Трансамінування є тип хімічної реакції , яка працює в «перерозподілі» аміногрупи з амінокислот, так як вона включає в себе оборотні процесах амінування (додавання аміногрупи) і дезамінування (видалення аміногрупи), які каталізуються специфічні ферменти, відомі як трансамінази або амінотрансферази.
Загальна реакція трансамінації включає обмін між амінокислотою та будь-якою α-кетокислотою, де обмін аміногрупою дає кетокислотну версію першої субстратної амінокислоти та амінокислотну версію першого субстрату α-кетокислоти.
Графічна схема реакції амінотрансфера між амінокислотою та альфа-кетокислотою (Джерело: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Аміногрупа, яку зазвичай обмінюють, - це "альфа" аміно, тобто та, яка бере участь у формуванні пептидних зв'язків і визначає структуру амінокислот, хоча реакції з іншими аміногрупами, присутніми в різних положеннях, також можуть відбуватися. .
За винятком лізину, треоніну, проліну та гідроксипроліну, всі амінокислоти беруть участь у реакціях трансамінації, хоча трансамінази були описані для гістидину, серину, метіоніну та фенілаланіну, але їх метаболічні шляхи не включають цей тип реакцій.
Реакції трансамінації між амінокислотами та α-кетокислотами виявили в 1937 році Браунштайн та Крицман, і з тих пір вони були предметом інтенсивних досліджень, оскільки вони відбуваються у багатьох тканинах різних організмів і для різних цілей.
Наприклад, у людини трансамінази широко поширені в тканинах тіла і особливо активні в тканинах серцевої м’язи, печінці, тканинах скелетних м’язів, нирках.
Механізм реакції
Реакції трансамінації передбачають більш-менш однаковий механізм. Як було обговорено раніше, ці реакції відбуваються як оборотний обмін аміногрупи між амінокислотою та α-кетокислотою (дезамінованою), продукуючи α-кетокислоту донорної амінокислоти та амінокислоту рецептора α-кетокислоти.
Ці реакції залежать від сполуки, відомої як піридоксальний фосфат, похідного вітаміну В6, який бере участь у транспортуванні аміногруп і який зв'язується з ферментами трансаміназ шляхом утворення основи Шиффа між альдегідною групою цієї молекули. і ε-аміно залишку лізину в активному центрі ферменту.
Зв'язок між піридоксальним фосфатом та залишком лізину в активному місці не є ковалентним, а відбувається через електростатичну взаємодію між позитивним зарядом азоту на лізин та негативним зарядом на фосфатній групі піридоксалу.
В ході реакції амінокислота, яка функціонує як субстрат, витісняє ε-аміногрупу залишку лізину в активному місці, що бере участь в основі Шиффа з піридоксалом.
Тим часом пару електронів з альфа-вуглецю амінокислоти видаляються і переносяться в піридинове кільце, яке утворює піридоксальний фосфат (позитивно заряджений) і потім "доставляється" до α-кетокислоти, яка функціонує як другий субстрат.
Таким чином, піридоксальний фосфат не тільки бере участь у перенесенні або транспортуванні аміногруп між амінокислотами та α-кетокислотами, які є субстратами трансаміназ, але також діє як «раковина» електронів, полегшуючи дисоціацію альфа-амінокислота водню.
Підсумовуючи, перший субстрат, амінокислота, переносить свою аміногрупу до піридоксального фосфату, звідки вона згодом переноситься на другий субстрат, α-кетокислоту, утворюючи тим часом проміжну сполуку, відому як піридоксамінфосфат.
Функція трансамінації
Ферменти трансамінази зазвичай знаходяться в цитозолі та мітохондріях і функціонують при інтеграції різних метаболічних шляхів.
Глютаматдегідрогеназа, наприклад, у зворотному реакції може перетворити глутамат в амоній, НАДН (або НАДФ) та α-кетоглутарат, які можуть увійти в цикл трикарбонової кислоти та функціонувати у виробництві енергії.
Цей фермент, який знаходиться в матриці мітохондрій, являє собою точку відгалуження, яка асоціює амінокислоти з енергетичним обміном, так що коли клітині не вистачає достатньої кількості енергії у вигляді вуглеводів або жирів, вона може функціонувати амінокислоти з тією ж метою.
Утворення ферменту (глутаматдегідрогенази) під час розвитку мозку має важливе значення для контролю детоксикації амонієм, оскільки було показано, що деякі випадки розумової відсталості пов'язані з низькою активністю цього, що призводить до накопичення амонію, що шкодить здоров’ю мозку.
У деяких клітинах печінки реакції трансамінації можуть також використовуватися для синтезу глюкози шляхом глюконеогенезу.
Глютамін перетворюється на глутамат та амоній ферментом глутаміназою. Далі глутамат перетворюється на α-кетоглутарат, який надходить у цикл Кребса, а потім глюконеогенез. Цей останній крок відбувається завдяки тому, що малат, один із продуктів маршруту, транспортується назовні мітохондріями за допомогою човника.
Цей човник залишає α-кетоглутарат на милість яблучного ферменту, який перетворює його в піруват. Дві молекули пірувату потім можуть бути перетворені в одну молекулу глюкози за допомогою глюконеогенезу.
Приклади
Найбільш поширені реакції трансамінації пов'язані з амінокислотами аланіном, глутаміновою кислотою та аспарагіновою кислотою.
Деякі ферменти амінотрансферази, крім піридоксального фосфату, можуть використовувати піруват як "кофермент", як це стосується глутамат-піруват трансамінази, яка каталізує наступну реакцію:
глутамат + піруват ↔ аланін + α-кетоглутарат
М'язові клітини залежать від цієї реакції для отримання аланіну з пірувату та отримання енергії через цикл Кребса через α-кетоглутарат. У цих клітинах використання аланіну як джерела енергії залежить від виведення аміногруп, таких як іони амонію в печінці, через цикл сечовини.
Реакція трансамінації аланіном (Джерело: Томаш Драб через Wikimedia Commons)
Інша дуже важлива реакція трансамінації у різних видів - це каталізація ферментом аспартатамінотрансферази:
L-аспартат + α-кетоглутарат ↔ оксалоацетат + L-глутамат
І останнє, але не менш важливе, реакція трансамінації γ-аміномасляної кислоти (GABA), небілкової амінокислоти, необхідної для центральної нервової системи, яка функціонує як гальмівний нейромедіатор. Реакція каталізується трансаміназою γ-аміномасляної кислоти і є більш-менш наступною:
α-кетоглутарат + 4-амінобутаноєва кислота ↔ Глютамат + янтарний напівальдегід
Сальциновий напівальдегід перетворюється на янтарну кислоту через реакцію окислення, і останній може вступити в цикл Кребса для отримання енергії.
Список літератури
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Білковий та амінокислотний обмін. Медична біохімія (4-е видання), Academic Press: Сан-Дієго, Каліфорнія, США, 331.
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950). Обсяг реакції трансамінації в тканинах тварин. Журнал біологічної хімії, 187, 439-452.
- Ha, CE, & Bhagavan, NV (2011). Основи медичної біохімії: з клінічними випадками. Академічна преса.
- Літвак, Г. (2017). Біохімія людини. Академічна преса.
- Роузелл, Е. В. (1956). Трансамінації піруватом та іншими α-кетокислотами. Біохімічний журнал, 64 (2), 246.
- Snell, EE та Jenkins, WT (1959). Механізм реакції трансамінації. Журнал клітинної та порівняльної фізіології, 54 (S1), 161-177.