ASPARAGINA: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII, BIOSINTEZĂ - BIOLOGIE - 2025

Asparagina (Asn sau N) este un aminoacid important pentru celula de semnalizare și legarea între proteine și carbohidrați. Acesta este unul dintre cei 22 de aminoacizi de bază și este clasificat ca neesențial, deoarece este sintetizat de corpul mamiferelor.

Acest aminoacid este clasificat în grupul de aminoacizi polari neîncărcați și a fost primul aminoacid descoperit, fapt care a avut loc în 1806, unde a fost izolat de sucul de sparanghel (un fel de plantă erbacee) de către chimiștii francezi Vauquelin și Robiquet.

Structura chimică a aminoacizului Asparagine (Sursa: Borb, prin Wikimedia Commons)

În ciuda descoperirii sale timpurii, rolul biologic și nutrițional al asparaginei nu a fost recunoscut decât după peste 100 de ani mai târziu, când, în 1932, a fost confirmată prezența sa în structura unei proteine ​​prezente în semințele de cânepă.

Asparagina și glutamina servesc ca substraturi pentru grupele amide ale altor doi aminoacizi foarte comuni în proteine: aspartatul (acidul aspartic) și respectiv glutamatul (acidul glutamic). Asparagina și glutamina sunt ușor hidrolizate în acești aminoacizi prin acțiune enzimatică sau prin compuși acizi și bazici.

Multe enzime proteine ​​serine care hidrolizează legăturile peptidice au o asparagină pe lanțul lateral al locului lor activ. Acest reziduu are o sarcină negativă parțială și este responsabil pentru legarea în mod complementar cu sarcina pozitivă a peptidelor țintă, aducându-le mai aproape de locul de clivaj.

Enzima responsabilă pentru sinteza oxaloacetatului din asparagină este utilizată în tratamente chimioterapeutice și este cunoscută sub numele de L-asparaginaza, care este responsabilă de catalizarea fragmentării hidrolitice a grupului amidă a asparaginei la aspartat și amoniu.

Asparaginasa este supra-exprimată și purificată de Escherichia coli, pentru a fi injectată la pacienții din copilărie cu leucemie limfoblastică acută, deoarece limfocitele normale și maligne depind de capturarea asparaginei în sânge pentru creșterea și înmulțirea lor.

Caracteristici și structură

Toate structurile chimice ale aminoacizilor au o grupare carboxil (-COOH), o grupare amino (-NH3 +), un hidrogen (-H) și o grupare R sau un substituent care sunt atașate la același atom de carbon central, cunoscut sub numele de carbon. α.

Aminoacizii diferă între ei prin identitatea lanțurilor lor laterale, care sunt cunoscute sub numele de grupe R și care pot varia ca mărime, structură, grupuri funcționale și chiar sarcină electrică.

Atomii de carbon ai grupărilor R sunt identificați cu literele alfabetului grec. Astfel, în cazul asparaginei, carbonii lanțului R sunt identificați ca β și γ.

Conform altor tipuri de nomenclaturi, atomul de carbon din grupul carboxil (-COOH) este listat ca C-1, deci, continuând cu numerotarea, α-carbonul ar fi C-2 și așa mai departe.

O moleculă de asparagină are patru atomi de carbon, incluzând α-carbonul, carbonul grupării carboxilice și doi atomi de carbon care fac parte din grupa R, cunoscută sub numele de carboxamidă (-CH2-CO-NH2).

Această grupare carboxamidă se găsește doar în doi aminoacizi: în asparagină și în glutamină. Are caracteristica că poate forma legături de hidrogen foarte ușor prin intermediul grupării amino (-NH2) și a grupării carbonil (-CO).

Clasificare

Asparagina aparține grupului de aminoacizi polari neîncărcați, care sunt aminoacizi puternic solubili în apă și foarte hidrofili (datorită capacității lor de a forma legături multiple de hidrogen).

Serină, treonină, cisteină și glutamină se găsesc, de asemenea, în grupul aminoacizilor polari neîncărcați. Toți aceștia sunt compuși „zwitterionici”, deoarece au o grupare polară în lanțul lor R care contribuie la neutralizarea sarcinilor.

Toți aminoacizii polari neîncărcați nu sunt ionizabili la pH-ul apropiat de 7 (neutru), adică nu au sarcini pozitive sau negative. Cu toate acestea, în mediile acide și bazice, substituenții ionizează și dobândesc o sarcină.

Stereochimie

Carbonul central sau carbonul a al aminoacizilor este un carbon chiral, prin urmare, are atașați patru substituenți diferiți, ceea ce înseamnă că există cel puțin doi stereoizomeri distingibili pentru fiecare aminoacid.

Stereoizomerii sunt imagini în oglindă ale unei molecule care au aceeași formulă moleculară, dar nu sunt suprapuse între ele, la fel ca mâinile (stânga și dreapta). Acestea sunt notate cu litera D sau L, deoarece experimental soluțiile acestor aminoacizi rotesc planul luminii polarizate în direcții opuse.

Asimetria generală a aminoacizilor face ca stereochimia acestor compuși să fie de mare importanță, deoarece fiecare are proprietăți diferite, este sintetizat și participă la diferite căi metabolice.

Asparagina poate fi găsită sub forma D-asparagină sau L-asparagină, aceasta din urmă fiind cea mai frecventă în natură. Este sintetizată de L-asparagina sintaza și metabolizată de L-asparaginaza, ambele enzime sunt foarte abundente în ficatul vertebratelor.

Caracteristici

Ușurătatea legării de hidrogen a asparaginei îl face un aminoacid crucial pentru stabilitatea structurală a proteinelor, deoarece poate forma legături interne de hidrogen cu lanțurile laterale ale celorlalți aminoacizi care le compun.

Asparagina se găsește de obicei la suprafața proteinelor tipice în medii apoase, stabilizându-le structura.

Multe glicoproteine ​​pot fi atașate la carbohidrați sau carbohidrați printr-un reziduu de asparagină, treonină sau serină. În cazul asparaginei, o acetil galactosamină este în general mai întâi atașată la grupa amino prin N-glicozilare.

Este important de menționat că în toate glicoproteinele N-glicozilate, carbohidrații se leagă de ele printr-un reziduu de asparagină care se găsește într-o regiune specifică denumită Asn-X-Ser / Thr, unde X este orice aminoacid.

Aceste glicoproteine ​​sunt asamblate în reticulul endoplasmic, unde sunt glicozilate pe măsură ce sunt transpuse.

biosinteza

Toate organismele eucariote asimilează amoniacul și îl transformă în glutamat, glutamină, fosfat carbamil și asparagină. Asparagina poate fi sintetizată din intermediari glicolitici, în ciclul acidului citric (din oxaloacetat) sau de la precursorii consumați în dietă.

Enzima asparagină sintaza este o amidotransferază dependentă de glutamină și ATP, care elimină ATP de AMP și pirofosfat anorganic (PPi) și folosește amoniac sau glutamină pentru a cataliza o reacție de amidare și pentru a converti aspartatul în asparagină.

Atât bacteriile cât și animalele au o asparagină sintaza, cu toate acestea, în bacterii enzima folosește ionul de amoniu ca donator de azot, în timp ce la mamifere, asparagina sintaza folosește glutamina ca donator principal al grupării azotului.

Distribuția enzimatică a moleculei ATP în AMP și pirofosfat anorganic (PPi), împreună cu glutamina ca donator al grupului amidic, sunt diferențele principale în ceea ce privește biosinteza L-glutaminei între diferite organisme.

Degradare

Majoritatea studiilor asupra metabolismului asparaginei au fost efectuate la plante, deoarece inițial studiile la mamifere au fost împiedicate de lipsa metodologiilor suficient de sensibile pentru analizele de aminoacizi la nivelul sistemelor mai complexe.

L-asparagina este hidrolizată constant la mamifere de L-asparaginaza pentru a produce acid aspartic și amoniu. Este utilizat pentru sinteza glicoproteinelor și este unul dintre principalii precursori ai oxaloacetatului pentru ciclul acidului citric.

Enzima asparaginaza catalizează hidroliza asparaginei în aspartat, ulterior aspartatul este transaminat cu α-cetoglutarat pentru a produce glutamat și oxaloacetat.

Asparagina sintaza, cunoscută și sub denumirea de aspartat-amoniac ligază, se găsește din abundență în celulele adulte ale creierului mamiferelor.

Când nivelurile scăzute ale acestei enzime sunt percepute în organism, ceea ce este cunoscut sub numele de „aminoacidopatii” este format, deoarece substraturile precursoare se acumulează în citoplasma celulelor creierului.

Alimente bogate în asparagină

Persoanele cu leucemie limfoblastică acută, de obicei, au deficiențe în enzima asparagina sintaza și depind de circulația asparaginei, de aceea este recomandată o dietă bogată în asparagină sau o furnizare exogenă a acesteia.

Printre numeroasele alimente cu un conținut ridicat de asparagină se numără scoicile, păsările de curte și ouăle lor, vitele de vită, produsele lactate și derivatele acestora, precum și legumele precum sparanghelul, cartofii, tuberculii etc.

Există concentrate de L-asparagină care sunt formulate pentru sportivii extrem de competitivi, deoarece consumul lor ajută la regenerarea proteinelor care alcătuiesc țesuturile.

În plus, persoanele care au o deficiență de sinteză de aminoacizi iau și aceste tablete pentru a evita tulburările din sistemul lor nervos central.

Asparagina este mai ușor de metabolizat prin forma sa de L-asparagină, deoarece multe dintre enzimele implicate în metabolismul acesteia nu recunosc forma D-asparagina și, prin urmare, nu toată asparagina ingerată în alimente este disponibilă pentru diferiți procesele corpului.

Aportul abundent de asparagină poate fi benefic, cu toate acestea, se recomandă să nu se consume în exces sub formă de tablete, deoarece s-a stabilit că concentrații abundente de L-asparagină din medicamente cresc dezvoltarea celulelor tumorale.

Referințe

1. Cooney, DA, Capizzi, RL, & Handschumacher, RE (1970). Evaluarea metabolismului L-asparaginei la animale și la om. Cercetarea cancerului, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, & Even, HL (1976). Utilizarea D-asparaginei de către Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Avansuri în metabolismul asparaginei. In Progress in Botany Vol. 79 (p. 49-74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., & Kornfeld, S. (1985). Adunarea oligozaharidelor legate de asparagină. Analiza anuală de biochimie, 54 (1), 631-664
5. Mathews, CK și Ahern, KG (2002). Biochimie. Pearson Education.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Principiile biochimiei Lehninger. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). l-asparagină. Secțiunea E Acta Crystallographica: Rapoarte de structură online, 63 (9), 3802-3803.