Transaminace je typ chemické reakce, která pracuje v „redistribuci“ aminoskupin z aminokyselin, protože zahrnuje vratné děje aminaci (přídavek aminové skupiny) a deaminaci (odstranění aminoskupiny), které jsou katalyzovány specifické enzymy známé jako transaminázy nebo aminotransferázy.
Obecná transaminační reakce zahrnuje výměnu mezi aminokyselinou a jakoukoli a-keto kyselinou, kde výměnou aminoskupiny se získá ketoacidová verze první substrátové aminokyseliny a aminokyselinová verze prvního substrátu a-keto kyseliny.
Grafické schéma reakce aminotransferů mezi aminokyselinou a alfa-keto kyselinou (Zdroj: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Aminoskupina, která je obvykle vyměňována, je "alfa" aminoskupina, tj. Ta, která se podílí na tvorbě peptidových vazeb a která definuje strukturu aminokyselin, i když se mohou vyskytnout i reakce zahrnující jiné aminoskupiny přítomné v různých polohách..
S výjimkou lysinu, threoninu, prolinu a hydroxyprolinu se všechny aminokyseliny účastní transminačních reakcí, ačkoli transaminázy byly popsány pro histidin, serin, methionin a fenylalanin, ale jejich metabolické dráhy tento typ nezahrnují. reakcí.
Transaminační reakce mezi aminokyselinami a a-keto kyselinami byly objeveny v roce 1937 Braunsteinem a Kritzmannem a od té doby byly předmětem intenzivních studií, protože se vyskytují v mnoha tkáních různých organismů a pro různé účely.
Například u lidí jsou transaminázy široce distribuovány v tělesných tkáních a jsou zvláště aktivní v srdeční svalové tkáni, játrech, kosterní svalové tkáni a ledvinách.
Reakční mechanismus
Transaminační reakce zahrnují víceméně stejný mechanismus. Jak bylo diskutováno dříve, tyto reakce se vyskytují jako reverzibilní výměna aminoskupiny mezi aminokyselinou a a-keto kyselinou (deaminovanou), čímž se vytvoří a-keto kyselina donorové aminokyseliny a aminokyselina receptoru a-keto kyseliny.
Tyto reakce závisí na sloučenině známé jako pyridoxal fosfát, derivát vitaminu B6, který se účastní jako transportér aminoskupin a který se váže na transaminázové enzymy vytvářením Schiffovy báze mezi aldehydovou skupinou této molekuly. a e-amino zbytku lysinu v aktivním místě enzymu.
Vazba mezi pyridoxal fosfátem a lysinovým zbytkem v aktivním místě není kovalentní, ale nastává elektrostatickou interakcí mezi kladným nábojem dusíku na lysinu a záporným nábojem na fosfátové skupině pyridoxalu.
V průběhu reakce aminokyselina, která funguje jako substrát, vytlačí e-aminoskupinu lysinového zbytku v aktivním místě, které se účastní Schiffovy báze pyridoxalem.
Mezitím se dvojice elektronů z alfa uhlíku aminokyseliny odstraní a převede na pyridinový kruh, který tvoří pyridoxal fosfát (pozitivně nabitý) a potom se „doručí“ do a-keto kyseliny, která funguje jako druhý substrát.
Tímto způsobem se pyridoxalfosfát podílí nejen na přenosu nebo transportu aminoskupin mezi aminokyselinami a a-ketokyselinami, které jsou substráty transamináz, ale působí také jako „dřez“ elektronů, což usnadňuje disociaci vodík alfa aminokyseliny.
Stručně řečeno, první substrát, aminokyselina, přenáší svou aminoskupinu na pyridoxal fosfát, odkud je následně převeden na druhý substrát, a-keto kyselina, přičemž se mezitím vytvoří meziprodukt známý jako pyridoxamin fosfát.
Funkce transaminace
Enzymy transaminázy se obecně nacházejí v cytosolu a mitochondrii a fungují při integraci různých metabolických drah.
Například glutamátdehydrogenáza může při své reverzní reakci přeměnit glutamát na amonium, NADH (nebo NADPH) a a-ketoglutarát, který může vstoupit do cyklu kyseliny trikarboxylové a fungovat při výrobě energie.
Tento enzym, který je v mitochondriální matrici, představuje větev, která spojuje aminokyseliny s energetickým metabolismem, takže když buňce chybí dostatek energie ve formě uhlohydrátů nebo tuků, aby fungovaly, může alternativně použít některé aminokyseliny pro stejný účel.
Tvorba enzymu (glutamát dehydrogenázy) během vývoje mozku je nezbytná pro kontrolu detoxikace amonia, protože bylo prokázáno, že některé případy mentální retardace mají co do činění s nízkou aktivitou, což vede k hromadění amonia, které je škodlivé pro zdraví mozku.
V některých jaterních buňkách mohou být transgenní reakce také použity pro syntézu glukózy glukoneogenezí.
Glutamin je enzymem glutaminázou přeměněn na glutamát a amonium. Dále se glutamát převede na a-ketoglutarát, který vstupuje do Krebsova cyklu a poté glukoneogenezi. K tomuto poslednímu kroku dochází díky skutečnosti, že malát, jeden z produktů této trasy, je dopravován na vnější stranu mitochondrií pomocí raketoplánu.
Tento raketoplán zanechává α-ketoglutarát na milosrdenství jablečného enzymu, který jej převádí na pyruvát. Dvě pyruvátové molekuly mohou být poté přeměněny na jednu molekulu glukózy pomocí glukoneogeneze.
Příklady
Nejběžnější transaminační reakce se týkají aminokyselin alaninu, kyseliny glutamové a kyseliny asparagové.
Některé enzymy aminotransferázy mohou, kromě pyridoxal fosfátu, používat pyruvát jako „koenzym“, jak je tomu v případě glutamát-pyruvát transaminázy, která katalyzuje následující reakci:
glutamát + pyruvát ↔ alanin + a-ketoglutarát
Svalové buňky závisí na této reakci a produkují alanin z pyruvátu a získávají energii prostřednictvím Krebsova cyklu prostřednictvím a-ketoglutarátu. V těchto buňkách závisí použití alaninu jako zdroje energie na eliminaci aminoskupin jako amonných iontů v játrech močovinovým cyklem.
Alaninová transaminační reakce (Zdroj: Tomas Drab přes Wikimedia Commons)
Další velmi důležitou transaminační reakcí u různých druhů je reakce katalyzovaná enzymem aspartátaminotransferáza:
L-aspartát + α-ketoglutarát ↔ oxaloacetát + L-glutamát
V neposlední řadě transaminační reakce kyseliny y-aminomáselné (GABA), neproteinové aminokyseliny nezbytné pro centrální nervový systém, která funguje jako inhibiční neurotransmiter. Reakce je katalyzována transaminázou kyseliny y-aminomáselné a je víceméně následující:
α-Ketoglutarát + kyselina 4-aminobutanová ↔ Glutamát + sukcinát semialdehyd
Sukcinický semialdehyd je přeměňován na kyselinu jantarovou oxidační reakcí a tato může vstoupit do Krebsova cyklu za účelem výroby energie.
Reference
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Metabolismus bílkovin a aminokyselin. Medical Biochemistry (4. vydání), Academic Press: San Diego, CA, USA, 331.
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950). Rozsah transaminační reakce ve zvířecích tkáních. Journal of Biological Chemistry, 187, 439-452.
- Ha, CE a Bhagavan, NV (2011). Základy lékařské biochemie: s klinickými případy. Academic Press.
- Litwack, G. (2017). Biochemie člověka. Academic Press.
- Rowsell, EV (1956). Transaminace pyruvátem a jinými a-keto kyselinami. Biochemical Journal, 64 (2), 246.
- Snell, EE a Jenkins, WT (1959). Mechanismus transaminační reakce. Journal of celulární a srovnávací fyziologie, 54 (S1), 161-177.