Transaminace aminokyselin je proces intermolekulárního přenosu z výchozí látky aminoskupiny na ketokyselinu bez tvorby amoniaku. Podívejme se podrobněji na rysy této reakce a také na její biologický význam.
Historie objevů
Reakce transaminace aminokyselin byla objevena sovětskými chemiky Kritzmanem a Brainsteinem v roce 1927. Vědci pracovali na procesu deaminace kyseliny glutamové ve svalové tkáni a zjistili, že když se kyselina pyrohroznová a kyselina glutamová přidávají do homogenátu svalové tkáně, tvoří se alanin a kyselina α-ketoglutarová. Jedinečnost objevu spočívala v tom, že proces nebyl doprovázen tvorbou čpavku. Během experimentů se jim podařilo zjistit, že transaminace aminokyselin je reverzibilní proces.
Když reakce probíhaly, byly jako katalyzátory použity specifické enzymy, které se nazývaly aminoferázy (transmaminázy).
Funkce procesu
Aminokyseliny účastnící se transaminace mohou být monokarboxylové sloučeniny. V laboratorních studiích bylo zjištěno, že transaminaceasparagin a glutamin s ketokyselinami se vyskytují v živočišných tkáních.
Aktivní účast na přenosu aminoskupiny má pyridoxalfosfát, což je koenzym transamináz. V procesu interakce z něj vzniká pyridoxaminfosfát. Enzymy fungují jako katalyzátor tohoto procesu: oxidáza, pyridoxamináza.
Reakční mechanismus
Transaminaci aminokyselin vysvětlili sovětští vědci Shemyakin a Braunstein. Všechny transaminázy mají koenzym pyridoxalfosfát. Přenosové reakce, které urychluje, jsou mechanismem podobné. Proces probíhá ve dvou fázích. Za prvé, pyridoxalfosfát převezme funkční skupinu z aminokyseliny, což má za následek tvorbu ketokyseliny a pyridoxaminfosfátu. Ve druhém stupni reaguje s α-ketokyselinou, jako konečné produkty vzniká pyridoxalfosfát, odpovídající ketokyselina. V takových interakcích je pyridoxalfosfát nosičem aminoskupiny.
Transaminace aminokyselin tímto mechanismem byla potvrzena metodami spektrální analýzy. V současné době existují nové důkazy o přítomnosti takového mechanismu u živých bytostí.
Hodnota ve směnných procesech
Jakou roli hraje transaminace aminokyselin? Hodnota tohoto procesu je poměrně velká. Tyto reakce jsou běžné u rostlin a mikroorganismů, v živočišných tkáních díky jejich vysoké odolnosti vůči chemickým, fyzikálním,biologické faktory, absolutní stereochemická specificita ve vztahu k D- a L-aminokyselinám.
Biologický význam transaminace aminokyselin byl analyzován mnoha vědci. Stala se předmětem podrobného studia metabolických procesů aminokyselin. V průběhu výzkumu byla vyslovena hypotéza o možnosti procesu transaminace aminokyselin pomocí transdeaminace. Euler objevil, že v živočišných tkáních je z aminokyselin vysokou rychlostí deaminována pouze kyselina L-glutamová, přičemž tento proces je katalyzován glutamátdehydrogenázou.
Procesy deaminace a transaminace kyseliny glutamové jsou vratné reakce.
Klinický význam
Jak se používá transaminace aminokyselin? Biologický význam tohoto procesu spočívá v možnosti provádění klinických studií. Například krevní sérum zdravého člověka má od 15 do 20 jednotek transamináz. V případě lézí organické tkáně je pozorována destrukce buněk, která vede k uvolnění transamináz do krve z léze.
V případě infarktu myokardu se doslova po 3 hodinách hladina aspartátaminotransferázy zvýší na 500 jednotek.
Jak se používá transaminace aminokyselin? Biochemie zahrnuje transaminázový test, podle jehož výsledků je pacient diagnostikován a jsou vybrány účinné metody léčby zjištěného onemocnění.
Speciální soupravy se používají pro diagnostické účely na klinice nemocíchemikálie pro rychlou detekci laktátdehydrogenázy, kreatinkinázy, aktivity transamináz.
Hypertransaminasémie je pozorována u onemocnění ledvin, jater, slinivky břišní a také v případě akutní otravy tetrachlormethanem.
Transaminace a deaminace aminokyselin se v moderní diagnostice používají k detekci akutních jaterních infekcí. To je způsobeno prudkým zvýšením alaninaminotransferázy u některých jaterních problémů.
Účastníci transaminace
Kyselina glutamová má v tomto procesu zvláštní roli. Široká distribuce v rostlinných a živočišných tkáních, stereochemická specifičnost pro aminokyseliny a katalytická aktivita učinily transaminázy předmětem studia ve výzkumných laboratořích. Všechny přirozené aminokyseliny (kromě methioninu) interagují s kyselinou α-ketoglutarovou během transaminace, což má za následek tvorbu kyseliny keto- a glutamové. Prochází deaminací působením glutamátdehydrogenázy.
Možnosti oxidační deaminace
Existují přímé a nepřímé typy tohoto procesu. Přímá deaminace zahrnuje použití jediného enzymu jako katalyzátoru, reakčním produktem je ketokyselina a amoniak. Tento proces může probíhat aerobním způsobem za předpokladu přítomnosti kyslíku nebo anaerobním způsobem (bez molekul kyslíku).
Funkce oxidační deaminace
D-oxidázy aminokyselin působí jako katalyzátory aerobního procesu a oxidázy L-aminokyselin budou působit jako koenzymy. Tyto látky jsou přítomny v lidském těle, ale vykazují minimální aktivitu.
U kyseliny glutamové je možná anaerobní varianta oxidativní deaminace, glutamátdehydrogenáza působí jako katalyzátor. Tento enzym je přítomen v mitochondriích všech živých organismů.
Při nepřímé oxidativní deaminaci se rozlišují dva stupně. Nejprve se aminoskupina přenese z původní molekuly na ketosloučeninu, vytvoří se nová keto a aminokyseliny. Dále se ketoskelet specifickým způsobem katabolizuje, účastní se cyklu trikarboxylových kyselin a tkáňového dýchání, konečnými produkty budou voda a oxid uhličitý. V případě hladovění bude uhlíkový skelet glukogenních aminokyselin použit k vytvoření molekul glukózy v glukoneogenezi.
Druhá fáze zahrnuje odstranění aminoskupiny deaminací. V lidském těle je podobný proces možný pouze u kyseliny glutamové. V důsledku této interakce se tvoří kyselina α-ketoglutarová a amoniak.
Závěr
Stanovení aktivity dvou enzymů transaminace aspartátaminotransferázy a alaninaminotransferázy našlo uplatnění v medicíně. Tyto enzymy mohou reverzibilně interagovat s kyselinou α-ketoglutarovou, přenášet na ni funkční aminoskupiny z aminokyselin,tvoří keto sloučeniny a kyselinu glutamovou. Přestože se aktivita těchto enzymů zvyšuje u onemocnění srdečního svalu a jater, maximální aktivita je v krevním séru zjištěna pro AST a pro ALT u hepatitidy.
Aminokyseliny jsou nepostradatelné při syntéze molekul bílkovin a také při tvorbě mnoha dalších aktivních biologických sloučenin, které mohou regulovat metabolické procesy v těle: hormony, neurotransmitery. Kromě toho jsou dárci atomů dusíku při syntéze nebílkovinných látek obsahujících dusík, včetně cholinu, kreatinu.
Ketabolismus aminokyselin lze využít jako zdroj energie pro syntézu kyseliny adenosintrifosforečné. Energetická funkce aminokyselin je zvláště cenná v procesu hladovění, stejně jako u diabetes mellitus. Metabolismus aminokyselin vám umožňuje vytvořit spojení mezi četnými chemickými přeměnami, ke kterým dochází v živém organismu.
Lidské tělo obsahuje asi 35 gramů volných aminokyselin a jejich obsah v krvi je 3565 mg/dl. Velké množství se jich do těla dostává z potravy, navíc jsou ve vlastních tkáních, mohou vznikat i ze sacharidů.
V mnoha buňkách (kromě erytrocytů) se používají nejen pro syntézu proteinů, ale také pro tvorbu purinů, pyrimidinových nukleotidů, biogenních aminů, membránových fosfolipidů.
Během dne se v lidském těle rozloží asi 400 g proteinových sloučenin na aminokyseliny a v přibližně stejném množství probíhá opačný proces.
Tkaninaproteiny nejsou schopny uhradit náklady na aminokyseliny pro syntézu jiných organických sloučenin v případě katabolismu.
V procesu evoluce lidstvo ztratilo schopnost syntetizovat mnoho aminokyselin samo, a proto, aby je tělo dostalo v plném rozsahu, je nutné získávat tyto sloučeniny obsahující dusík z potravy. Chemické procesy, kterých se aminokyseliny účastní, jsou stále předmětem studia chemiků a lékařů.
