Transaminacija aminokiselina je proces intermolekularnog transfera sa početne supstance amino grupe na keto kiselinu bez stvaranja amonijaka. Razmotrimo detaljnije karakteristike ove reakcije, kao i njeno biološko značenje.
Historija otkrića
Reakciju transaminacije aminokiselina otkrili su sovjetski hemičari Kritzman i Brainstein 1927. Naučnici su radili na procesu deaminacije glutaminske kiseline u mišićnom tkivu i otkrili da se dodavanjem pirogrožđane i glutaminske kiseline homogenatu mišićnog tkiva formiraju alanin i α-ketoglutarna kiselina. Jedinstvenost otkrića je u tome što proces nije bio praćen stvaranjem amonijaka. Tokom eksperimenata su uspjeli otkriti da je transaminacija aminokiselina reverzibilan proces.
Kada su se reakcije odvijale, kao katalizatori su korišteni specifični enzimi, koji su se zvali aminoferaze (transmaminaze).
Funkcije procesa
Aminokiseline uključene u transaminaciju mogu biti monokarboksilna jedinjenja. U laboratorijskim studijama utvrđeno je da transaminacijaasparagin i glutamin sa keto kiselinama se javljaju u životinjskim tkivima.
Aktivno učešće u prenosu amino grupe uzima piridoksal fosfat, koji je koenzim transaminaza. U procesu interakcije iz njega nastaje piridoksamin fosfat. Enzimi djeluju kao katalizatori ovog procesa: oksidaza, piridoksaminaza.
Mehanizam reakcije
Transaminaciju aminokiselina objasnili su sovjetski naučnici Šemjakin i Braunštajn. Sve transaminaze imaju koenzim piridoksal fosfat. Reakcije prijenosa koje ubrzava su slične po mehanizmu. Proces se odvija u dvije faze. Prvo, piridoksal fosfat preuzima funkcionalnu grupu od aminokiseline, što rezultira stvaranjem keto kiseline i piridoksamin fosfata. U drugoj fazi reagira s α-keto kiselinom, a kao krajnji produkt nastaje piridoksal fosfat, odgovarajuća keto kiselina. U takvim interakcijama, piridoksal fosfat je nosilac amino grupe.
Transaminacija aminokiselina ovim mehanizmom potvrđena je metodama spektralne analize. Trenutno postoje novi dokazi za prisustvo takvog mehanizma kod živih bića.
Vrijednost u procesima razmjene
Koju ulogu igra transaminacija aminokiselina? Vrijednost ovog procesa je prilično velika. Ove reakcije su uobičajene u biljkama i mikroorganizmima, u životinjskim tkivima zbog njihove visoke otpornosti na hemijske, fizičke,biološki faktori, apsolutna stereohemijska specifičnost u odnosu na D- i L-aminokiseline.
Biološko značenje transaminacije aminokiselina analizirali su mnogi naučnici. Postao je predmet detaljnog proučavanja metaboličkih procesa aminokiselina. U toku istraživanja postavljena je hipoteza o mogućnosti procesa transaminacije aminokiselina transdeaminacijom. Euler je otkrio da se u životinjskim tkivima samo L-glutaminska kiselina deaminira od aminokiselina velikom brzinom, pri čemu je proces kataliziran glutamat dehidrogenazom.
Procesi deaminacije i transaminacije glutaminske kiseline su reverzibilne reakcije.
Klinički značaj
Kako se koristi transaminacija aminokiselina? Biološki značaj ovog procesa je u mogućnosti izvođenja kliničkih ispitivanja. Na primjer, krvni serum zdrave osobe ima od 15 do 20 jedinica transaminaza. U slučaju lezija organskog tkiva uočava se destrukcija ćelija, što dovodi do oslobađanja transaminaza u krv iz lezije.
U slučaju infarkta miokarda, bukvalno nakon 3 sata, nivo aspartat aminotransferaze se povećava na 500 jedinica.
Kako se koristi transaminacija aminokiselina? Biohemija podrazumeva ispitivanje transaminaza, prema čijim rezultatima se pacijentu postavlja dijagnoza i biraju se efikasne metode lečenja identifikovane bolesti.
Posebni kompleti se koriste u dijagnostičke svrhe u klinici bolestihemikalije za brzo otkrivanje laktat dehidrogenaze, kreatin kinaze, aktivnosti transaminaze.
Hipertransaminemija se javlja kod bolesti bubrega, jetre, pankreasa, kao i kod akutnog trovanja tetrahloridom ugljika.
Transaminacija i deaminacija aminokiselina koriste se u modernoj dijagnostici za otkrivanje akutnih infekcija jetre. To je zbog naglog povećanja alanin aminotransferaze kod nekih problema s jetrom.
Učesnici u transaminaciji
Glutaminska kiselina ima posebnu ulogu u ovom procesu. Široka distribucija u biljnim i životinjskim tkivima, stereohemijska specifičnost za aminokiseline i katalitička aktivnost učinili su transaminaze predmetom proučavanja u istraživačkim laboratorijama. Sve prirodne aminokiseline (osim metionina) stupaju u interakciju sa α-ketoglutarnom kiselinom tokom transaminacije, što rezultira stvaranjem keto- i glutaminske kiseline. Podvrgava se deaminaciji pod djelovanjem glutamat dehidrogenaze.
Opcije oksidativne deaminacije
Postoje direktni i indirektni tipovi ovog procesa. Direktna deaminacija uključuje korištenje jednog enzima kao katalizatora; produkt reakcije su ketonska kiselina i amonijak. Ovaj proces se može odvijati na aerobni način, uz pretpostavku prisutnosti kisika, ili na anaerobni način (bez molekula kisika).
Obilježja oksidativne deaminacije
D-oksidaze aminokiselina djeluju kao katalizatori aerobnog procesa, a oksidaze L-aminokiselina djeluju kao koenzimi. Ove supstance su prisutne u ljudskom tijelu, ali pokazuju minimalnu aktivnost.
Anaerobna varijanta oksidativne deaminacije je moguća za glutaminsku kiselinu, glutamat dehidrogenaza djeluje kao katalizator. Ovaj enzim je prisutan u mitohondrijima svih živih organizama.
U indirektnoj oksidativnoj deaminaciji razlikuju se dva stupnja. Prvo, amino grupa se prenosi sa originalne molekule na keto jedinjenje, formiraju se novi keto i aminokiseline. Nadalje, ketoskelet se katabolizira na specifične načine, učestvuje u ciklusu trikarboksilne kiseline i disanju tkiva, krajnji proizvodi će biti voda i ugljični dioksid. U slučaju gladovanja, ugljenični kostur glukogenih aminokiselina će se koristiti za formiranje molekula glukoze u glukoneogenezi.
Druga faza uključuje eliminaciju amino grupe deaminacijom. U ljudskom tijelu sličan je proces moguć samo za glutaminsku kiselinu. Kao rezultat ove interakcije nastaju α-ketoglutarna kiselina i amonijak.
Zaključak
Određivanje aktivnosti dva enzima transaminacije aspartat aminotransferaze i alanin aminotransferaze našlo je primenu u medicini. Ovi enzimi mogu reverzibilno da interaguju sa α-ketoglutarnom kiselinom, prenose funkcionalne amino grupe sa aminokiselina na nju,formiranje keto jedinjenja i glutaminske kiseline. Uprkos činjenici da se aktivnost ovih enzima povećava kod bolesti srčanog mišića i jetre, maksimalna aktivnost se u krvnom serumu nalazi za AST, a za ALT kod hepatitisa.
Aminokiseline su neophodne u sintezi proteinskih molekula, kao i formiranju mnogih drugih aktivnih bioloških jedinjenja koja mogu regulisati metaboličke procese u organizmu: hormona, neurotransmitera. Osim toga, oni su donatori atoma dušika u sintezi ne-proteinskih supstanci koje sadrže dušik, uključujući holin, kreatin.
Ketabolizam aminokiselina može se koristiti kao izvor energije za sintezu adenozin trifosforne kiseline. Energetska funkcija aminokiselina je od posebnog značaja u procesu gladovanja, kao i kod dijabetes melitusa. Metabolizam aminokiselina omogućava vam da uspostavite veze između brojnih hemijskih transformacija koje se dešavaju u živom organizmu.
Ljudsko tijelo sadrži oko 35 grama slobodnih aminokiselina, a njihov sadržaj u krvi je 3565 mg/dL. Velika količina ih ulazi u organizam iz hrane, osim toga nalaze se u vlastitim tkivima, mogu se formirati i iz ugljikohidrata.
U mnogim ćelijama (osim eritrocita) koriste se ne samo za sintezu proteina, već i za stvaranje purina, pirimidinskih nukleotida, biogenih amina, membranskih fosfolipida.
Tokom dana, oko 400 g proteinskih jedinjenja razgrađuje se u aminokiseline u ljudskom tijelu, a obrnuti proces se događa u približno istoj količini.
Fabricproteini nisu u stanju da snose troškove aminokiselina za sintezu drugih organskih jedinjenja u slučaju katabolizma.
U procesu evolucije, čovječanstvo je izgubilo sposobnost da samostalno sintetizira mnoge aminokiseline, pa je, kako bi ih tijelo u potpunosti opskrbilo, potrebno je ove spojeve koji sadrže dušik dobiti iz hrane. Hemijski procesi u kojima učestvuju aminokiseline još uvijek su predmet proučavanja hemičara i ljekara.
