Трансаминирование представляет собой тип химической реакции , которая работает в «перераспределении» аминогруппы из аминокислот, так как она включает в себя обратимые процессах аминирования (добавление аминогруппы) и дезаминирование (удаление аминогруппы), которые катализируемое специфические ферменты, известные как трансаминазы или аминотрансферазы.
Общая реакция трансаминирования включает обмен между аминокислотой и любой α-кетокислотой, где обмен аминогруппы дает кетокислотную версию первой аминокислоты субстрата и аминокислотную версию первой α-кетокислоты субстрата.
Графическая схема реакции переноса аминокислот между аминокислотой и альфа-кетокислотой (Источник: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Аминогруппа, которая обычно обменивается, представляет собой «альфа» амино, то есть та, которая участвует в образовании пептидных связей и определяет структуру аминокислот, хотя также могут происходить реакции с участием других аминогрупп, присутствующих в различных положениях. .
За исключением лизина, треонина, пролина и гидроксипролина, все аминокислоты участвуют в реакциях трансаминирования, хотя трансаминазы описаны для гистидина, серина, метионина и фенилаланина, но их метаболические пути не связаны с этим типом. реакций.
Реакции трансаминирования между аминокислотами и α-кетокислотами были открыты в 1937 году Браунштейном и Крицманном, и с тех пор они стали предметом интенсивных исследований, поскольку происходят во многих тканях разных организмов и для разных целей.
У людей, например, трансаминазы широко распространены в тканях организма и особенно активны в ткани сердечной мышцы, печени, скелетных мышцах и почках.
Механизм реакции
Реакции трансаминирования включают более или менее тот же механизм. Как обсуждалось ранее, эти реакции происходят как обратимый обмен аминогруппы между аминокислотой и α-кетокислотой (дезаминированной) с образованием α-кетокислоты донорной аминокислоты и аминокислоты рецептора α-кетокислоты.
Эти реакции зависят от соединения, известного как пиридоксальфосфат, производного витамина B6, который участвует в качестве переносчика аминогрупп и связывается с ферментами трансаминаз посредством образования основания Шиффа между альдегидной группой этой молекулы. и ε-амино остатка лизина в активном центре фермента.
Связь между пиридоксальфосфатом и остатком лизина в активном центре не является ковалентной, а возникает за счет электростатического взаимодействия между положительным зарядом азота на лизине и отрицательным зарядом на фосфатной группе пиридоксаля.
В ходе реакции аминокислота, которая действует как субстрат, замещает ε-аминогруппу остатка лизина в активном центре, который участвует в основании Шиффа с пиридоксалем.
Между тем, пара электронов из альфа-углерода аминокислоты удаляется и переносится на пиридиновое кольцо, составляющее пиридоксальфосфат (положительно заряженный), а затем «доставляется» α-кетокислоте, которая функционирует как второй субстрат.
Таким образом, пиридоксальфосфат не только участвует в переносе или переносе аминогрупп между аминокислотами и α-кетокислотами, которые являются субстратами трансаминаз, но также действует как «сток» электронов, облегчая диссоциацию альфа-аминокислота водород.
Таким образом, первый субстрат, аминокислота, переносит свою аминогруппу на пиридоксальфосфат, откуда он впоследствии переносится на второй субстрат, α-кетокислоту, тем временем образуя промежуточное соединение, известное как пиридоксаминфосфат.
Функция переаминирования
Ферменты трансаминазы обычно обнаруживаются в цитозоле и митохондриях и функционируют при интеграции различных метаболических путей.
Например, глутаматдегидрогеназа в своей обратной реакции может превращать глутамат в аммоний, НАДН (или НАДФН) и α-кетоглутарат, которые могут вступать в цикл трикарбоновых кислот и участвовать в производстве энергии.
Этот фермент, который находится в матриксе митохондрий, представляет собой точку ветвления, которая связывает аминокислоты с энергетическим метаболизмом, поэтому, когда клетке не хватает энергии в виде углеводов или жиров для функционирования, она может альтернативно использовать некоторые аминокислоты для той же цели.
Образование фермента (глутаматдегидрогеназы) во время развития мозга важно для контроля детоксикации аммония, поскольку было показано, что некоторые случаи умственной отсталости связаны с его низкой активностью, что приводит к накопление аммония, вредное для здоровья мозга.
В некоторых клетках печени реакции трансаминирования также могут использоваться для синтеза глюкозы путем глюконеогенеза.
Глутамин превращается в глутамат и аммоний ферментом глутаминазой. Затем глутамат превращается в α-кетоглутарат, который вступает в цикл Кребса, а затем в глюконеогенез. Этот последний шаг происходит благодаря тому, что малат, один из продуктов этого пути, транспортируется за пределы митохондрий с помощью челнока.
Этот челнок оставляет α-кетоглутарат во власти яблочного фермента, который превращает его в пируват. Две молекулы пирувата затем могут быть преобразованы в одну молекулу глюкозы посредством глюконеогенеза.
Примеры
Наиболее распространенные реакции трансаминирования связаны с аминокислотами аланином, глутаминовой кислотой и аспарагиновой кислотой.
Некоторые ферменты аминотрансфераз могут, помимо пиридоксальфосфата, использовать пируват в качестве «кофермента», как в случае с глутамат-пируваттрансаминазой, которая катализирует следующую реакцию:
глутамат + пируват ↔ аланин + α-кетоглутарат
Мышечные клетки зависят от этой реакции для производства аланина из пирувата и получения энергии через цикл Кребса через α-кетоглутарат. В этих клетках использование аланина в качестве источника энергии зависит от удаления аминогрупп в виде ионов аммония в печени через цикл мочевины.
Реакция трансаминирования аланина (Источник: Томас Драб через Wikimedia Commons)
Другой очень важной реакцией трансаминирования у различных видов является реакция, катализируемая ферментом аспартатаминотрансферазой:
L-аспартат + α-кетоглутарат ↔ оксалоацетат + L-глутамат
И наконец, что не менее важно, реакция трансаминирования γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), небелковой аминокислоты, необходимой для центральной нервной системы, которая функционирует как тормозящий нейротрансмиттер. Реакция катализируется трансаминазой γ-аминомасляной кислоты и протекает примерно следующим образом:
α-кетоглутарат + 4-аминобутановая кислота ↔ глутамат + янтарный полуальдегид
Янтарный полуальдегид превращается в янтарную кислоту в результате реакции окисления, и последняя может входить в цикл Кребса для производства энергии.
Ссылки
- Бхагаван, Н.В. и Ха, CE (2002). Обмен белков и аминокислот. Медицинская биохимия (4-е изд.), Academic Press: Сан-Диего, Калифорния, США, 331.
- Каммарата, П.С., и Коэн, П.П. (1950). Объем реакции трансаминирования в тканях животных. Журнал биологической химии, 187, 439-452.
- Ха, CE, и Багаван, Н.В. (2011). Основы медицинской биохимии: с клиническими случаями. Академическая пресса.
- Литвак, Г. (2017). Биохимия человека. Академическая пресса.
- Роусел, Э.В. (1956). Трансаминирование пируватом и другими α-кетокислотами. Биохимический журнал, 64 (2), 246.
- Снелл, EE, и Jenkins, WT (1959). Механизм реакции переаминирования. Журнал клеточной и сравнительной физиологии, 54 (S1), 161-177.