Transaminacija je vrsta kemijske reakcije koja djeluje u „preraspodjeli” od amino skupine iz amino kiselina, jer uključuje povratni procesa aminacije (adiciju amino skupine) i deaminacija (uklanjanje amino skupine), koji su kataliziranu specifični enzimi poznati kao transaminaze ili aminotransferaze.
Opća reakcija transaminacije uključuje razmjenu između aminokiseline i bilo koje α-keto kiseline, pri čemu razmjena amino skupine daje keto kiselinsku verziju prve supstratne aminokiseline i aminokiselinsku verziju prvog supstrata α-keto kiseline.
Grafička shema reakcije aminotransfera između aminokiseline i alfa-keto kiseline (Izvor: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Amino grupa koja se obično razmjenjuje je "alfa" amino, to jest ona koja sudjeluje u stvaranju peptidnih veza i koja definira strukturu aminokiselina, mada se mogu dogoditi i reakcije koje uključuju druge amino skupine prisutne na različitim položajima.,
Uz iznimku lizina, treonina, prolina i hidroksiprolina, sve aminokiseline sudjeluju u reakcijama transaminacije, iako su transaminaze opisane za histidin, serin, metionin i fenilalanin, ali njihovi metabolički putevi ne uključuju ovu vrstu reakcija.
Reakcije transaminacije između aminokiselina i α-keto kiselina otkrili su 1937. Braunstein i Kritzmann i od tada su oni bili predmet intenzivnih studija, jer se javljaju u mnogim tkivima različitih organizama i u različite svrhe.
Na primjer, kod ljudi su transaminaze široko raspoređene u tjelesnim tkivima i posebno su aktivne u tkivima srčanog mišića, jetri, koštanom mišićnom tkivu i bubrezima.
Mehanizam reakcije
Reakcije transaminacije uključuju manje ili više isti mehanizam. Kao što je ranije spomenuto, ove reakcije nastaju kao reverzibilna razmjena amino skupine između aminokiseline i α-keto kiseline (deaminirane), stvarajući α-keto kiselinu donorske aminokiseline i aminokiseline receptora α-keto kiseline.
Te reakcije ovise o spoju poznatom kao piridoksal fosfat, derivat vitamina B6 koji sudjeluje kao prijenosnik amino skupina i koji se veže za enzime transaminaze stvarajući Schiffovu bazu između aldehidne skupine ove molekule. i ε-amino lizinskog ostatka na aktivnom mjestu enzima.
Veza između piridoksal fosfata i ostatka lizina na aktivnom mjestu nije kovalentna, već se javlja elektrostatskom interakcijom između pozitivnog naboja dušika u lizinu i negativnog naboja na fosfatnoj skupini piridoksala.
Tijekom reakcije, aminokiselina koja djeluje kao supstrat istiskuje ε-amino skupinu lizinskog ostatka u aktivnom mjestu koje sudjeluje u Schiffovoj bazi s piridoksalom.
U međuvremenu se par elektrona iz alfa ugljika aminokiseline uklanja i prebacuje u piridinski prsten koji čini piridoksal fosfat (pozitivno nabijen) i zatim se "dostavlja" α-keto kiselini koja djeluje kao drugi supstrat.
Na taj način, piridoksalni fosfat ne samo da sudjeluje u prenošenju ili transportu aminokiselina između aminokiselina i α-keto kiselina koje su supstrati transaminaza, već djeluje i kao "sudoper" elektrona, olakšavajući disocijaciju alfa aminokiselina vodik.
Ukratko, prvi supstrat, aminokiselina, prenosi svoju aminokiselinu u piridoksalni fosfat odakle se zatim prenosi na drugi supstrat, a-keto kiselinu, stvarajući u međuvremenu intermedijarni spoj poznat kao piridoksamin fosfat.
Funkcija transaminacije
Enzimi transaminaze nalaze se uglavnom u citosolu i mitohondrijima i funkcioniraju u integraciji različitih metaboličkih putova.
Na primjer, glutamat dehidrogenaza može pretvoriti glutamat u amonij, NADH (ili NADPH) i α-ketoglutarat, koji može ući u ciklus trikarboksilne kiseline i funkcionirati za proizvodnju energije.
Ovaj enzim, koji se nalazi u mitohondrijskom matriksu, predstavlja granu koja povezuje aminokiseline s energetskim metabolizmom, tako da kad ćeliji nedostaje dovoljno energije u obliku ugljikohidrata ili masti za funkcioniranje, može alternativno koristiti neke aminokiseline za istu svrhu.
Stvaranje enzima (glutamata dehidrogenaza) tijekom razvoja mozga bitno je za kontrolu detoksikacije amonijakom, jer je pokazano da neki slučajevi mentalne retardacije imaju veze s niskom aktivnošću ove, što dovodi do Nakupljanje amonijaka, što štetno djeluje na zdravlje mozga.
U nekim stanicama jetre, reakcije transaminacije mogu se koristiti i za sintezu glukoze glukoneogenezom.
Glutamin se enzimom glutaminazom pretvara u glutamat, a amonij. Tada se glutamat pretvara u α-ketoglutarat, koji ulazi u Krebsov ciklus, a zatim u glukoneogenezu. Ovaj posljednji korak događa se zahvaljujući činjenici da se malat, jedan od proizvoda rute, pomoću shuttlea transportira do vanjske strane mitohondrija.
Taj šatl ostavlja α-ketoglutarat na volju zlobnog enzima, koji ga pretvara u piruvat. Dvije molekule piruvata mogu se tada pretvoriti u jednu molekulu glukoze putem glukoneogeneze.
Primjeri
Najčešće reakcije transaminacije povezane su s aminokiselinama alaninom, glutaminskom kiselinom i aspartanskom kiselinom.
Neki aminotransferazni enzimi mogu, osim piridoksal fosfata, koristiti piruvat i kao „koenzim“, kao što je slučaj glutamat-piruvat transaminaze, koji katalizira sljedeću reakciju:
glutamat + piruvat ↔ alanin + α-ketoglutarat
Mišićne stanice ovise o ovoj reakciji da nastanu alanin iz piruvata i da dobivaju energiju u Krebsovom ciklusu kroz α-ketoglutarat. U tim ćelijama uporaba alanina kao izvora energije ovisi o eliminaciji amino skupina kao amonijevih iona u jetri kroz ciklus uree.
Reakcija alanin transaminacije (Izvor: Tomas Drab putem Wikimedia Commonsa)
Druga vrlo važna reakcija transaminacije kod različitih vrsta je ona koja katalizira enzim aspartat aminotransferaza:
L-aspartat + α-ketoglutarat ↔ oksaloacetat + L-glutamat
Konačno, ali ne najmanje bitno, reakcija transaminacije γ-aminobuterne kiseline (GABA), neproteinske aminokiseline važne za središnji živčani sustav koja djeluje kao inhibitorni neurotransmiter. Reakcija je katalizirana transaminazom γ-aminobuterne kiseline i manje ili više je sljedeća:
α-ketoglutarat + 4-aminobutanojeva kiselina ↔ glutamat + sokcinan polualdehid
Sokcinicni polualdehid pretvara se u oksidacijsku kiselinu reakcijom oksidacije i on može ući u Krebsov ciklus za proizvodnju energije.
Reference
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Metabolizam proteina i aminokiselina. Medicinska biokemija (4. izd.), Academic Press: San Diego, CA, SAD, 331.
- Cammarata, PS, Cohen, PP (1950). Opseg reakcije transaminacije u životinjskim tkivima. Časopis za biološku kemiju, 187, 439-452.
- Ha, CE, & Bhagavan, NV (2011). Osnove medicinske biokemije: s kliničkim slučajevima. Akademska štampa.
- Litwack, G. (2017). Ljudska biokemija. Akademska štampa.
- Rowsell, EV (1956). Transaminacije piruvatom i drugim α-keto kiselinama. Biochemical Journal, 64 (2), 246.
- Snell, EE i Jenkins, WT (1959). Mehanizam reakcije transaminacije. Časopis za staničnu i komparativnu fiziologiju, 54 (S1), 161-177.