ASPARAGIN: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA, FUNKCIJE, BIOSINTEZA - BIOLOGIJA - 2025

Asparagin (Asn ili N) je važan aminokiselina za stanične signalizacije i vezanje između proteina i ugljikohidrata. Ovo je jedna od 22 osnovne aminokiseline i klasificirana je kao neesencijalna, jer je sintetizira u tijelu sisavaca.

Ova aminokiselina razvrstana je u skupinu neispunjenih polarnih aminokiselina i bila je prva otkrivena aminokiselina, činjenica koja se dogodila 1806. godine, gdje su je francuski kemičari Vauquelin i Robiquet izolirali iz soka šparoga (vrsta zeljaste biljke).

Kemijska struktura aminokiseline Asparagin (Izvor: Borb, putem Wikimedia Commons)

Unatoč ranom otkriću, biološka i prehrambena uloga asparagina nije prepoznata tek više od 100 godina kasnije, kada je 1932. godine potvrđena njegova prisutnost u strukturi proteina prisutnog u sjemenkama konoplje.

Asparagin i glutamin služe kao supstrati za amidne skupine dviju drugih vrlo uobičajenih aminokiselina u proteinima: aspartatu (asparaginska kiselina) i glutamatu (glutaminska kiselina). Asparagin i glutamin lako se hidroliziraju u te aminokiseline enzimskim djelovanjem ili kiselim i bazičnim spojevima.

Mnogi enzimi serinske proteaze koji hidroliziraju peptidne veze imaju aspargin u bočnom lancu njihovog aktivnog mjesta. Ovaj ostatak ima djelomični negativni naboj i odgovoran je za komplementarno vezivanje s pozitivnim nabojem ciljnih peptida, približavajući ih mjestu cijepanja.

Enzim odgovoran za sintezu oksaloacetata iz asparagina koristi se u kemoterapijskim tretmanima i poznat je kao L-asparaginaza koji je odgovoran za kataliziranje hidrolizne fragmentacije amidne skupine asparagina u aspartat i amonij.

Asparaginaza je prekomjerno izražena i pročišćena iz Escherichia coli, da bi se ubrizgavala djeci u djetinjstvu s akutnom limfoblastičnom leukemijom, jer i normalni i zloćudni limfociti ovise o hvatanju asparagina u krvi za njihov rast i razmnožavanje.

Karakteristike i struktura

Sve kemijske strukture aminokiselina imaju karboksilnu skupinu (-COOH), amino skupinu (-NH3 +), vodik (-H) i R skupinu ili supstituent koji su vezani na isti središnji atom ugljika, poznat kao ugljik. α.

Aminokiseline se međusobno razlikuju po identitetu njihovih bočnih lanaca, koji su poznati kao R skupine i koji mogu varirati u veličini, strukturi, funkcionalnim skupinama, pa čak i električnom naboju.

Ugljikovi atomi R skupina identificiraju se slovima grčke abecede. Prema tome, u slučaju asparagina, ugljikovi R-lanca su identificirani kao β i γ ugljikovi.

Prema drugim vrstama nomenklatura, ugljikov atom u karboksilnoj skupini (-COOH) naveden je kao C-1, tako da, nastavljajući s numeriranjem, α-ugljik bi bio C-2 i tako dalje.

Molekula asparagina ima četiri atoma ugljika, uključujući α-ugljik, ugljik karboksilne skupine i dva atoma ugljika koji su dio R skupine, poznate kao karboksamid (-CH2-CO-NH2).

Ova skupina karboksamida nalazi se samo u dvije aminokiseline: u asparaginu i u glutaminu. Ima svojstvo da može formirati vodikove veze vrlo lako kroz amino skupinu (-NH2) i karbonilnu skupinu (-CO).

Klasifikacija

Asparagin pripada skupini neispunjenih polarnih aminokiselina, koje su visoko topljive u vodi i visoko hidrofilne aminokiseline (zbog svoje sposobnosti stvaranja više vodikovih veza).

Serin, treonin, cistein i glutamin nalaze se također u skupini neispunjenih polarnih aminokiselina. Sve su to „zwitterionski“ spojevi, budući da u svom R lancu imaju polarnu skupinu koja doprinosi neutralizaciji naboja.

Sve neispunjene polarne aminokiseline nisu ionizirajuće pri pH blizu 7 (neutralni), odnosno nemaju pozitivne ili negativne naboje. Međutim, u kiselim i bazičnim medijima supstituenti ioniziraju i dobivaju naboj.

Stereokemija

Središnji ugljik ili α ugljik aminokiselina je kiralni ugljik, stoga na njega su pričvršćena četiri različita supstituenta, što znači da postoje barem dva različita stereoizomera za svaku aminokiselinu.

Stereoizomeri su zrcalne slike molekula koje imaju istu molekularnu formulu, ali se ne mogu međusobno nadoknaditi, poput ruku (lijevo i desno). Označeni su slovom D ili L, jer eksperimentalno otopine ovih aminokiselina rotiraju ravninu polariziranog svjetla u suprotnim smjerovima.

Opća asimetrija aminokiselina čini stereohemiju ovih spojeva od velike važnosti, jer svaka od njih ima različita svojstva, sintetizira se i sudjeluje u različitim metaboličkim putevima.

Asparagin se može naći u obliku D-asparagin ili L-asparagin, a posljednji je najčešći u prirodi. Sintetizira ga L-asparagin sintetaza, a metabolizira ga L-asparaginaza, oba enzima vrlo su bogata u jetri kralježnjaka.

Značajke

Jednostavnost vezanja asparagina vodikom čini presudnu aminokiselinu za strukturnu stabilnost proteina, jer on može formirati unutarnje vodikove veze sa bočnim lancima ostalih aminokiselina koje ih čine.

Asparagin se obično nalazi na površini tipičnih proteina u vodenom mediju, stabilizirajući njihovu strukturu.

Mnogi glikoproteini mogu se spojiti s ugljikohidratima ili ugljikohidratima kroz ostatak asparagina, treonina ili serina. U slučaju asparagina, acetil galaktozamin se obično prvo veže na amino skupinu N-glikozilacijom.

Važno je napomenuti da su u svim N-glikoziliranim glikoproteinima ugljikohidrati na njih spojeni kroz ostatak asparagina koji se nalazi u specifičnom području označenom kao Asn-X-Ser / Thr, gdje je X bilo koja aminokiselina.

Ti se glikoproteini sakupljaju u endoplazmatskom retikuluu, gdje se glikoziliraju kako se prevodi.

biosinteza

Svi eukariotski organizmi asimiliraju amonijak i pretvaraju ga u glutamat, glutamin, karbamil fosfat i asparagin. Asparagin se može sintetizirati iz glikolitičkih intermedijara, u ciklusu limunske kiseline (iz oksaloacetata) ili iz prekursora koji se konzumiraju u prehrani.

Enzim asparagin sintetaza je glutamin i ATP-ovisna amidotransferaza koja cijepa ATP na AMP i anorganski pirofosfat (PPi), a koristi amonijak ili glutamin da katalizira reakciju amidacije i pretvori aspartat u asparagin.

I bakterije i životinje imaju asparagin sintetazu, međutim, u bakterijama enzim koristi amonijev ion kao davatelj dušika, dok kod sisavaca asparagin sintetaza koristi glutamin kao glavni donositelj dušične skupine.

Enzimska razgradnja molekule ATP na AMP i anorganski pirofosfat (PPi), zajedno s glutaminom kao davateljem amidne skupine, glavne su razlike s obzirom na biosintezu L-glutamina između različitih organizama.

degradacija

Većina studija o metabolizmu asparagina provedena je u biljkama, budući da su u početku studije kod sisavaca kočile nedostatak dovoljno osjetljivih metodologija za ispitivanje aminokiselina na razini složenijih sustava.

L-asparagin se kontinuirano hidrolizira u sisavaca pomoću L-asparaginaze kako bi se dobila aspartanska kiselina i amonij. Koristi se za sintezu glikoproteina i jedan je od glavnih prekursora oksaloacetata za ciklus limunske kiseline.

Enzim asparaginaza katalizira hidrolizu asparagina do aspartata, nakon čega se aspartat transaminira s α-ketoglutaratom u proizvodnju glutamata i oksaloacetata.

Asparagin sintetaza, poznata i kao aspartat-amonijačna ligaza, nalazi se obilno u stanicama mozga odraslih sisavaca.

Kad se u tijelu opaža niska razina ovog enzima, nastaje ono što je poznato kao "aminoacidopathie" jer se supstrati prethodnika akumuliraju u citoplazmi moždanih stanica.

Hrana bogata asparaginom

Osobe s akutnom limfoblastičnom leukemijom obično imaju nedostatak enzima asparagin sintetaza i ovise o cirkulacijskom asparaginu, pa se preporučuje prehrana bogata asparginom ili egzogenom opskrbom.

Među mnogim namirnicama s visokim sadržajem asparagina spadaju školjke, perad i njihova jaja, goveđa goveda, mliječni proizvodi i njihovi derivati ​​te povrće poput šparoga, krumpira, gomolja itd.

Postoje koncentrati L-asparagina koji su formulirani za natjecateljske natjecatelje koji su vrlo konkurentni, jer njihova konzumacija pomaže obnavljanju proteina koji čine tkiva.

Uz to, ljudi koji imaju manjak sinteze aminokiselina, također uzimaju ove tablete kako bi izbjegli poremećaje u središnjem živčanom sustavu.

Asparagin je lakše metabolizirati kroz njegov L-asparagin oblik, jer mnogi enzimi koji su uključeni u njegov metabolizam ne prepoznaju oblik D-asparagina, i samim tim, nisu svi asparagin uneseni u hranu dostupni različitim tjelesni procesi.

Obilan unos asparagina može biti koristan, međutim, preporučuje se ne konzumirati ga u pretjeranom obliku u obliku tableta, jer je utvrđeno da obilne koncentracije L-asparagina iz lijekova povećavaju razvoj tumorskih stanica.

Reference

1. Cooney, DA, Capizzi, RL, & Handschumacher, RE (1970). Procjena metabolizma L-asparagina u životinja i čovjeka. Istraživanje raka, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, & Even, HL (1976). Iskorištavanje D-asparagina od Saccharomyces cerevisiae. Časopis za bakteriologiju, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., i Marsolais, F. (2017). Napreduje metabolizam asparagina. U tijeku botanike Vol. 79 (str. 49-74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., i Kornfeld, S. (1985). Sastavljanje oligosaharida povezanih sa asparaginom. Godišnji pregled biokemije, 54 (1), 631-664
5. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokemija. Pearson Education.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehningerovi principi biokemije. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). l-asparagin. Acta Crystallographica Odjeljak E: Izvješća o strukturi na mreži, 63 (9), 3802-3803.