Die Transaminierung ist eine Art chemischer Reaktion, die bei der "Umverteilung" der Aminogruppen von Aminosäuren abläuft, da sie reversible Prozesse wie Aminierung (Addition einer Aminogruppe) und Desaminierung (Entfernung einer Aminogruppe) beinhaltet, die durch katalysiert werden spezifische Enzyme, die als Transaminasen oder Aminotransferasen bekannt sind.
Die allgemeine Transaminierungsreaktion beinhaltet den Austausch zwischen einer Aminosäure und einer beliebigen α-Ketosäure, wobei der Austausch einer Aminogruppe die Ketosäureversion der ersten Substrataminosäure und die Aminosäureversion der ersten Substrat-α-Ketosäure ergibt.
Grafisches Schema einer Aminotransferreaktion zwischen einer Aminosäure und einer Alpha-Ketosäure (Quelle: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Die Aminogruppe, die normalerweise ausgetauscht wird, ist das "Alpha" -Amino, dh diejenige, die an der Bildung von Peptidbindungen beteiligt ist und die Struktur von Aminosäuren definiert, obwohl auch Reaktionen auftreten können, an denen andere Aminogruppen beteiligt sind, die an verschiedenen Positionen vorliegen. .
Mit Ausnahme von Lysin, Threonin, Prolin und Hydroxyprolin sind alle Aminosäuren an Transaminierungsreaktionen beteiligt, obwohl Transaminasen für Histidin, Serin, Methionin und Phenylalanin beschrieben wurden, aber ihre Stoffwechselwege betreffen diesen Typ nicht von Reaktionen.
Transaminierungsreaktionen zwischen Aminosäuren und α-Ketosäuren wurden 1937 von Braunstein und Kritzmann entdeckt und sind seitdem Gegenstand intensiver Studien, da sie in vielen Geweben verschiedener Organismen und für verschiedene Zwecke auftreten.
Beim Menschen sind Transaminasen beispielsweise im Körpergewebe weit verbreitet und besonders im Herzmuskelgewebe, in der Leber, im Skelettmuskelgewebe und in den Nieren aktiv.
Reaktionsmechanismus
Transaminierungsreaktionen beinhalten mehr oder weniger den gleichen Mechanismus. Wie oben diskutiert, treten diese Reaktionen als reversibler Austausch einer Aminogruppe zwischen einer Aminosäure und einer α-Ketosäure (desaminiert) auf, wobei die α-Ketosäure der Donoraminosäure und die Aminosäure des α-Ketosäurerezeptors erzeugt werden.
Diese Reaktionen hängen von einer Verbindung ab, die als Pyridoxalphosphat bekannt ist, einem Derivat von Vitamin B6, das als Transporter von Aminogruppen beteiligt ist und an Transaminaseenzyme durch Bildung einer Schiffschen Base zwischen der Aldehydgruppe dieses Moleküls bindet. und das ε-Amino eines Lysinrests im aktiven Zentrum des Enzyms.
Die Bindung zwischen Pyridoxalphosphat und dem Lysinrest im aktiven Zentrum ist nicht kovalent, sondern erfolgt durch die elektrostatische Wechselwirkung zwischen der positiven Ladung von Stickstoff auf Lysin und der negativen Ladung auf der Phosphatgruppe von Pyridoxal.
Im Verlauf der Reaktion verdrängt die Aminosäure, die als Substrat fungiert, die ε-Aminogruppe des Lysinrests im aktiven Zentrum, das mit Pyridoxal an der Schiffschen Base beteiligt ist.
In der Zwischenzeit wird ein Elektronenpaar aus dem Alpha-Kohlenstoff der Aminosäure entfernt und auf den Pyridinring übertragen, aus dem Pyridoxalphosphat besteht (positiv geladen), und dann an die α-Ketosäure "abgegeben", die als zweites Substrat fungiert.
Auf diese Weise ist Pyridoxalphosphat nicht nur am Transfer oder Transport von Aminogruppen zwischen Aminosäuren und α-Ketosäuren beteiligt, die Substrate von Transaminasen sind, sondern wirkt auch als "Senke" von Elektronen und erleichtert die Dissoziation der Alpha-Aminosäure Wasserstoff.
Kurz gesagt, das erste Substrat, eine Aminosäure, überträgt seine Aminogruppe auf Pyridoxalphosphat, von wo es anschließend auf das zweite Substrat, eine α-Ketosäure, übertragen wird, wobei in der Zwischenzeit eine Zwischenverbindung gebildet wird, die als Pyridoxaminphosphat bekannt ist.
Funktion der Transaminierung
Transaminaseenzyme kommen im Allgemeinen im Cytosol und in den Mitochondrien vor und wirken bei der Integration verschiedener Stoffwechselwege.
Beispielsweise kann Glutamatdehydrogenase in ihrer Umkehrreaktion Glutamat in Ammonium, NADH (oder NADPH) und α-Ketoglutarat umwandeln, die in den Tricarbonsäurezyklus eintreten und zur Energieerzeugung dienen können.
Dieses Enzym, das sich in der mitochondrialen Matrix befindet, stellt einen Verzweigungspunkt dar, der Aminosäuren mit dem Energiestoffwechsel assoziiert. Wenn einer Zelle genügend Energie in Form von Kohlenhydraten oder Fetten fehlt, um zu funktionieren, kann sie alternativ einige verwenden Aminosäuren für den gleichen Zweck.
Die Bildung des Enzyms (Glutamatdehydrogenase) während der Gehirnentwicklung ist für die Kontrolle der Ammoniumentgiftung wesentlich, da gezeigt wurde, dass einige Fälle von geistiger Behinderung mit einer geringen Aktivität davon zu tun haben, was dazu führt Ammoniumaufbau, der sich nachteilig auf die Gesundheit des Gehirns auswirkt.
In einigen Leberzellen können Transaminierungsreaktionen auch zur Synthese von Glucose durch Gluconeogenese verwendet werden.
Glutamin wird durch das Enzym Glutaminase in Glutamat und Ammonium umgewandelt. Als nächstes wird Glutamat in α-Ketoglutarat umgewandelt, das in den Krebszyklus und dann in die Glukoneogenese eintritt. Dieser letzte Schritt erfolgt dank der Tatsache, dass Malat, eines der Produkte der Route, mittels eines Shuttles zur Außenseite der Mitochondrien transportiert wird.
Dieses Shuttle überlässt α-Ketoglutarat dem Apfelsäureenzym, das es in Pyruvat umwandelt. Zwei Pyruvatmoleküle können dann durch Glukoneogenese in ein Glucosemolekül umgewandelt werden.
Beispiele
Die häufigsten Transaminierungsreaktionen beziehen sich auf die Aminosäuren Alanin, Glutaminsäure und Asparaginsäure.
Einige Aminotransferaseenzyme können zusätzlich zu Pyridoxalphosphat Pyruvat als „Coenzym“ verwenden, wie dies bei Glutamat-Pyruvat-Transaminase der Fall ist, die die folgende Reaktion katalysiert:
Glutamat + Pyruvat ↔ Alanin + α-Ketoglutarat
Muskelzellen sind von dieser Reaktion abhängig, um aus Pyruvat Alanin zu produzieren und durch den Krebszyklus durch α-Ketoglutarat Energie zu gewinnen. In diesen Zellen hängt die Verwendung von Alanin als Energiequelle von der Eliminierung von Aminogruppen als Ammoniumionen in der Leber über den Harnstoffzyklus ab.
Alanin-Transaminierungsreaktion (Quelle: Tomas Drab über Wikimedia Commons)
Eine weitere sehr wichtige Transaminierungsreaktion bei verschiedenen Spezies ist die durch das Enzym Aspartataminotransferase katalysierte:
L-Aspartat + α-Ketoglutarat ↔ Oxalacetat + L-Glutamat
Last but not least die Transaminierungsreaktion von γ-Aminobuttersäure (GABA), einer für das Zentralnervensystem essentiellen Nicht-Protein-Aminosäure, die als inhibitorischer Neurotransmitter fungiert. Die Reaktion wird durch eine γ-Aminobuttersäuretransaminase katalysiert und ist mehr oder weniger wie folgt:
α-Ketoglutarat + 4-Aminobutansäure ↔ Glutamat + Bernsteinsemialdehyd
Bernsteinsemialdehyd wird durch eine Oxidationsreaktion in Bernsteinsäure umgewandelt, und letztere kann zur Energieerzeugung in den Krebszyklus eintreten.
Verweise
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