АСПАРАГИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ, БИОСИНТЕЗ - БИОЛОГИЯ - 2024

Аспарагин (Asn или N) , является важной аминокислотой для сигнализации и связывания между белками и углеводами клеток. Это одна из 22 основных аминокислот и классифицируется как заменимая, поскольку синтезируется организмом млекопитающих.

Эта аминокислота относится к группе незаряженных полярных аминокислот и была первой обнаруженной аминокислотой, что произошло в 1806 году, когда она была выделена из сока спаржи (разновидность травянистого растения) французскими химиками Вокленом и Робике.

Химическая структура аминокислоты аспарагин (Источник: Borb, через Wikimedia Commons)

Несмотря на раннее открытие, биологическая и питательная роль аспарагина не была признана до более чем 100 лет спустя, когда в 1932 году было подтверждено его присутствие в структуре белка, присутствующего в семенах конопли.

Аспарагин и глутамин служат субстратами для амидных групп двух других очень распространенных аминокислот в белках: аспартата (аспарагиновая кислота) и глутамата (глутаминовая кислота) соответственно. Аспарагин и глутамин легко гидролизуются в эти аминокислоты под действием ферментов или кислотных и основных соединений.

Многие ферменты сериновой протеазы, которые гидролизуют пептидные связи, имеют аспарагин в боковой цепи их активного центра. Этот остаток имеет частичный отрицательный заряд и отвечает за связывание дополнительным образом с положительным зарядом целевых пептидов, приближая их к сайту расщепления.

Фермент, отвечающий за синтез оксалоацетата из аспарагина, используется в химиотерапевтических процедурах и известен как L-аспарагиназа, которая отвечает за катализирование гидролитической фрагментации амидной группы аспарагина до аспартата и аммония.

Аспарагиназа сверхэкспрессируется и очищается от кишечной палочки, чтобы вводиться пациентам детского возраста с острым лимфобластным лейкозом, поскольку нормальные и злокачественные лимфоциты зависят от захвата аспарагина в крови для их роста и размножения.

Характеристики и состав

Все химические структуры аминокислот имеют карбоксильную группу (-COOH), аминогруппу (-NH3 +), водород (-H) и группу R или заместитель, которые присоединены к одному и тому же центральному атому углерода, известному как углерод. α.

Аминокислоты отличаются друг от друга идентичностью своих боковых цепей, которые известны как группы R и могут различаться по размеру, структуре, функциональным группам и даже электрическому заряду.

Атомы углерода групп R обозначены буквами греческого алфавита. Таким образом, в случае аспарагина атомы углерода цепи R идентифицируются как атомы углерода β и γ.

Согласно другим типам номенклатур, атом углерода в карбоксильной группе (-COOH) указан как C-1, поэтому, продолжая нумерацию, α-углерод будет C-2 и так далее.

Молекула аспарагина имеет четыре атома углерода, включая α-углерод, углерод карбоксильной группы и два атома углерода, которые являются частью группы R, известной как карбоксамид (-CH2-CO-NH2).

Эта карбоксамидная группа содержится только в двух аминокислотах: в аспарагине и глутамине. Он имеет свойство очень легко образовывать водородные связи через аминогруппу (-NH2) и карбонильную группу (-CO).

классификация

Аспарагин принадлежит к группе незаряженных полярных аминокислот, которые являются хорошо растворимыми в воде и высокогидрофильными аминокислотами (из-за их способности образовывать множественные водородные связи).

Серин, треонин, цистеин и глутамин также входят в группу незаряженных полярных аминокислот. Все они являются «цвиттерионными» соединениями, поскольку в их R-цепи есть полярная группа, которая способствует нейтрализации зарядов.

Все незаряженные полярные аминокислоты не ионизируются при pH, близком к 7 (нейтральный), то есть они не имеют положительных или отрицательных зарядов. Однако в кислых и основных средах заместители ионизируются и приобретают заряд.

стереохимия

Центральный углерод или α-углерод аминокислот является хиральным углеродом, поэтому к нему присоединены четыре различных заместителя, что означает, что существует по крайней мере два различных стереоизомера для каждой аминокислоты.

Стереоизомеры - это зеркальные изображения молекулы, которые имеют одинаковую молекулярную формулу, но не накладываются друг на друга, как руки (левая и правая). Их обозначают буквой D или L, поскольку экспериментально растворы этих аминокислот вращают плоскость поляризованного света в противоположных направлениях.

Общая асимметрия аминокислот придает большое значение стереохимии этих соединений, поскольку каждое из них имеет разные свойства, синтезируется и участвует в разных метаболических путях.

Аспарагин можно найти в форме D-аспарагина или L-аспарагина, причем последний является наиболее распространенным в природе. Он синтезируется L-аспарагинсинтетазой и метаболизируется L-аспарагиназой, оба фермента очень распространены в печени позвоночных.

Характеристики

Легкость образования водородных связей аспарагина делает его важной аминокислотой для структурной стабильности белков, поскольку он может образовывать внутренние водородные связи с боковыми цепями других аминокислот, из которых они состоят.

Аспарагин обычно находится на поверхности типичных белков в водных средах, стабилизируя их структуру.

Многие гликопротеины могут быть присоединены к углеводам или углеводам через остатки аспарагина, треонина или серина. В случае аспарагина ацетилгалактозамин обычно сначала присоединяется к аминогруппе посредством N-гликозилирования.

Важно отметить, что во всех N-гликозилированных гликопротеинах углеводы связываются с ними через остаток аспарагина, который находится в определенной области, обозначенной как Asn-X-Ser / Thr, где X - любая аминокислота.

Эти гликопротеины собираются в эндоплазматическом ретикулуме, где они гликозилируются при трансляции.

Биосинтез

Все эукариотические организмы ассимилируют аммиак и превращают его в глутамат, глутамин, карбамилфосфат и аспарагин. Аспарагин можно синтезировать из гликолитических промежуточных продуктов, в цикле лимонной кислоты (из оксалоацетата) или из предшественников, потребляемых с пищей.

Фермент аспарагинсинтетаза представляет собой глутамин и АТФ-зависимую амидотрансферазу, которая расщепляет АТФ до АМФ и неорганического пирофосфата (PPi) и использует аммиак или глутамин для катализирования реакции амидирования и превращения аспартата в аспарагин.

И бактерии, и животные имеют аспарагинсинтетазу, однако у бактерий фермент использует ион аммония в качестве донора азота, тогда как у млекопитающих аспарагинсинтетаза использует глутамин в качестве основного донора группы азота.

Ферментативный распад молекулы АТФ на АМФ и неорганический пирофосфат (PPi) вместе с глутамином в качестве донора амидной группы являются основными различиями в отношении биосинтеза L-глутамина между разными организмами.

деградация

Большинство исследований метаболизма аспарагина проводилось на растениях, поскольку первоначально исследованиям на млекопитающих препятствовало отсутствие достаточно чувствительных методологий для анализа аминокислот на уровне более сложных систем.

L-аспарагин у млекопитающих постоянно гидролизуется L-аспарагиназой с образованием аспарагиновой кислоты и аммония. Он используется для синтеза гликопротеинов и является одним из основных предшественников оксалоацетата для цикла лимонной кислоты.

Фермент аспарагиназа катализирует гидролиз аспарагина до аспартата, впоследствии аспартат трансаминируется α-кетоглутаратом с образованием глутамата и оксалоацетата.

Аспарагинсинтетаза, также известная как аспартат-аммиачная лигаза, в большом количестве обнаруживается в клетках мозга взрослых млекопитающих.

Когда в организме ощущается низкий уровень этого фермента, образуется так называемая «аминоацидопатия», поскольку субстраты-предшественники накапливаются в цитоплазме клеток мозга.

Продукты, богатые аспарагином

Люди с острым лимфобластным лейкозом обычно имеют дефицит фермента аспарагинсинтетазы и зависят от циркулирующего аспарагина, поэтому рекомендуется диета, богатая аспарагином или его экзогенная поставка.

Среди многих продуктов с высоким содержанием аспарагина - моллюски, птица и их яйца, мясной скот, молочные продукты и их производные, а также овощи, такие как спаржа, картофель, клубни и т. Д.

Существуют концентраты L-аспарагина, разработанные для спортсменов с высокой конкурентоспособностью, поскольку их потребление помогает регенерировать белки, из которых состоят ткани.

Кроме того, эти таблетки принимают люди с дефицитом синтеза аминокислот, чтобы избежать нарушений в их центральной нервной системе.

Аспарагин легче метаболизируется через форму L-аспарагина, поскольку многие из ферментов, участвующих в его метаболизме, не распознают форму D-аспарагина, и, следовательно, не весь аспарагин, попадающий в пищу, доступен для различных процессы в организме.

Обильное потребление аспарагина может быть полезным, однако не рекомендуется употреблять его в больших количествах в форме таблеток, поскольку было определено, что высокие концентрации L-аспарагина из лекарств увеличивают развитие опухолевых клеток.

Ссылки

1. Куни, Д.А., Капицци, Р.Л., и Хандшумахер, Р.Э. (1970). Оценка метаболизма L-аспарагина у животных и человека. Исследования рака, 30 (4), 929-935
2. Данлоп, П.К., Рун, Р.Дж., и даже, Х.Л. (1976). Использование D-аспарагина Saccharomyces cerevisiae. Журнал бактериологии, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Достижения в метаболизме аспарагина. In Progress in Botany Vol. 79 (стр. 49-74). Спрингер, Чам.
4. Корнфельд Р. и Корнфельд С. (1985). Сборка аспарагин-связанных олигосахаридов. Ежегодный обзор биохимии, 54 (1), 631-664
5. Мэтьюз, К. К., & Ахерн, К. Г. (2002). Биохимия. Pearson Education.
6. Нельсон, Д.Л., Ленингер, А.Л., и Кокс, М.М. (2008). Принципы биохимии Ленингера. Macmillan.
7. Ямада, К., Хашизуме, Д., Симидзу, Т., и Ёкояма, С. (2007). л-аспарагин. Acta Crystallographica Section E: Structure Reports Online, 63 (9), 3802-3803.