De transaminatie is een soort chemische reactie die werkt in de "herverdeling" van de aminogroepen uit aminozuren, omdat het omkeerbare processen omvat aminering (toevoeging van een aminogroep) en deaminering (verwijdering van een aminogroep), die worden gekatalyseerd door specifieke enzymen die bekend staan als transaminasen of aminotransferasen.
De algemene transaminatiereactie omvat de uitwisseling tussen een aminozuur en elk α-ketozuur, waarbij de uitwisseling van een aminogroep de ketozuurversie van het eerste substraataminozuur en de aminozuurversie van het eerste substraat α-ketozuur oplevert.
Grafisch schema van een aminotransferreactie tussen een aminozuur en een alfa-ketozuur (Bron: Alcibiades via Wikimedia Commons)
De aminogroep die gewoonlijk wordt uitgewisseld is de "alfa" -amino, dat wil zeggen degene die deelneemt aan de vorming van peptidebindingen en die de structuur van aminozuren bepaalt, hoewel er ook reacties kunnen optreden waarbij andere aminogroepen op verschillende posities betrokken zijn. .
Met uitzondering van lysine, threonine, proline en hydroxyproline, nemen alle aminozuren deel aan transaminatiereacties, hoewel transaminasen zijn beschreven voor histidine, serine, methionine en fenylalanine, maar bij hun metabole routes is dit type niet betrokken. van reacties.
Transaminatiereacties tussen aminozuren en α-ketozuren werden in 1937 ontdekt door Braunstein en Kritzmann, en sindsdien zijn ze het onderwerp geweest van intensieve studies, aangezien ze voorkomen in veel weefsels van verschillende organismen en voor verschillende doeleinden.
Bij mensen worden transaminasen bijvoorbeeld wijd verspreid in lichaamsweefsels en zijn ze bijzonder actief in hartspierweefsel, de lever, skeletspierweefsel en de nieren.
Reactiemechanisme
Transaminatiereacties brengen min of meer hetzelfde mechanisme met zich mee. Zoals eerder besproken, vinden deze reacties plaats als een omkeerbare uitwisseling van een aminogroep tussen een aminozuur en een α-ketozuur (gedeamineerd), waarbij het α-ketozuur van het donoraminozuur en het aminozuur van de α-ketozuurreceptor wordt geproduceerd.
Deze reacties zijn afhankelijk van een verbinding die bekend staat als pyridoxaalfosfaat, een derivaat van vitamine B6 dat deelneemt als transporteur van aminogroepen en dat zich bindt aan transaminase-enzymen door de vorming van een Schiffse base tussen de aldehydegroep van dit molecuul. en het e-amino van een lysineresidu op de actieve plaats van het enzym.
De binding tussen pyridoxaalfosfaat en het lysineresidu op de actieve plaats is niet covalent, maar vindt plaats door de elektrostatische interactie tussen de positieve lading van stikstof op lysine en de negatieve lading op de fosfaatgroep van pyridoxal.
In de loop van de reactie verdringt het aminozuur dat als substraat fungeert de ε-aminogroep van het lysineresidu op de actieve plaats die deelneemt aan de Schiffse base met pyridoxal.
Ondertussen wordt een paar elektronen uit de alfakoolstof van het aminozuur verwijderd en overgebracht naar de pyridinering die pyridoxaalfosfaat vormt (positief geladen) en vervolgens "afgeleverd" aan het α-ketozuur dat als een tweede substraat fungeert.
Op deze manier neemt pyridoxaalfosfaat niet alleen deel aan de overdracht of het transport van aminogroepen tussen aminozuren en α-ketozuren die substraten zijn van transaminasen, maar fungeert het ook als een "put" van elektronen, waardoor de dissociatie van de alfa-aminozuur waterstof.
Samenvattend, het eerste substraat, een aminozuur, draagt zijn aminogroep over naar pyridoxaalfosfaat, vanwaar het vervolgens wordt overgebracht naar het tweede substraat, een α-ketozuur, en vormt ondertussen een tussenverbinding die bekend staat als pyridoxaminefosfaat.
Functie van transaminatie
Transaminase-enzymen worden over het algemeen aangetroffen in het cytosol en de mitochondriën en functioneren bij de integratie van verschillende metabole routes.
Glutamaatdehydrogenase kan in zijn omgekeerde reactie bijvoorbeeld glutamaat omzetten in ammonium, NADH (of NADPH) en α-ketoglutaraat, dat de tricarbonzuurcyclus kan binnendringen en kan functioneren bij de energieproductie.
Dit enzym, dat zich in de mitochondriale matrix bevindt, vertegenwoordigt een vertakkingspunt dat aminozuren associeert met energiemetabolisme, zodat wanneer een cel onvoldoende energie in de vorm van koolhydraten of vetten heeft om te functioneren, het ook wat kan gebruiken. aminozuren voor hetzelfde doel.
De vorming van het enzym (glutamaat dehydrogenase) tijdens de hersenontwikkeling is essentieel voor de beheersing van ammoniumontgifting, aangezien is aangetoond dat sommige gevallen van mentale retardatie te maken hebben met een lage activiteit hiervan, wat leidt tot ammoniumophoping, wat schadelijk is voor de gezondheid van de hersenen.
In sommige levercellen kunnen transaminatiereacties ook worden gebruikt voor de synthese van glucose door gluconeogenese.
Glutamine wordt door het enzym glutaminase omgezet in glutamaat en ammonium. Vervolgens wordt glutamaat omgezet in α-ketoglutaraat, dat de Krebs-cyclus en vervolgens gluconeogenese binnengaat. Deze laatste stap vindt plaats dankzij het feit dat malaat, een van de producten van de route, door middel van een shuttle naar de buitenkant van de mitochondriën wordt getransporteerd.
Deze shuttle laat α-ketoglutaraat over aan het appelzuur, dat het omzet in pyruvaat. Twee pyruvaatmoleculen kunnen vervolgens door gluconeogenese worden omgezet in één glucosemolecuul.
Voorbeelden
De meest voorkomende transaminatiereacties zijn gerelateerd aan de aminozuren alanine, glutaminezuur en asparaginezuur.
Sommige aminotransferase-enzymen kunnen, naast pyridoxaalfosfaat, pyruvaat als "co-enzym" gebruiken, zoals het geval is bij glutamaat-pyruvaat-transaminase, dat de volgende reactie katalyseert:
glutamaat + pyruvaat ↔ alanine + α-ketoglutaraat
Spiercellen zijn afhankelijk van deze reactie om alanine uit pyruvaat te produceren en om energie te verkrijgen via de Krebs-cyclus door α-ketoglutaraat. In deze cellen hangt het gebruik van alanine als energiebron af van de eliminatie van aminogroepen als ammoniumionen in de lever, door de ureumcyclus.
Alanine transaminatiereactie (Bron: Tomas Drab via Wikimedia Commons)
Een andere zeer belangrijke transaminatiereactie in verschillende soorten is die gekatalyseerd door het enzym aspartaataminotransferase:
L-aspartaat + α-ketoglutaraat ↔ Oxaalacetaat + L-glutamaat
Last but not least, de transaminatiereactie van γ-aminoboterzuur (GABA), een niet-eiwit aminozuur dat essentieel is voor het centrale zenuwstelsel en dat functioneert als een remmende neurotransmitter. De reactie wordt gekatalyseerd door een γ-aminoboterzuur-transaminase en is min of meer als volgt:
α-ketoglutaraat + 4-aminobutaanzuur ↔ glutamaat + barnsteenzuur semialdehyde
Barnsteenzuur-semialdehyde wordt omgezet in barnsteenzuur door een oxidatiereactie en de laatste kan de Krebs-cyclus ingaan voor energieproductie.
Referenties
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Eiwit- en aminozuurmetabolisme. Medical Biochemistry (4e ed.), Academic Press: San Diego, CA, VS, 331.
- Cammarata, PS en Cohen, PP (1950). De reikwijdte van de transaminatiereactie in dierlijk weefsel. Journal of Biological Chemistry, 187, 439-452.
- Ha, CE en Bhagavan, NV (2011). Essenties van medische biochemie: met klinische gevallen. Academische pers.
- Litwack, G. (2017). Menselijke biochemie. Academische pers.
- Rowsell, EV (1956). Transaminaties met pyruvaat en andere α-ketozuren. Biochemical Journal, 64 (2), 246.
- Snell, EE en Jenkins, WT (1959). Het mechanisme van de transaminatiereactie. Journal of cellulaire en vergelijkende fysiologie, 54 (S1), 161-177.