Transaminare este un tip de reacție chimică care operează în „redistribuirea“ grupărilor amino din aminoacizi, deoarece implică procese reversibile aminarea (adăugarea unei grupări amino) și dezaminarea (îndepărtarea unei grupări amino), care sunt catalizate de enzime specifice cunoscute sub numele de transaminaze sau aminotransferaze.
Reacția generală de transaminare implică schimbul între un aminoacid și orice acid α-ceto, unde schimbul unei grupe amino produce versiunea cetoacidă a primului aminoacid substrat și versiunea aminoacidă a primului substrat α-ceto acid.
Schema grafică a unei reacții de aminotransfer între un aminoacid și un acid alfa-ceto (Sursa: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Grupa amino care este schimbată de obicei este aminoafa "alfa", adică cea care participă la formarea legăturilor peptidice și care definește structura aminoacizilor, deși pot apărea și reacții care implică alte grupări amino prezente în diferite poziții. .
Cu excepția lizinei, treoninei, prolinei și hidroxiprolinei, toți aminoacizii participă la reacțiile de transaminare, deși transaminazele au fost descrise pentru histidină, serină, metionină și fenilalanină, dar căile lor metabolice nu implică acest tip. de reacții.
Reacțiile de transaminare între aminoacizi și acizi a-ceto au fost descoperite în 1937 de Braunstein și Kritzmann și de atunci au făcut obiectul unor studii intensive, deoarece apar în multe țesuturi ale diferitelor organisme și în scopuri diferite.
La om, de exemplu, transaminazele sunt distribuite pe scară largă în țesuturile corpului și sunt deosebit de active în țesutul muscular cardiac, ficatul, țesutul muscular și scheletul.
Mecanism de reacție
Reacțiile de transaminare implică mai mult sau mai puțin același mecanism. Așa cum s-a discutat anterior, aceste reacții au loc ca un schimb reversibil al unei grupări amino între un aminoacid și un acid a-ceto (dezaminat), producând acidul α-ceto al aminoacidului donator și aminoacidul receptorului acidului α-ceto.
Aceste reacții depind de un compus cunoscut sub numele de fosfat piridoxal, un derivat al vitaminei B6 care participă ca transportor al grupărilor amino și care se leagă la enzimele transaminazei prin formarea unei baze Schiff între grupa aldehidă a acestei molecule. și ε-amino a unui rezidu de lizină în situsul activ al enzimei.
Legătura dintre fosfatul piridoxal și reziduul de lizină din situsul activ nu este covalentă, ci are loc prin interacțiunea electrostatică între încărcarea pozitivă a azotului pe lizină și încărcarea negativă a grupului fosfat al piridoxalului.
În cursul reacției, aminoacidul care funcționează ca un substrat deplasează gruparea ε-amino a reziduului de lizină în situsul activ care participă la baza lui Schiff cu piridoxal.
Între timp, o pereche de electroni din carbonul alfa a aminoacidului sunt îndepărtați și transferați în inelul piridinei care formează fosfat piridoxal (încărcat pozitiv) și apoi „livrat” acidului α-ceto care funcționează ca un al doilea substrat.
În acest fel, fosfatul piridoxal nu participă numai la transferul sau transportul grupărilor amino între aminoacizi și α-cetoacide care sunt substraturi ale transaminazelor, dar, de asemenea, acționează ca o „chiuvetă” de electroni, facilitând disocierea alfa aminoacid hidrogen.
În rezumat, primul substrat, un aminoacid, își transferă grupa amino în fosfat piridoxal, de unde este transferat ulterior pe al doilea substrat, un acid a-ceto, formând, între timp, un compus intermediar cunoscut sub numele de fosido piridoxamină.
Funcția transaminării
Enzimele transaminazice se găsesc în general în citosol și mitocondrie și funcționează în integrarea diferitelor căi metabolice.
Glutamatul dehidrogenaza în reacția sa inversă, de exemplu, poate converti glutamatul în amoniu, NADH (sau NADPH) și α-cetoglutarat, care pot intra în ciclul acidului tricarboxilic și funcționează pentru producerea de energie.
Această enzimă, care se află în matricea mitocondrială, reprezintă un punct de ramură care asociază aminoacizii cu metabolismul energetic, astfel încât atunci când o celulă lipsește suficientă energie sub formă de carbohidrați sau grăsimi pentru a funcționa, poate, în mod alternativ, să folosească unele aminoacizi în același scop.
Formarea enzimei (glutamat dehidrogenaza) în timpul dezvoltării creierului este esențială pentru controlul detoxifierii amoniului, deoarece s-a demonstrat că unele cazuri de retardare mentală au legătură cu o activitate scăzută a acesteia, ceea ce duce la acumularea de amoniu, care este în detrimentul sănătății creierului.
În unele celule hepatice, reacțiile de transaminare pot fi utilizate și pentru sinteza glucozei prin gluconeogeneză.
Glutamina este transformată în glutamat și amoniu de către enzima glutaminază. În continuare, glutamatul este transformat în α-cetoglutarat, care intră în ciclul Krebs și apoi în gluconeogeneză. Această ultimă etapă are loc datorită faptului că malatul, unul dintre produsele traseului, este transportat la exteriorul mitocondriilor printr-o navetă.
Această navetă lasă α-cetoglutaratul la mila enzimei malice, care îl transformă în piruvat. Două molecule de piruvat pot fi apoi transformate într-o moleculă de glucoză prin gluconeogeneză.
Exemple
Cele mai frecvente reacții de transaminare sunt legate de aminoacizii alanină, acid glutamic și acid aspartic.
Unele enzime ale aminotransferazei pot, pe lângă fosfat piridoxal, să folosească piruvatul ca „coenzimă”, cum este cazul transaminazei glutamat-piruvat, care catalizează următoarea reacție:
glutamat + piruvat ↔ alanină + α-cetoglutarat
Celulele musculare depind de această reacție pentru a produce alanină din piruvat și pentru a obține energie prin ciclul Krebs prin α-cetoglutarat. În aceste celule, utilizarea alaninei ca sursă de energie depinde de eliminarea grupărilor amino ca ioni de amoniu în ficat, prin ciclul ureei.
Reacție de transaminare a Alaninei (Sursa: Tomas Drab prin Wikimedia Commons)
O altă reacție de transaminare foarte importantă la diferite specii este cea catalizată de enzima aspartat aminotransferaza:
L-Aspartat + α-Ketoglutarat ↔ Oxaloacetat + L-Glutamat
Nu în ultimul rând, reacția de transaminare a acidului y-aminobutiric (GABA), un aminoacid neproteic esențial pentru sistemul nervos central care funcționează ca un neurotransmițător inhibitor. Reacția este catalizată printr-o transaminază a acidului y-aminobutiric și este mai mult sau mai puțin după cum urmează:
α-Ketoglutarat + acid 4-aminobutanoic ↔ Glutamat + Semialdehidă succinică
Semialdehida succinică este transformată în acid succinic printr-o reacție de oxidare, iar aceasta din urmă poate intra în ciclul Krebs pentru producerea de energie.
Referințe
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Metabolizarea proteinelor și aminoacizilor. Medical Biochemistry (ediția a 4-a), Presă academică: San Diego, CA, SUA, 331.
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950). Scopul reacției de transaminare în țesuturile animale. Journal of Biological Chemistry, 187, 439-452.
- Ha, CE, & Bhagavan, NV (2011). Elementele esențiale ale biochimiei medicale: cu cazuri clinice. Presă academică.
- Litwack, G. (2017). Biochimie umană. Presă academică.
- Rowsell, EV (1956). Transaminări cu piruvat și alți acizi a-ceto. Jurnalul biochimic, 64 (2), 246.
- Snell, EE, & Jenkins, WT (1959). Mecanismul reacției de transaminare. Jurnalul de fiziologie celulară și comparativă, 54 (S1), 161-177.