Transaminacija aminokiselina je proces intermolekularnog prijenosa s početne tvari amino skupine na keto kiselinu bez stvaranja amonijaka. Razmotrimo detaljnije značajke ove reakcije, kao i njezino biološko značenje.
Povijest otkrića
Reakciju transaminacije aminokiselina otkrili su sovjetski kemičari Kritzman i Brainstein 1927. godine. Znanstvenici su radili na procesu deaminacije glutaminske kiseline u mišićnom tkivu i otkrili da se dodavanjem pirogrožđane i glutaminske kiseline u homogenat mišićnog tkiva stvaraju alanin i α-ketoglutarna kiselina. Jedinstvenost otkrića bila je u tome što proces nije bio popraćen stvaranjem amonijaka. Tijekom pokusa uspjeli su otkriti da je transaminacija aminokiselina reverzibilan proces.
Kada su se reakcije odvijale, kao katalizatori su korišteni specifični enzimi, koji su se zvali aminoferaze (transmaminaze).
Procesne značajke
Aminokiseline uključene u transaminaciju mogu biti monokarboksilni spojevi. U laboratorijskim studijama utvrđeno je da transaminacijaasparagin i glutamin s keto kiselinama pojavljuju se u životinjskim tkivima.
Aktivno sudjelovanje u prijenosu amino skupine uzima piridoksal fosfat, koji je koenzim transaminaza. U procesu interakcije iz njega nastaje piridoksamin fosfat. Enzimi djeluju kao katalizator ovog procesa: oksidaza, piridoksaminaza.
Mehanizam reakcije
Transaminaciju aminokiselina objasnili su sovjetski znanstvenici Shemyakin i Braunstein. Sve transaminaze imaju koenzim piridoksal fosfat. Reakcije prijenosa koje ubrzava slične su po mehanizmu. Proces se odvija u dvije faze. Prvo, piridoksal fosfat preuzima funkcionalnu skupinu 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 nositelj amino skupine.
Transaminacija aminokiselina ovim mehanizmom potvrđena je metodama spektralne analize. Trenutno postoje novi dokazi o prisutnosti takvog mehanizma u živim bićima.
Vrijednost u procesima razmjene
Koju ulogu igra transaminacija aminokiselina? Vrijednost ovog procesa je prilično velika. Ove su reakcije česte u biljkama i mikroorganizmima, u životinjskim tkivima zbog njihove visoke otpornosti na kemijske, fizičke,biološki čimbenici, apsolutna stereokemijska specifičnost u odnosu na D- i L-aminokiseline.
Biološko značenje transaminacije aminokiselina analizirali su mnogi znanstvenici. Postao je predmet detaljnog proučavanja metaboličkih procesa aminokiselina. Tijekom istraživanja postavljena je hipoteza o mogućnosti procesa transaminacije aminokiselina transdeaminacijom. Euler je otkrio da se u životinjskim tkivima samo L-glutaminska kiselina deaminira iz aminokiselina velikom brzinom, a proces katalizira glutamat dehidrogenaza.
Procesi deaminacije i transaminacije glutaminske kiseline su reverzibilne reakcije.
Klinički značaj
Kako se koristi transaminacija aminokiselina? Biološki značaj ovog procesa leži u mogućnosti provođenja kliničkih ispitivanja. Na primjer, krvni serum zdrave osobe ima od 15 do 20 jedinica transaminaza. U slučaju lezija organskog tkiva uočava se destrukcija stanica, što dovodi do oslobađanja transaminaza u krv iz lezije.
U slučaju infarkta miokarda, doslovno nakon 3 sata, razina aspartat aminotransferaze raste na 500 jedinica.
Kako se koristi transaminacija aminokiselina? Biokemija uključuje ispitivanje transaminaza, prema čijim rezultatima se pacijentu postavlja dijagnoza, te se odabiru učinkovite metode liječenja utvrđene bolesti.
Posebni kompleti se koriste u dijagnostičke svrhe u klinici bolestikemikalije za brzo otkrivanje aktivnosti laktat dehidrogenaze, kreatin kinaze, transaminaze.
Hipertransaminemija se opaža kod bolesti bubrega, jetre, gušterače, kao i kod akutnog trovanja ugljičnim tetrakloridom.
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.
Sudionici u transaminaciji
Glutaminska kiselina ima posebnu ulogu u ovom procesu. Široka rasprostranjenost u biljnim i životinjskim tkivima, stereokemijska specifičnost za aminokiseline i katalitička aktivnost učinili su transaminaze predmetom proučavanja u istraživačkim laboratorijima. Sve prirodne aminokiseline (osim metionina) tijekom transaminacije stupaju u interakciju s α-ketoglutarnom kiselinom, što rezultira stvaranjem keto- i glutaminske kiseline. Podvrgava se deaminaciji pod djelovanjem glutamat dehidrogenaze.
Opcije oksidativne deaminacije
Postoje izravni i neizravni tipovi ovog procesa. Izravna 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).
Značajke oksidativne deaminacije
D-oksidaze aminokiselina djeluju kao katalizatori aerobnog procesa, a oksidaze L-aminokiselina djelovat će kao koenzimi. Ove tvari su prisutne u ljudskom tijelu, ali pokazuju minimalnu aktivnost.
Anaerobna varijanta oksidativne deaminacije moguća je za glutaminsku kiselinu, glutamat dehidrogenaza djeluje kao katalizator. Ovaj enzim prisutan je u mitohondrijima svih živih organizama.
U neizravnoj oksidativnoj deaminaciji razlikuju se dva stupnja. Prvo, amino skupina se prenosi s izvorne molekule na keto spoj, stvaraju se novi keto i aminokiseline. Nadalje, ketoskelet se katabolizira na specifične načine, sudjeluje u ciklusu trikarboksilne kiseline i disanju tkiva, krajnji proizvodi će biti voda i ugljični dioksid. U slučaju gladovanja, ugljični kostur glukogenih aminokiselina koristit će se za stvaranje molekula glukoze u glukoneogenezi.
Druga faza uključuje eliminaciju amino skupine 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 dvaju enzima transaminacije aspartat aminotransferaze i alanin aminotransferaze našlo je primjenu u medicini. Ovi enzimi mogu reverzibilno komunicirati s α-ketoglutarnom kiselinom, prenositi funkcionalne amino skupine s aminokiselina na nju,tvoreći keto spojeve i glutaminsku kiselinu. Unatoč činjenici da se aktivnost ovih enzima povećava u bolestima srčanog mišića i jetre, maksimalna aktivnost se nalazi u krvnom serumu za AST, a za ALT kod hepatitisa.
Aminokiseline su nezamjenjive u sintezi proteinskih molekula, kao i stvaranju mnogih drugih aktivnih bioloških spojeva koji mogu regulirati metaboličke procese u tijelu: hormona, neurotransmitera. Osim toga, oni su darivatelji dušikovih atoma u sintezi ne-proteinskih tvari koje sadrže dušik, uključujući kolin, kreatin.
Ketabolizam aminokiselina može se koristiti kao izvor energije za sintezu adenozin trifosforne kiseline. Energetska funkcija aminokiselina od posebne je važnosti u procesu gladovanja, kao i kod dijabetes melitusa. Metabolizam aminokiselina omogućuje vam da uspostavite veze između brojnih kemijskih transformacija koje se događaju u živom organizmu.
Ljudsko tijelo sadrži oko 35 grama slobodnih aminokiselina, a njihov sadržaj u krvi je 3565 mg/dL. Velika količina njih ulazi u tijelo iz hrane, osim toga nalaze se u vlastitim tkivima, mogu se formirati i iz ugljikohidrata.
U mnogim stanicama (osim eritrocita) koriste se ne samo za sintezu proteina, već i za stvaranje purina, pirimidinskih nukleotida, biogenih amina, membranskih fosfolipida.
Tijekom dana se u ljudskom tijelu oko 400 g proteinskih spojeva razgrađuje u aminokiseline, a u približno istoj količini događa se obrnuti proces.
Tkaninaproteini nisu u stanju podmiriti troškove aminokiselina za sintezu drugih organskih spojeva u slučaju katabolizma.
U procesu evolucije, čovječanstvo je izgubilo sposobnost samostalnog sintetiziranja mnogih aminokiselina, stoga je, kako bi ih tijelo u potpunosti opskrbilo, potrebno te spojeve koji sadrže dušik dobiti iz hrane. Kemijski procesi u kojima sudjeluju aminokiseline još uvijek su predmet proučavanja kemičara i liječnika.
