Μεταναμινοποίηση αμινοξέων είναι η διαδικασία διαμοριακής μεταφοράς από την αρχική ουσία της αμινομάδας στο κετοξύ χωρίς σχηματισμό αμμωνίας. Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τα χαρακτηριστικά αυτής της αντίδρασης, καθώς και τη βιολογική της σημασία.
Ιστορικό ανακάλυψης
Η αντίδραση τρανσαμίνωσης αμινοξέων ανακαλύφθηκε από τους Σοβιετικούς χημικούς Kritzman και Brainstein το 1927. Οι επιστήμονες εργάστηκαν στη διαδικασία απαμίνωσης του γλουταμινικού οξέος στον μυϊκό ιστό και βρήκαν ότι καθώς το πυροσταφυλικό και το γλουταμινικό οξύ προστίθενται στο ομογενοποίημα του μυϊκού ιστού, σχηματίζεται η αλανίνη και το α-κετογλουταρικό οξύ. Η μοναδικότητα της ανακάλυψης ήταν ότι η διαδικασία δεν συνοδεύτηκε από σχηματισμό αμμωνίας. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, κατάφεραν να ανακαλύψουν ότι η τρανσαμίνωση των αμινοξέων είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία.
Όταν προχώρησαν οι αντιδράσεις, χρησιμοποιήθηκαν ως καταλύτες συγκεκριμένα ένζυμα, τα οποία ονομάστηκαν αμινοφεράσες (τρανμαμινάσες).
Δυνατότητες διαδικασίας
Τα αμινοξέα που εμπλέκονται στη τρανσαμίνωση μπορεί να είναι μονοκαρβοξυλικές ενώσεις. Σε εργαστηριακές μελέτες, διαπιστώθηκε ότι η τρανσαμίνωσηη ασπαραγίνη και η γλουταμίνη με κετοξέα εμφανίζονται σε ζωικούς ιστούς.
Η ενεργή συμμετοχή στη μεταφορά της αμινομάδας λαμβάνει τη φωσφορική πυριδοξάλη, η οποία είναι ένα συνένζυμο των τρανσαμινασών. Στη διαδικασία της αλληλεπίδρασης, σχηματίζεται φωσφορική πυριδοξαμίνη από αυτήν. Τα ένζυμα δρουν ως καταλύτης για αυτή τη διαδικασία: οξειδάση, πυριδοξαμινάση.
Μηχανισμός αντίδρασης
Η διαμεταμίνωση αμινοξέων εξηγήθηκε από τους Σοβιετικούς επιστήμονες Shemyakin και Braunstein. Όλες οι τρανσαμινάσες έχουν το συνένζυμο φωσφορική πυριδοξάλη. Οι αντιδράσεις μετάδοσης που επιταχύνει είναι παρόμοιες σε μηχανισμό. Η διαδικασία προχωρά σε δύο στάδια. Πρώτον, η φωσφορική πυριδοξάλη παίρνει μια λειτουργική ομάδα από το αμινοξύ, με αποτέλεσμα το σχηματισμό κετοξέος και φωσφορικής πυριδοξαμίνης. Στο δεύτερο στάδιο, αντιδρά με το α-κετο οξύ, ως τελικά προϊόντα σχηματίζεται η φωσφορική πυριδοξάλη, το αντίστοιχο κετο οξύ. Σε τέτοιες αλληλεπιδράσεις, η φωσφορική πυριδοξάλη είναι ο φορέας της αμινομάδας.
Η διαμινοποίηση αμινοξέων με αυτόν τον μηχανισμό επιβεβαιώθηκε με μεθόδους φασματικής ανάλυσης. Επί του παρόντος, υπάρχουν νέα στοιχεία για την παρουσία ενός τέτοιου μηχανισμού στα έμβια όντα.
Αξία σε διαδικασίες ανταλλαγής
Τι ρόλο παίζει η τρανσαμίνωση αμινοξέων; Η αξία αυτής της διαδικασίας είναι αρκετά μεγάλη. Αυτές οι αντιδράσεις είναι κοινές σε φυτά και μικροοργανισμούς, σε ζωικούς ιστούς λόγω της υψηλής αντοχής τους σε χημικές, φυσικές,βιολογικοί παράγοντες, απόλυτη στερεοχημική εξειδίκευση σε σχέση με τα D- και L-αμινοξέα.
Η βιολογική έννοια της τρανσαμίνωσης αμινοξέων έχει αναλυθεί από πολλούς επιστήμονες. Έχει γίνει αντικείμενο λεπτομερούς μελέτης στις διαδικασίες μεταβολικών αμινοξέων. Κατά τη διάρκεια της έρευνας, διατυπώθηκε μια υπόθεση σχετικά με τη δυνατότητα της διαδικασίας τρανσαμίνωσης αμινοξέων με τη χρήση τρανσαμίνωσης. Ο Euler ανακάλυψε ότι στους ζωικούς ιστούς μόνο το L-γλουταμινικό οξύ απαμινώνεται από τα αμινοξέα με υψηλό ρυθμό, ενώ η διαδικασία καταλύεται από τη γλουταμική αφυδρογονάση.
Οι διαδικασίες απαμίνωσης και τρανσαμίνωσης του γλουταμικού οξέος είναι αναστρέψιμες αντιδράσεις.
Κλινική σημασία
Πώς χρησιμοποιείται η τρανσαμίνωση αμινοξέων; Η βιολογική σημασία αυτής της διαδικασίας έγκειται στη δυνατότητα διεξαγωγής κλινικών δοκιμών. Για παράδειγμα, ο ορός αίματος ενός υγιούς ατόμου έχει από 15 έως 20 μονάδες τρανσαμινασών. Στην περίπτωση αλλοιώσεων οργανικού ιστού, παρατηρείται κυτταρική καταστροφή, η οποία οδηγεί στην απελευθέρωση τρανσαμινασών στο αίμα από τη βλάβη.
Σε περίπτωση εμφράγματος του μυοκαρδίου, κυριολεκτικά μετά από 3 ώρες, το επίπεδο της ασπαρτικής αμινοτρανσφεράσης αυξάνεται στις 500 μονάδες.
Πώς χρησιμοποιείται η τρανσαμίνωση αμινοξέων; Η βιοχημεία περιλαμβάνει μια εξέταση τρανσαμινασών, σύμφωνα με τα αποτελέσματα της οποίας διαγιγνώσκεται ο ασθενής και επιλέγονται αποτελεσματικές μέθοδοι θεραπείας της ταυτοποιημένης νόσου.
Ειδικά κιτ χρησιμοποιούνται για διαγνωστικούς σκοπούς στην κλινική ασθενειώνχημικές ουσίες για την ταχεία ανίχνευση της γαλακτικής αφυδρογονάσης, της κρεατινικής κινάσης, της δραστηριότητας τρανσαμινασών.
Υπερτρανσαμιναιμία παρατηρείται σε παθήσεις των νεφρών, του ήπατος, του παγκρέατος, καθώς και σε περίπτωση οξείας δηλητηρίασης από τετραχλωράνθρακα.
Η μεταγωγή και η απαμίνωση αμινοξέων χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη διαγνωστική για την ανίχνευση οξέων ηπατικών λοιμώξεων. Αυτό οφείλεται σε απότομη αύξηση της αμινοτρανσφεράσης της αλανίνης σε ορισμένα ηπατικά προβλήματα.
Συμμετέχοντες σε διαμετακόμιση
Το γλουταμινικό οξύ έχει ιδιαίτερο ρόλο σε αυτή τη διαδικασία. Η ευρεία κατανομή σε φυτικούς και ζωικούς ιστούς, η στερεοχημική εξειδίκευση για τα αμινοξέα και η καταλυτική δραστηριότητα έχουν καταστήσει τις τρανσαμινάσες αντικείμενο μελέτης σε ερευνητικά εργαστήρια. Όλα τα φυσικά αμινοξέα (εκτός της μεθειονίνης) αλληλεπιδρούν με το α-κετογλουταρικό οξύ κατά τη διάρκεια της τρανσαμίνωσης, με αποτέλεσμα το σχηματισμό κετο- και γλουταμινικού οξέος. Υποβάλλεται σε απαμίνωση υπό τη δράση της γλουταμικής αφυδρογονάσης.
Επιλογές οξειδωτικής απαμίνωσης
Υπάρχουν άμεσοι και έμμεσοι τύποι αυτής της διαδικασίας. Η άμεση απαμίνωση περιλαμβάνει τη χρήση ενός μόνο ενζύμου ως καταλύτη· το προϊόν της αντίδρασης είναι κετο οξύ και αμμωνία. Αυτή η διαδικασία μπορεί να προχωρήσει με αερόβιο τρόπο, υποθέτοντας την παρουσία οξυγόνου ή με αναερόβιο τρόπο (χωρίς μόρια οξυγόνου).
Χαρακτηριστικά της οξειδωτικής απαμίνωση
Οι D-οξειδάσες των αμινοξέων δρουν ως καταλύτες της αερόβιας διεργασίας και οι οξειδάσες των L-αμινοξέων δρουν ως συνένζυμα. Αυτές οι ουσίες υπάρχουν στο ανθρώπινο σώμα, αλλά παρουσιάζουν ελάχιστη δραστηριότητα.
Η αναερόβια παραλλαγή οξειδωτικής απαμίνωσης είναι δυνατή για το γλουταμικό οξύ, η γλουταμική αφυδρογονάση δρα ως καταλύτης. Αυτό το ένζυμο υπάρχει στα μιτοχόνδρια όλων των ζωντανών οργανισμών.
Στην έμμεση οξειδωτική απαμίνωση, διακρίνονται δύο στάδια. Αρχικά, η αμινομάδα μεταφέρεται από το αρχικό μόριο στην κετο-ένωση, σχηματίζεται ένα νέο κετο και αμινοξέα. Επιπλέον, ο κετοσκελετός καταβολίζεται με συγκεκριμένους τρόπους, συμμετέχει στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος και στην αναπνοή των ιστών, τα τελικά προϊόντα θα είναι το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα. Σε περίπτωση ασιτίας, ο σκελετός άνθρακα των γλυκογόνων αμινοξέων θα χρησιμοποιηθεί για να σχηματίσει μόρια γλυκόζης στη γλυκονεογένεση.
Το δεύτερο στάδιο περιλαμβάνει την εξάλειψη της αμινομάδας με απαμίνωση. Στο ανθρώπινο σώμα, μια παρόμοια διαδικασία είναι δυνατή μόνο για το γλουταμινικό οξύ. Ως αποτέλεσμα αυτής της αλληλεπίδρασης, σχηματίζεται α-κετογλουταρικό οξύ και αμμωνία.
Συμπέρασμα
Ο προσδιορισμός της δραστικότητας δύο ενζύμων τρανσαμινοποίησης της ασπαρτικής αμινοτρανσφεράσης και της αμινοτρανσφεράσης της αλανίνης έχει βρει εφαρμογή στην ιατρική. Αυτά τα ένζυμα μπορούν να αλληλεπιδράσουν αναστρέψιμα με το α-κετογλουταρικό οξύ, μεταφέροντας λειτουργικές αμινο ομάδες από τα αμινοξέα σε αυτό,σχηματίζοντας κετοενώσεις και γλουταμικό οξύ. Παρά το γεγονός ότι η δραστηριότητα αυτών των ενζύμων αυξάνεται σε ασθένειες του καρδιακού μυός και του ήπατος, η μέγιστη δραστηριότητα βρίσκεται στον ορό του αίματος για την AST και για την ALT στην ηπατίτιδα.
Τα αμινοξέα είναι απαραίτητα για τη σύνθεση πρωτεϊνικών μορίων, καθώς και για το σχηματισμό πολλών άλλων ενεργών βιολογικών ενώσεων που μπορούν να ρυθμίσουν τις μεταβολικές διεργασίες στο σώμα: ορμόνες, νευροδιαβιβαστές. Επιπλέον, είναι δότες ατόμων αζώτου στη σύνθεση μη πρωτεϊνικών ουσιών που περιέχουν άζωτο, συμπεριλαμβανομένης της χολίνης, της κρεατίνης.
Ο μεταβολισμός των αμινοξέων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ενέργειας για τη σύνθεση του τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης. Η ενεργειακή λειτουργία των αμινοξέων έχει ιδιαίτερη αξία στη διαδικασία της ασιτίας, καθώς και στον σακχαρώδη διαβήτη. Ο μεταβολισμός των αμινοξέων σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε δεσμούς μεταξύ πολλών χημικών μετασχηματισμών που συμβαίνουν σε έναν ζωντανό οργανισμό.
Το ανθρώπινο σώμα περιέχει περίπου 35 γραμμάρια ελεύθερων αμινοξέων και η περιεκτικότητά τους στο αίμα είναι 3565 mg/dL. Μια μεγάλη ποσότητα από αυτά εισέρχεται στο σώμα από την τροφή, επιπλέον, βρίσκονται στους δικούς τους ιστούς, μπορούν επίσης να σχηματιστούν από υδατάνθρακες.
Σε πολλά κύτταρα (εκτός από τα ερυθροκύτταρα) χρησιμοποιούνται όχι μόνο για τη σύνθεση πρωτεϊνών, αλλά και για το σχηματισμό πουρίνης, νουκλεοτιδίων πυριμιδίνης, βιογενών αμινών, φωσφολιπιδίων μεμβράνης.
Κατά τη διάρκεια της ημέρας, περίπου 400 g πρωτεϊνικών ενώσεων διασπώνται σε αμινοξέα στο ανθρώπινο σώμα και η αντίστροφη διαδικασία συμβαίνει περίπου στην ίδια ποσότητα.
Ύφασμαοι πρωτεΐνες δεν είναι σε θέση να αναλάβουν το κόστος των αμινοξέων για τη σύνθεση άλλων οργανικών ενώσεων στην περίπτωση του καταβολισμού.
Στη διαδικασία της εξέλιξης, η ανθρωπότητα έχει χάσει την ικανότητα να συνθέτει πολλά αμινοξέα από μόνη της, επομένως, για να τα παρέχει στο σώμα πλήρως, είναι απαραίτητο να ληφθούν αυτές οι αζωτούχες ενώσεις από τα τρόφιμα. Οι χημικές διεργασίες στις οποίες συμμετέχουν τα αμινοξέα εξακολουθούν να αποτελούν αντικείμενο μελέτης από χημικούς και γιατρούς.
