryhmän palautuvana vaihtona aminohapon ja a-ketohapon (deaminoitu) välillä, mikä tuottaa luovuttaja-aminohapon a-ketohapon ja a-ketohapporeseptorin aminohapon.
Nämä reaktiot riippuvat yhdisteestä, joka tunnetaan nimellä pyridoksaalifosfaatti, B6-vitamiinin johdannainen, joka osallistuu aminoryhmien kuljettajana ja sitoutuu transaminaasientsyymeihin muodostamalla Schiffin emäs tämän molekyylin aldehydiryhmän väliin. ja lysiinitähteen e-amino-entsyymin aktiivisessa kohdassa.
Sidos pyridoksaalifosfaatin ja lysiinitähteen välillä aktiivisessa kohdassa ei ole kovalentti, mutta tapahtuu sähköstaattisella vuorovaikutuksella lysiinin typen positiivisen varauksen ja pyridoksaalin fosfaattiryhmän negatiivisen varauksen välillä.
Reaktion aikana substraattina toimiva aminohappo syrjäyttää lysiinitähteen e-aminoryhmän aktiivisessa kohdassa, joka osallistuu Schiffin emäkseen pyridoksaalilla.
Samaan aikaan pari elektronia aminohapon alfahiilestä poistetaan ja siirretään pyridiinirenkaaseen, joka muodostaa pyridoksaalifosfaatin (positiivisesti varautunut), ja "kuljetetaan" sitten a-ketohappoon, joka toimii toisena substraattina.
Tällä tavoin pyridoksaalifosfaatti ei vain osallistu aminoryhmien siirtoon tai kuljetukseen aminohappojen ja α-ketohappojen välillä, jotka ovat transaminaasien substraatteja, vaan toimii myös elektronien "vaimentimena" helpottaen aminohappojen dissosiaatiota. alfa-aminohapon vety.
Yhteenvetona voidaan todeta, että ensimmäinen substraatti, aminohappo, siirtää aminoryhmänsä pyridoksaalifosfaattiin, josta se siirretään myöhemmin toiseen substraattiin, a-ketohappoon, muodostaen tällä välin välituoteyhdisteen, joka tunnetaan nimellä pyridoksamiinifosfaatti.
Transaminaation toiminta
Transaminaasientsyymit löytyvät yleensä sytosolista ja mitokondrioista, ja ne toimivat eri aineenvaihduntareittien integroinnissa.
Esimerkiksi glutamaattidehydrogenaasi käänteisreaktiossa voi muuttaa glutamaatin ammoniumiksi, NADH: ksi (tai NADPH: ksi) ja a-ketoglutaraatiksi, jotka voivat siirtyä trikarboksyylihapposykliin ja toimia energian tuotannossa.
Tämä entsyymi, joka on mitokondriaalimatriisissa, edustaa haarakohtaa, joka yhdistää aminohapot energian metaboliaan, joten kun solulla puuttuu tarpeeksi energiaa hiilihydraattien tai rasvojen muodossa toimimiseksi, se voi vaihtoehtoisesti käyttää joitain aminohapot samaan tarkoitukseen.
Entsyymin (glutamaattidehydrogenaasin) muodostuminen aivojen kehityksen aikana on välttämätöntä ammoniumin vieroituskyvyn hallitsemiseksi, koska on osoitettu, että joillakin mielenterveyden heikentymisen tapauksilla on yhteys tämän alhaiseen aktiivisuuteen, mikä johtaa ammonium kertyminen, joka on haitallista aivojen terveydelle.
Joissakin maksasoluissa transaminaatioreaktioita voidaan käyttää myös glukoosin synteesiin glukoneogeneesillä.
Glutaminaasi-entsyymi muuttaa glutamiinin glutamaatiksi ja ammoniumiksi. Seuraavaksi glutamaatti muunnetaan a-ketoglutaraatiksi, joka siirtyy Krebs-sykliin ja sitten glukoneogeneesiin. Tämä viimeinen vaihe tapahtuu, koska malaatti, yksi reitin tuotteista, kuljetetaan mitokondrioiden ulkopuolelle sukkulan avulla.
Tämä sukkula jättää α-ketoglutaraatin omena-entsyymin armoilla, joka muuttaa sen pyruvaatiksi. Kaksi pyruvaattimolekyyliä voidaan sitten muuttaa yhdeksi glukoosimolekyyliksi glukoneogeneesin avulla.
esimerkit
Yleisimmät transaminaatioreaktiot liittyvät aminohappoihin alaniini, glutamiinihappo ja asparagiinihappo.
Jotkut aminotransferaasientsyymit voivat pyridoksaalifosfaatin lisäksi käyttää pyruvaattia “koentsyyminä”, kuten glutamaatti-pyruvaattitransaminaasin tapauksessa, joka katalysoi seuraavaa reaktiota:
glutamaatti + pyruvaatti ↔ alaniini + α-ketoglutaraatti
Lihassolut ovat riippuvaisia tästä reaktiosta tuottamaan alaniinia pyruvaatista ja saada energiaa Krebs-syklin läpi α-ketoglutaraatin kautta. Näissä soluissa alaniinin käyttö energialähteenä riippuu aminoryhmien eliminoimisesta ammoniumioneina maksassa ureasyklin kautta.
Alaniini transaminaatioreaktio (lähde: Tomas Drab Wikimedia Commonsin kautta)
Toinen erittäin tärkeä transaminaatioreaktio eri lajeilla on aspartaattiaminotransferaasi-entsyymin katalysoima:
L-aspartaatti + α-ketoglutaraatti ↔ oksaloasetaatti + L-glutamaatti
Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä, y-aminovoihapon (GABA), aminohapon, joka ei ole proteiini, välttämätön keskushermostoon välttämätön aminohappo, joka toimii estävänä välittäjäaineena. Reaktiota katalysoi y-aminovoihappotransaminaasi ja se on enemmän tai vähemmän seuraava:
α-ketoglutaraatti + 4-aminobutaanihappo ↔ glutamaatti + meripihkahapon semialdehydi
Sukkariini semialdehydi muuttuu meripihkahapoksi hapetusreaktion kautta ja jälkimmäinen voi siirtyä Krebs-kiertoon energian tuottamiseksi.
Viitteet
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Proteiinien ja aminohappojen metabolia. Lääketieteellinen biokemia (4. painos), Academic Press: San Diego, CA, USA, 331.
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950). Transaminaatioreaktion laajuus eläinkudoksissa. Journal of Biological Chemistry, 187, 439 - 452.
- Ha, CE, ja Bhagavan, NV (2011). Lääketieteellisen biokemian perusteet: kliinisissä tapauksissa. Academic Press.
- Litwack, G. (2017). Ihmisen biokemia. Academic Press.
- Rowsell, EV (1956). Transaminaatiot pyruvaatin ja muiden a-ketohappojen kanssa. Biochemical Journal, 64 (2), 246.
- Snell, EE, ja Jenkins, WT (1959). Transaminaatioreaktion mekanismi. Journal of cellular ja vertaileva fysiologia, 54 (S1), 161-177.