ASPARAGIN: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, FUNKCE, BIOSYNTÉZA - BIOLOGIE - 2025

Asparagin (Asn nebo N), je důležitou aminokyselinou pro buněčné signalizaci a vazby mezi proteiny a sacharidy. Toto je jedna z 22 základních aminokyselin a je klasifikována jako nepodstatná, protože je syntetizována tělem savců.

Tato aminokyselina je zařazena do skupiny nenabitých polárních aminokyselin a byla první objevenou aminokyselinou, což se stalo v roce 1806, kdy ji francouzští chemici Vauquelin a Robiquet izolovali ze šťávy z chřestu (druh bylinné rostliny).

Chemická struktura aminokyseliny Asparagin (Zdroj: Borb, přes Wikimedia Commons)

Přes jeho včasný objev nebyla biologická a nutriční role asparaginu rozpoznána až o více než 100 let později, kdy byla v roce 1932 potvrzena její přítomnost ve struktuře proteinu přítomného v semenech konopí.

Asparagin a glutamin slouží jako substráty pro amidové skupiny dvou dalších velmi běžných aminokyselin v proteinech: aspartát (kyselina asparagová) a glutamát (kyselina glutamová). Asparagin a glutamin se snadno hydrolyzují na tyto aminokyseliny enzymatickým působením nebo kyselými a bazickými sloučeninami.

Mnoho enzymů serinové proteázy, které hydrolyzují peptidové vazby, má asparagin na postranním řetězci svého aktivního místa. Tento zbytek má částečný záporný náboj a je zodpovědný za komplementární spojení s kladným nábojem cílových peptidů, který je přiblíží k místu štěpení.

Enzym zodpovědný za syntézu oxaloacetátu z asparaginu se používá při chemoterapeutické léčbě a je známý jako L-asparagináza, která je zodpovědná za katalyzování hydrolytické fragmentace amidové skupiny asparaginu na aspartát a amonium.

Asparagináza je nadměrně exprimována a čištěna z Escherichia coli, která má být injikována dětským pacientům s akutní lymfoblastickou leukémií, protože normální i maligní lymfocyty závisí na zachycení asparaginu v krvi pro jejich růst a množení.

Vlastnosti a struktura

Všechny chemické struktury aminokyselin mají karboxylovou skupinu (-COOH), aminoskupinu (-NH3 +), vodík (-H) a skupinu R nebo substituent, které jsou připojeny ke stejnému centrálnímu atomu uhlíku, označovanému jako uhlík. a.

Aminokyseliny se od sebe liší svou identitou svých postranních řetězců, které jsou známé jako skupiny R a které se mohou lišit velikostí, strukturou, funkčními skupinami a dokonce i elektrickým nábojem.

Atomy uhlíku skupin R jsou identifikovány písmeny řecké abecedy. V případě asparaginu jsou tedy uhlíky R řetězce označeny jako P a y uhlíky.

Podle jiných typů nomenklatur je atom uhlíku v karboxylové skupině (-COOH) uveden jako C-1, takže při pokračování v číslování by a-uhlík byl C-2 atd.

Asparaginová molekula má čtyři atomy uhlíku, včetně a-uhlíku, uhlíku karboxylové skupiny a dvou atomů uhlíku, které jsou součástí skupiny R, známé jako karboxamid (-CH2-CO-NH2).

Tato karboxamidová skupina se nachází pouze ve dvou aminokyselinách: v asparaginu a glutaminu. Má vlastnost, že může velmi snadno tvořit vodíkové vazby přes aminoskupinu (-NH2) a karbonylovou skupinu (-CO).

Klasifikace

Asparagin patří do skupiny nenabitých polárních aminokyselin, které jsou vysoce vodorozpustné a vysoce hydrofilní aminokyseliny (vzhledem k jejich schopnosti tvořit více vodíkových vazeb).

Serin, threonin, cystein a glutamin se také nacházejí ve skupině nenabitých polárních aminokyselin. Všechny tyto sloučeniny jsou „obojetné“ sloučeniny, protože mají ve svém R řetězci polární skupinu, která přispívá k neutralizaci nábojů.

Všechny nenabité polární aminokyseliny nejsou ionizovatelné při pH blízkém 7 (neutrální), to znamená, že nemají kladné ani záporné náboje. V kyselém a zásaditém prostředí však substituenty ionizují a získávají náboj.

Stereochemie

Centrální uhlík nebo a uhlík aminokyselin je chirální uhlík, proto má připojeny čtyři různé substituenty, což znamená, že pro každou aminokyselinu existují alespoň dva rozlišitelné stereoizomery.

Stereoizomery jsou zrcadlové obrazy molekuly, které mají stejný molekulární vzorec, ale nejsou vzájemně překrývatelné, jako ruce (levé a pravé). Jsou označeny písmenem D nebo L, protože roztoky těchto aminokyselin experimentálně otáčejí rovinou polarizovaného světla v opačných směrech.

Obecná asymetrie aminokyselin činí stereochemii těchto sloučenin velmi důležitou, protože každá z nich má odlišné vlastnosti, je syntetizována a podílí se na různých metabolických drahách.

Asparagin lze nalézt ve formě D-asparaginu nebo L-asparaginu, přičemž druhý je v přírodě nejběžnější. Je syntetizován L-asparagin syntetázou a metabolizován L-asparaginázou, oba enzymy jsou velmi hojné v játrech obratlovců.

Funkce

Snadnost vodíkové vazby asparaginu z něj činí rozhodující aminokyselinu pro strukturní stabilitu proteinů, protože může tvořit vnitřní vodíkové vazby s postranními řetězci jiných aminokyselin, které je tvoří.

Asparagin se obvykle nachází na povrchu typických proteinů ve vodném médiu, čímž se stabilizuje jejich struktura.

Mnoho glykoproteinů může být navázáno na uhlovodany nebo uhlohydráty prostřednictvím zbytku asparaginu, threoninu nebo serinu. V případě asparaginu je acetyl galaktosamin obecně nejprve navázán na aminoskupinu N-glykosylací.

Je důležité poznamenat, že ve všech N-glykosylovaných glykoproteinech se na ně sacharidy váží přes asparaginový zbytek, který se nachází ve specifické oblasti označené jako Asn-X-Ser / Thr, kde X je jakákoli aminokyselina.

Tyto glykoproteiny jsou shromážděny v endoplazmatickém retikulu, kde jsou glykosylovány při jejich translaci.

Biosyntéza

Všechny eukaryotické organismy asimilují amoniak a přeměňují ho na glutamát, glutamin, karbamylfosfát a asparagin. Asparagin lze syntetizovat z glykolytických meziproduktů, v cyklu kyseliny citronové (z oxaloacetátu) nebo z prekurzorů konzumovaných ve stravě.

Enzym asparagin syntetáza je glutamin a ATP-závislá amidotransferáza, která čistí ATP na AMP a anorganický pyrofosfát (PPi) a používá amoniak nebo glutamin k katalýze amidační reakce a převádí aspartát na asparagin.

Bakterie i zvířata mají asparagin syntetázu, avšak v bakteriích enzym používá amonný ion jako donor dusíku, zatímco u savců asparagin syntetáza používá glutamin jako hlavní donor dusíkové skupiny.

Enzymatické štěpení molekuly ATP na AMP a anorganický pyrofosfát (PPi), spolu s glutaminem jako dárcem amidové skupiny, jsou hlavní rozdíly, pokud jde o biosyntézu L-glutaminu mezi různými organismy.

Degradace

Většina studií metabolismu asparaginu byla prováděna na rostlinách, protože původně byly studie na savcích omezovány nedostatkem dostatečně citlivých metodik pro testy aminokyselin na úrovni složitějších systémů.

L-asparagin je u savců neustále hydrolyzován L-asparaginázou za vzniku kyseliny asparagové a amonia. Používá se pro syntézu glykoproteinů a je jedním z hlavních prekurzorů oxaloacetátu pro cyklus kyseliny citronové.

Enzym asparagináza katalyzuje hydrolýzu asparaginu na aspartát, následně je aspartát transaminován a-ketoglutarátem za vzniku glutamátu a oxaloacetátu.

Asparaginsyntetáza, také známá jako aspartát-amoniak ligáza, se hojně vyskytuje v dospělých mozkových buňkách savců.

Když jsou v těle vnímány nízké hladiny tohoto enzymu, vytváří se tzv. Aminoacidopatie, protože se prekurzorové substráty hromadí v cytoplazmě mozkových buněk.

Potraviny bohaté na asparagin

Lidé s akutní lymfoblastickou leukémií mají obvykle nedostatky v enzymu asparagin syntetázy a závisí na cirkulujícím asparaginu, proto se doporučuje strava bohatá na asparagin nebo jeho exogenní zásobování.

Mezi mnoho potravin s vysokým obsahem asparaginu patří měkkýši, drůbež a jejich vejce, hovězí dobytek, mléčné výrobky a jejich deriváty a zelenina, jako je chřest, brambory, hlízy atd.

Existují koncentráty L-asparaginu, které jsou určeny pro vysoce konkurenční sportovce, protože jejich spotřeba pomáhá regenerovat proteiny, které tvoří tkáně.

Kromě toho lidé, kteří mají nedostatek syntézy aminokyselin, také berou tyto tablety, aby se vyhnuli poruchám v jejich centrálním nervovém systému.

Asparagin je snadněji metabolizovatelný prostřednictvím své L-asparaginové formy, protože mnoho enzymů podílejících se na jeho metabolismu nerozeznává D-asparaginovou formu, a proto ne všechny asparaginy přijímané v potravě jsou dostupné pro různé tělesné procesy.

Bohatý příjem asparaginu může být prospěšný, ale doporučuje se ho nekonzumovat v přebytku ve formě tablet, protože bylo zjištěno, že hojné koncentrace L-asparaginu v léčivech zvyšují vývoj nádorových buněk.

Reference

1. Cooney, DA, Capizzi, RL a Handschumacher, RE (1970). Hodnocení metabolismu L-asparaginu u zvířat a lidí. Cancer Research, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, a Even, HL (1976). Využití D-asparaginu Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Pokroky v metabolismu asparaginu. Probíhá v botanice svazek 79 (str. 49-74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., & Kornfeld, S. (1985). Sestavení oligosacharidů vázaných na asparagin. Roční přehled o Biochemii, 54 (1), 631-664
5. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biochemie. Pearsonovo vzdělávání.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerovy principy biochemie. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., a Yokoyama, S. (2007). l-Asparagin. Acta Crystallographica Sekce E: Strukturální zprávy online, 63 (9), 3802-3803.