Transaminacija aminokislin je proces medmolekularnega prenosa iz izhodne snovi amino skupine v keto kislino brez tvorbe amoniaka. Poglejmo podrobneje značilnosti te reakcije, pa tudi njen biološki pomen.
zgodovina odkritij
Reakcijo transaminacije aminokislin sta leta 1927 odkrila sovjetska kemika Kritzman in Brainstein. Znanstveniki so delali na procesu deaminacije glutaminske kisline v mišičnem tkivu in ugotovili, da z dodajanjem piruvične in glutaminske kisline homogenatu mišičnega tkiva nastajata alanin in α-ketoglutarna kislina. Edinstvenost odkritja je bila, da procesa ni spremljala tvorba amoniaka. Med poskusi so uspeli ugotoviti, da je transaminacija aminokislin reverzibilen proces.
Ko so se reakcije nadaljevale, so kot katalizatorje uporabili specifične encime, ki so jih imenovali aminoferaze (transmaminaze).
Procesne funkcije
Aminokisline, ki sodelujejo pri transaminaciji, so lahko monokarboksilne spojine. V laboratorijskih študijah je bilo ugotovljeno, da transaminacijaasparagin in glutamin s keton kislinami se pojavljata v živalskih tkivih.
Aktivno sodeluje pri prenosu amino skupine piridoksal fosfat, ki je koencim transaminaz. V procesu interakcije iz njega nastane piridoksamin fosfat. Encimi delujejo kot katalizator tega procesa: oksidaza, piridoksaminaza.
reakcijski mehanizem
Transaminacijo aminokislin sta razložila sovjetska znanstvenika Shemyakin in Braunstein. Vse transaminaze imajo koencim piridoksalfosfat. Prenosne reakcije, ki jih pospešuje, so po mehanizmu podobne. Postopek poteka v dveh fazah. Prvič, piridoksal fosfat vzame funkcionalno skupino iz aminokisline, kar povzroči nastanek keto kisline in piridoksamin fosfata. Na drugi stopnji reagira z α-keto kislino, kot končni produkt nastane piridoksal fosfat, ustrezna keto kislina. Pri takšnih interakcijah je piridoksal fosfat nosilec amino skupine.
Transaminacija aminokislin s tem mehanizmom je bila potrjena z metodami spektralne analize. Trenutno obstajajo novi dokazi o prisotnosti takšnega mehanizma pri živih bitjih.
Vrednost v menjalnih procesih
Kakšno vlogo igra transaminacija aminokislin? Vrednost tega postopka je precej velika. Te reakcije so pogoste pri rastlinah in mikroorganizmih, v živalskih tkivih zaradi njihove visoke odpornosti na kemične, fizikalne,biološki dejavniki, absolutna stereokemična specifičnost v zvezi z D- in L-aminokislinami.
Biološki pomen transaminacije aminokislin so analizirali številni znanstveniki. Postala je predmet podrobne študije metabolnih aminokislinskih procesov. V okviru raziskave je bila postavljena hipoteza o možnosti procesa transaminacije aminokislin s transdeaminacijo. Euler je odkril, da se v živalskih tkivih samo L-glutaminska kislina deaminira iz aminokislin z visoko hitrostjo, pri čemer ta proces katalizira glutamat dehidrogenaza.
Procesi deaminacije in transaminacije glutaminske kisline so reverzibilne reakcije.
Klinični pomen
Kako se uporablja transaminacija aminokislin? Biološki pomen tega procesa je v možnosti izvajanja kliničnih preskušanj. Na primer, krvni serum zdrave osebe ima od 15 do 20 enot transaminaz. V primeru lezij organskega tkiva opazimo uničenje celic, kar vodi do sproščanja transaminaz v kri iz lezije.
V primeru miokardnega infarkta se dobesedno po 3 urah raven aspartat aminotransferaze poveča na 500 enot.
Kako se uporablja transaminacija aminokislin? Biokemija vključuje transaminazni test, na podlagi katerega se bolniku postavi diagnoza in izberejo učinkovite metode zdravljenja ugotovljene bolezni.
Posebni kompleti se uporabljajo za diagnostične namene v kliniki boleznikemikalije za hitro odkrivanje laktat dehidrogenaze, kreatin kinaze, aktivnosti transaminaz.
Hipertransaminemijo opazimo pri boleznih ledvic, jeter, trebušne slinavke, pa tudi v primeru akutne zastrupitve z ogljikovim tetrakloridom.
Transaminacija in deaminacija aminokislin se uporabljata v sodobni diagnostiki za odkrivanje akutnih okužb jeter. To je posledica močnega povečanja alanin aminotransferaze pri nekaterih težavah z jetri.
udeleženci transaminacije
Glutaminska kislina ima v tem procesu posebno vlogo. Zaradi široke razširjenosti v rastlinskih in živalskih tkivih, stereokemične specifičnosti za aminokisline in katalitične aktivnosti so transaminaze postale predmet študija v raziskovalnih laboratorijih. Vse naravne aminokisline (razen metionina) med transaminacijo sodelujejo z α-ketoglutarno kislino, kar povzroči nastanek keto- in glutaminske kisline. Pod vplivom glutamat dehidrogenaze je podvržen deaminaciji.
Možnosti oksidativnega deaminiranja
Obstajajo neposredne in posredne vrste tega procesa. Neposredna deaminacija vključuje uporabo enega samega encima kot katalizatorja; reakcijski produkt sta ketonska kislina in amoniak. Ta proces lahko poteka na aerobni način, ob predpostavki prisotnosti kisika, ali na anaerobni način (brez molekul kisika).
Lastnosti oksidativne deaminacije
D-oksidaze aminokislin delujejo kot katalizatorji aerobnega procesa, oksidaze L-aminokislin pa kot koencimi. Te snovi so prisotne v človeškem telesu, vendar kažejo minimalno aktivnost.
Anaerobna varianta oksidativne deaminacije je možna za glutaminsko kislino, glutamat dehidrogenaza deluje kot katalizator. Ta encim je prisoten v mitohondrijih vseh živih organizmov.
Pri posredni oksidativni deaminaciji ločimo dve stopnji. Najprej se amino skupina prenese iz prvotne molekule v keto spojino, nastane nov keto in aminokisline. Nadalje se ketoskelet katabolizira na posebne načine, sodeluje v ciklu trikarboksilne kisline in tkivnem dihanju, končna produkta bosta voda in ogljikov dioksid. V primeru stradanja bo ogljikov skelet glukogenih aminokislin uporabljen za tvorbo molekul glukoze v glukoneogenezi.
Druga faza vključuje eliminacijo amino skupine z deaminacijo. V človeškem telesu je podoben proces možen le za glutaminsko kislino. Kot rezultat te interakcije nastaneta α-ketoglutarna kislina in amoniak.
Sklep
Določanje aktivnosti dveh encimov transaminacije aspartat aminotransferaze in alanin aminotransferaze je našlo uporabo v medicini. Ti encimi lahko reverzibilno medsebojno delujejo z α-ketoglutarno kislino, prenašajo funkcionalne amino skupine iz aminokislin nanjo,tvorba keto spojin in glutaminske kisline. Kljub dejstvu, da se aktivnost teh encimov poveča pri boleznih srčne mišice in jeter, je največja aktivnost v krvnem serumu za AST in za ALT pri hepatitisu.
Aminokisline so nepogrešljive pri sintezi beljakovinskih molekul, pa tudi pri tvorbi številnih drugih aktivnih bioloških spojin, ki lahko uravnavajo presnovne procese v telesu: hormoni, nevrotransmiterji. Poleg tega so darovalci dušikovih atomov pri sintezi nebeljakovinskih snovi, ki vsebujejo dušik, vključno s holinom, kreatinom.
Ketabolizem aminokislin se lahko uporablja kot vir energije za sintezo adenozin trifosforne kisline. Energetska funkcija aminokislin je še posebej pomembna v procesu stradanja, pa tudi pri sladkorni bolezni. Presnova aminokislin vam omogoča, da vzpostavite povezave med številnimi kemičnimi transformacijami, ki se pojavijo v živem organizmu.
Človeško telo vsebuje približno 35 gramov prostih aminokislin, njihova vsebnost v krvi pa je 3565 mg/dl. Velika količina jih vstopi v telo s hrano, poleg tega so v lastnih tkivih, lahko nastanejo tudi iz ogljikovih hidratov.
V mnogih celicah (razen eritrocitov) se ne uporabljajo samo za sintezo beljakovin, ampak tudi za tvorbo purinskih, pirimidinskih nukleotidov, biogenih aminov, membranskih fosfolipidov.
Čez dan se v človeškem telesu približno 400 g beljakovinskih spojin razgradi na aminokisline, obratni proces pa se zgodi v približno enaki količini.
Tkaninabeljakovine v primeru katabolizma ne morejo kriti stroškov aminokislin za sintezo drugih organskih spojin.
V procesu evolucije je človeštvo izgubilo sposobnost samostojne sinteze številnih aminokislin, zato je treba te spojine, ki vsebujejo dušik, pridobiti iz hrane, da bi jih telo v celoti zagotovilo.. Kemični procesi, v katerih sodelujejo aminokisline, so še vedno predmet preučevanja kemikov in zdravnikov.
