Transaminácia aminokyselín je proces medzimolekulového prenosu z východiskovej látky aminoskupiny na ketokyselinu bez tvorby amoniaku. Pozrime sa podrobnejšie na vlastnosti tejto reakcie, ako aj na jej biologický význam.
História objavov
Reakcia transaminácie aminokyselín bola objavená sovietskymi chemikmi Kritzmanom a Brainsteinom v roku 1927. Vedci pracovali na procese deaminácie kyseliny glutámovej vo svalovom tkanive a zistili, že keď sa kyselina pyrohroznová a kyselina glutámová pridávajú do homogenátu svalového tkaniva, tvoria sa alanín a kyselina α-ketoglutarová. Jedinečnosťou objavu bolo, že proces nesprevádzal vznik amoniaku. Počas experimentov sa im podarilo zistiť, že transaminácia aminokyselín je reverzibilný proces.
Keď reakcie pokračovali, ako katalyzátory sa použili špecifické enzýmy, ktoré sa nazývali aminoferázy (transmaminázy).
Funkcie procesu
Aminokyseliny zapojené do transaminácie môžu byť monokarboxylové zlúčeniny. V laboratórnych štúdiách sa zistilo, že transamináciaasparagín a glutamín s ketokyselinami sa vyskytujú v živočíšnych tkanivách.
Aktívnu účasť na prenose aminoskupiny má pyridoxalfosfát, ktorý je koenzýmom transamináz. V procese interakcie sa z nej tvorí pyridoxamínfosfát. Enzýmy pôsobia ako katalyzátor tohto procesu: oxidáza, pyridoxamináza.
Reakčný mechanizmus
Transamináciu aminokyselín vysvetlili sovietski vedci Shemyakin a Braunstein. Všetky transaminázy majú koenzým pyridoxalfosfát. Prenosové reakcie, ktoré urýchľuje, sú v mechanizme podobné. Proces prebieha v dvoch etapách. Po prvé, pyridoxalfosfát preberá funkčnú skupinu z aminokyseliny, čo vedie k tvorbe ketokyseliny a pyridoxamínfosfátu. V druhom stupni reaguje s α-ketokyselinou, ako konečný produkt vzniká pyridoxalfosfát, zodpovedajúca ketokyselina. Pri takýchto interakciách je pyridoxalfosfát nosičom aminoskupiny.
Transaminácia aminokyselín týmto mechanizmom bola potvrdená metódami spektrálnej analýzy. V súčasnosti existujú nové dôkazy o prítomnosti takéhoto mechanizmu u živých bytostí.
Hodnota vo výmenných procesoch
Akú úlohu zohráva transaminácia aminokyselín? Hodnota tohto procesu je pomerne veľká. Tieto reakcie sú bežné v rastlinách a mikroorganizmoch, v živočíšnych tkanivách kvôli ich vysokej odolnosti voči chemickým, fyzikálnym,biologické faktory, absolútna stereochemická špecifickosť vo vzťahu k D- a L-aminokyselinám.
Biologický význam transaminácie aminokyselín bol analyzovaný mnohými vedcami. Stala sa predmetom podrobného štúdia metabolických procesov aminokyselín. V priebehu výskumu bola vyslovená hypotéza o možnosti procesu transaminácie aminokyselín pomocou transdeaminácie. Euler zistil, že v živočíšnych tkanivách sa z aminokyselín vysokou rýchlosťou deaminuje iba kyselina L-glutámová, pričom tento proces je katalyzovaný glutamátdehydrogenázou.
Procesy deaminácie a transaminácie kyseliny glutámovej sú reverzibilné reakcie.
Klinický význam
Ako sa používa transaminácia aminokyselín? Biologický význam tohto procesu spočíva v možnosti vykonávania klinických skúšok. Napríklad krvné sérum zdravého človeka má od 15 do 20 jednotiek transamináz. V prípade lézií organického tkaniva sa pozoruje deštrukcia buniek, čo vedie k uvoľneniu transamináz do krvi z lézie.
V prípade infarktu myokardu, doslova po 3 hodinách, sa hladina aspartátaminotransferázy zvýši na 500 jednotiek.
Ako sa používa transaminácia aminokyselín? Biochémia zahŕňa transaminázový test, podľa ktorého sa pacientovi diagnostikuje a vyberú sa účinné metódy liečby zisteného ochorenia.
Špeciálne súpravy sa používajú na diagnostické účely na klinikách chorôbchemikálie na rýchlu detekciu laktátdehydrogenázy, kreatínkinázy, aktivity transamináz.
Hypertransaminazémia sa pozoruje pri ochoreniach obličiek, pečene, pankreasu, ako aj pri akútnej otrave tetrachlórmetánom.
Transaminácia a deaminácia aminokyselín sa používa v modernej diagnostike na detekciu akútnych infekcií pečene. Je to spôsobené prudkým zvýšením alanínaminotransferázy pri niektorých problémoch s pečeňou.
Účastníci transaminácie
Kyselina glutámová má v tomto procese špeciálnu úlohu. Široká distribúcia v rastlinných a živočíšnych tkanivách, stereochemická špecifickosť pre aminokyseliny a katalytická aktivita urobili z transamináz predmet štúdia vo výskumných laboratóriách. Všetky prirodzené aminokyseliny (okrem metionínu) interagujú s kyselinou α-ketoglutarovou počas transaminácie, čo vedie k tvorbe kyseliny keto- a glutámovej. Podstupuje deamináciu pôsobením glutamátdehydrogenázy.
Možnosti oxidačnej deaminácie
Existujú priame a nepriame typy tohto procesu. Priama deaminácia zahŕňa použitie jediného enzýmu ako katalyzátora; reakčným produktom je ketokyselina a amoniak. Tento proces môže prebiehať aeróbnym spôsobom za predpokladu prítomnosti kyslíka alebo anaeróbnym spôsobom (bez molekúl kyslíka).
Funkcie oxidačnej deaminácie
D-oxidázy aminokyselín pôsobia ako katalyzátory aeróbneho procesu a oxidázy L-aminokyselín budú pôsobiť ako koenzýmy. Tieto látky sú prítomné v ľudskom tele, ale vykazujú minimálnu aktivitu.
Anaeróbny variant oxidačnej deaminácie je možný pre kyselinu glutámovú, glutamátdehydrogenáza pôsobí ako katalyzátor. Tento enzým je prítomný v mitochondriách všetkých živých organizmov.
Pri nepriamej oxidačnej deaminácii sa rozlišujú dva stupne. Najprv sa aminoskupina prenesie z pôvodnej molekuly na keto zlúčeninu, vytvorí sa nová keto a aminokyseliny. Ďalej sa ketoskelet špecifickým spôsobom katabolizuje, zúčastňuje sa cyklu trikarboxylových kyselín a tkanivového dýchania, konečnými produktmi budú voda a oxid uhličitý. V prípade hladovania sa uhlíkový skelet glukogénnych aminokyselín použije na tvorbu molekúl glukózy pri glukoneogenéze.
Druhá fáza zahŕňa elimináciu aminoskupiny deamináciou. V ľudskom tele je podobný proces možný len pre kyselinu glutámovú. V dôsledku tejto interakcie sa tvorí kyselina α-ketoglutarová a amoniak.
Záver
Stanovenie aktivity dvoch enzýmov transaminácie aspartátaminotransferázy a alanínaminotransferázy našlo uplatnenie v medicíne. Tieto enzýmy môžu reverzibilne interagovať s kyselinou α-ketoglutarovou, prenášať na ňu funkčné aminoskupiny z aminokyselín,tvoriace keto zlúčeniny a kyselinu glutámovú. Napriek tomu, že aktivita týchto enzýmov sa zvyšuje pri ochoreniach srdcového svalu a pečene, maximálna aktivita sa nachádza v krvnom sére pre AST a pre ALT pri hepatitíde.
Aminokyseliny sú nevyhnutné pri syntéze molekúl bielkovín, ako aj pri tvorbe mnohých ďalších aktívnych biologických zlúčenín, ktoré môžu regulovať metabolické procesy v tele: hormóny, neurotransmitery. Okrem toho sú donormi atómov dusíka pri syntéze neproteínových látok obsahujúcich dusík, vrátane cholínu, kreatínu.
Ketabolizmus aminokyselín možno využiť ako zdroj energie na syntézu kyseliny adenozíntrifosforečnej. Energetická funkcia aminokyselín má osobitný význam v procese hladovania, ako aj pri cukrovke. Metabolizmus aminokyselín vám umožňuje vytvoriť spojenie medzi mnohými chemickými premenami, ktoré sa vyskytujú v živom organizme.
Ľudské telo obsahuje asi 35 gramov voľných aminokyselín a ich obsah v krvi je 3565 mg/dl. Veľké množstvo sa ich do tela dostáva z potravy, navyše sú vo vlastných tkanivách, môžu vzniknúť aj zo sacharidov.
V mnohých bunkách (okrem erytrocytov) sa využívajú nielen na syntézu bielkovín, ale aj na tvorbu purínov, pyrimidínových nukleotidov, biogénnych amínov, membránových fosfolipidov.
Počas dňa sa v ľudskom tele rozloží asi 400 g proteínových zlúčenín na aminokyseliny a v približne rovnakom množstve nastáva opačný proces.
Tkaninaproteíny nie sú schopné uhradiť náklady na aminokyseliny na syntézu iných organických zlúčenín v prípade katabolizmu.
V procese evolúcie ľudstvo stratilo schopnosť syntetizovať veľa aminokyselín samo, preto, aby ich telo dostalo v plnej miere, je potrebné tieto zlúčeniny obsahujúce dusík získavať z potravy. Chemické procesy, na ktorých sa zúčastňujú aminokyseliny, sú stále predmetom štúdia chemikov a lekárov.
