Трансаминирането на аминокиселини е процес на междумолекулен трансфер от изходното вещество на аминогрупата към кето киселината без образуването на амоняк. Нека разгледаме по-подробно характеристиките на тази реакция, както и нейното биологично значение.
История на откриването
Реакцията на трансаминиране на аминокиселини е открита от съветските химици Крицман и Брейнщайн през 1927 г. Учените са работили върху процеса на дезаминиране на глутаминовата киселина в мускулната тъкан и са установили, че при добавяне на пирогроздна и глутаминова киселини към хомогената на мускулната тъкан се образуват аланин и α-кетоглутарова киселина. Уникалността на откритието е, че процесът не е придружен от образуването на амоняк. По време на експериментите те успяват да установят, че трансаминирането на аминокиселини е обратим процес.
Когато реакциите продължиха, като катализатори бяха използвани специфични ензими, които бяха наречени аминоферази (трансмаминази).
Процесни функции
Аминокиселините, участващи в трансаминирането, могат да бъдат монокарбоксилни съединения. При лабораторни изследвания е установено, че трансаминиранетоаспарагин и глутамин с кето киселини се срещат в животинските тъкани.
Активно участие в трансфера на аминогрупата взема пиридоксал фосфат, който е коензим на трансаминазите. В процеса на взаимодействие от него се образува пиридоксамин фосфат. Ензимите действат като катализатор за този процес: оксидаза, пиридоксаминаза.
Механизъм за реакция
Трансаминацията на аминокиселини е обяснена от съветските учени Шемякин и Браунщайн. Всички трансаминази имат коензим пиридоксал фосфат. Трансмисионните реакции, които ускорява, са сходни по механизъм. Процесът протича на два етапа. Първо, пиридоксал фосфатът взема функционална група от аминокиселината, което води до образуването на кето киселина и пиридоксамин фосфат. На втория етап той реагира с α-кето киселина, като крайни продукти се образува пиридоксал фосфат, съответната кето киселина. При такива взаимодействия пиридоксал фосфатът е носител на аминогрупата.
Трансаминирането на аминокиселини по този механизъм беше потвърдено чрез методи на спектрален анализ. В момента има нови доказателства за наличието на такъв механизъм в живите същества.
Стойност в обменните процеси
Каква роля играе трансаминирането на аминокиселини? Стойността на този процес е доста голяма. Тези реакции са често срещани при растенията и микроорганизмите, в животинските тъкани поради тяхната висока устойчивост на химични, физически,биологични фактори, абсолютна стереохимична специфичност по отношение на D- и L-аминокиселини.
Биологичното значение на трансаминирането на аминокиселини е анализирано от много учени. Стана обект на подробно изследване на метаболитните аминокиселинни процеси. В хода на изследването беше изложена хипотеза за възможността за процес на трансаминиране на аминокиселини чрез трансдеаминиране. Ойлер открива, че в животинските тъкани само L-глутаминова киселина се деаминира от аминокиселини с висока скорост, като процесът се катализира от глутамат дехидрогеназа.
Процесите на деаминиране и трансаминиране на глутаминовата киселина са обратими реакции.
Клинично значение
Как се използва трансаминирането на аминокиселини? Биологичното значение на този процес се крие във възможността за провеждане на клинични изпитвания. Например, кръвният серум на здрав човек има от 15 до 20 единици трансаминази. В случай на органични тъканни лезии се наблюдава разрушаване на клетките, което води до освобождаване на трансаминази в кръвта от лезията.
В случай на миокарден инфаркт, буквално след 3 часа, нивото на аспартат аминотрансферазата се повишава до 500 единици.
Как се използва трансаминирането на аминокиселини? Биохимията включва тест за трансаминаза, според резултатите от който пациентът се диагностицира и се избират ефективни методи за лечение на идентифицираното заболяване.
Специални комплекти се използват за диагностични цели в клиниката на болеститехимикали за бързо откриване на лактат дехидрогеназа, креатин киназа, трансаминазна активност.
Хипертрансаминаземия се наблюдава при заболявания на бъбреците, черния дроб, панкреаса, както и при остро отравяне с тетрахлорметан.
Трансаминирането и дезаминирането на аминокиселини се използват в съвременната диагностика за откриване на остри чернодробни инфекции. Това се дължи на рязкото повишаване на аланин аминотрансфераза при някои чернодробни проблеми.
Участници в трансаминацията
Глутаминовата киселина има специална роля в този процес. Широкото разпространение в растителните и животинските тъкани, стереохимичната специфичност за аминокиселините и каталитичната активност превръщат трансаминазите в обект на изследване в изследователски лаборатории. Всички естествени аминокиселини (с изключение на метионин) взаимодействат с α-кетоглутарова киселина по време на трансаминирането, което води до образуването на кето- и глутаминова киселина. Претърпява деаминиране под действието на глутамат дехидрогеназа.
Опции за окислително деаминиране
Има преки и косвени видове този процес. Директното дезаминиране включва използването на единичен ензим като катализатор; реакционният продукт е кето киселина и амоняк. Този процес може да протече по аеробен начин, като се приеме наличието на кислород, или по анаеробен начин (без кислородни молекули).
Характеристики на окислително деаминиране
D-оксидазите на аминокиселините действат като катализатори на аеробния процес, а оксидазите на L-аминокиселините ще действат като коензими. Тези вещества присъстват в човешкото тяло, но показват минимална активност.
Анаеробен вариант на окислително деаминиране е възможен за глутаминова киселина, глутамат дехидрогеназата действа като катализатор. Този ензим присъства в митохондриите на всички живи организми.
При непряко окислително деаминиране се разграничават два етапа. Първо, аминогрупата се прехвърля от оригиналната молекула към кето съединението, образуват се ново кето и аминокиселини. Освен това, кетоскелетът катаболизира по специфични начини, участва в цикъла на трикарбоксилната киселина и тъканното дишане, крайните продукти ще бъдат вода и въглероден диоксид. В случай на глад, въглеродният скелет на глюкогенните аминокиселини ще се използва за образуване на глюкозни молекули в глюконеогенезата.
Вторият етап включва елиминирането на аминогрупата чрез дезаминиране. В човешкото тяло подобен процес е възможен само за глутаминовата киселина. В резултат на това взаимодействие се образуват α-кетоглутарова киселина и амоняк.
Заключение
Определянето на активността на два ензима на трансаминиране на аспартат аминотрансфераза и аланин аминотрансфераза намери приложение в медицината. Тези ензими могат обратимо да взаимодействат с α-кетоглутарова киселина, да прехвърлят функционални аминогрупи от аминокиселини към нея,образуване на кето съединения и глутаминова киселина. Въпреки факта, че активността на тези ензими се повишава при заболявания на сърдечния мускул и черния дроб, максималната активност се открива в кръвния серум за AST и за ALT при хепатит.
Аминокиселините са незаменими при синтеза на протеинови молекули, както и при образуването на много други активни биологични съединения, които могат да регулират метаболитните процеси в организма: хормони, невротрансмитери. Освен това те са донори на азотни атоми при синтеза на непротеинови азотсъдържащи вещества, включително холин, креатин.
Кетаболизмът на аминокиселините може да се използва като енергиен източник за синтеза на аденозин трифосфорна киселина. Енергийната функция на аминокиселините е от особено значение в процеса на гладуване, както и при захарен диабет. Метаболизмът на аминокиселините ви позволява да установите връзки между множество химични трансформации, които се случват в жив организъм.
Човешкото тяло съдържа около 35 грама свободни аминокиселини, а кръвното им съдържание е 3565 mg/dL. Голямо количество от тях влизат в тялото с храна, освен това те са в собствените си тъкани, могат да се образуват и от въглехидрати.
В много клетки (с изключение на еритроцитите) те се използват не само за протеинов синтез, но и за образуване на пурини, пиримидинови нуклеотиди, биогенни амини, мембранни фосфолипиди.
През деня около 400 g протеинови съединения се разграждат до аминокиселини в човешкото тяло, като обратният процес протича в приблизително същото количество.
Тъканпротеините не са в състояние да поемат разходите за аминокиселини за синтеза на други органични съединения в случай на катаболизъм.
В процеса на еволюция човечеството е загубило способността си да синтезира много аминокиселини самостоятелно, следователно, за да осигури тялото им в пълен обем, е необходимо да се набавят тези азот-съдържащи съединения от храната. Химичните процеси, в които участват аминокиселините, все още са обект на изследване от химици и лекари.
