The transamination adalah sejenis tindak balas kimia yang beroperasi dalam "pengagihan" kumpulan amino daripada asid amino, kerana ia melibatkan proses boleh balik amination (penambahan kumpulan amino) dan deamination (pembuangan kumpulan amino), yang dimangkinkan oleh enzim spesifik yang dikenali sebagai transaminase atau aminotransferases.
Reaksi transaminasi umum melibatkan pertukaran antara asid amino dan asid α-keto mana-mana, di mana pertukaran kumpulan amino menghasilkan versi ketoasid dari asid amino substrat pertama dan versi asam amino dari asid α-keto substrat pertama.
Skema grafik tindak balas aminotransfer antara asid amino dan asid alpha-keto (Sumber: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Kumpulan amino yang biasanya ditukar adalah amino "alpha", iaitu kumpulan yang mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan peptida dan yang menentukan struktur asid amino, walaupun reaksi yang melibatkan kumpulan amino lain yang hadir dalam kedudukan yang berbeza juga dapat terjadi. .
Dengan pengecualian lisin, threonin, prolin dan hidroksiprolin, semua asid amino mengambil bahagian dalam reaksi transaminasi, walaupun transaminase telah dijelaskan untuk histidin, serin, metionin dan fenilalanin, tetapi jalur metaboliknya tidak melibatkan jenis ini tindak balas.
Reaksi transaminasi antara asid amino dan asid α-keto ditemui pada tahun 1937 oleh Braunstein dan Kritzmann, dan sejak itu mereka menjadi subjek kajian intensif, kerana ia berlaku di banyak tisu organisma yang berlainan dan untuk tujuan yang berbeza.
Pada manusia, misalnya, transaminase tersebar secara meluas di tisu badan dan sangat aktif dalam tisu otot jantung, hati, tisu otot rangka, dan buah pinggang.
Mekanisme tindak balas
Reaksi transaminasi melibatkan lebih kurang mekanisme yang sama. Seperti yang dibincangkan di atas, tindak balas ini berlaku sebagai pertukaran kumpulan amino yang boleh dibalik antara asid amino dan asid α-keto (deaminated), menghasilkan asid α-keto asid amino penderma dan asid amino reseptor asid α-keto.
Reaksi ini bergantung pada sebatian yang dikenali sebagai pyridoxal fosfat, turunan vitamin B6 yang berperanan sebagai pengangkut kumpulan amino dan yang mengikat enzim transaminase melalui pembentukan pangkalan Schiff antara kumpulan aldehid molekul ini. dan ε-amino residu lisin di tapak aktif enzim.
Ikatan antara pyridoxal fosfat dan residu lisin di tapak aktif tidak kovalen, tetapi berlaku melalui interaksi elektrostatik antara muatan positif nitrogen pada lisin dan muatan negatif pada kumpulan fosfat pyridoxal.
Semasa tindak balas, asid amino yang berfungsi sebagai substrat mengasingkan kumpulan ε-amino residu lisin di tapak aktif yang mengambil bahagian dalam pangkalan Schiff dengan pyridoxal.
Sementara itu, sepasang elektron dari karbon alpha asid amino dikeluarkan dan dipindahkan ke cincin piridin yang membentuk fosfat piridoksal (bermuatan positif) dan kemudian "dihantar" ke asid α-keto yang berfungsi sebagai substrat kedua.
Dengan cara ini, pyridoxal fosfat tidak hanya mengambil bahagian dalam pemindahan atau pengangkutan kumpulan amino antara asid amino dan α-ketoasid yang merupakan substrat transaminase, tetapi juga bertindak sebagai "sink" elektron, memudahkan pemisahan hidrogen asid amino alfa.
Ringkasnya, substrat pertama, asid amino, memindahkan kumpulan amino ke fosfat piridoksal, dari mana ia kemudian dipindahkan ke substrat kedua, asid α-keto, membentuk, sementara itu, sebatian perantaraan yang dikenali sebagai pyridoxamine fosfat.
Fungsi transaminasi
Enzim transaminase umumnya terdapat di sitosol dan mitokondria dan berfungsi dalam penyatuan jalan metabolik yang berbeza.
Glutamat dehidrogenase dalam tindak balas terbaliknya, misalnya, dapat mengubah glutamat menjadi amonium, NADH (atau NADPH), dan α-ketoglutarat, yang dapat memasuki kitaran asid tricarboxylic dan berfungsi dalam pengeluaran tenaga.
Enzim ini, yang berada dalam matriks mitokondria, merupakan titik cabang yang mengaitkan asid amino dengan metabolisme tenaga, sehingga apabila sel kekurangan tenaga yang cukup dalam bentuk karbohidrat atau lemak untuk berfungsi, secara alternatif dapat menggunakan beberapa asid amino untuk tujuan yang sama.
Pembentukan enzim (glutamat dehidrogenase) semasa perkembangan otak sangat penting untuk pengendalian detoksifikasi ammonium, kerana telah terbukti bahawa beberapa kes keterbelakangan mental berkaitan dengan aktiviti rendah ini, yang menyebabkan penumpukan amonium, yang memudaratkan kesihatan otak.
Di beberapa sel hati, reaksi transaminasi juga dapat digunakan untuk sintesis glukosa dengan glukoneogenesis.
Glutamin diubah menjadi glutamat dan amonium oleh enzim glutaminase. Seterusnya, glutamat ditukar menjadi α-ketoglutarate, yang memasuki kitaran Krebs dan kemudian glukoneogenesis. Langkah terakhir ini berlaku berkat fakta bahawa malate, salah satu produk dari laluan, diangkut ke luar mitokondria dengan menggunakan perkhidmatan ulang-alik.
Pesawat ulang-alik ini meninggalkan α-ketoglutarate pada belas kasihan enzim malik, yang mengubahnya menjadi piruvat. Dua molekul piruvat kemudian dapat ditukar menjadi satu molekul glukosa melalui glukoneogenesis.
Contoh
Reaksi transaminasi yang paling biasa berkaitan dengan asid amino alanine, glutamic acid, dan aspartic acid.
Beberapa enzim aminotransferase dapat, selain fosfat pyridoxal, menggunakan piruvat sebagai "koenzim", seperti halnya transaminase glutamat-piruvat, yang menjadi pemangkin reaksi berikut:
glutamat + piruvat ↔ alanin + α-ketoglutarate
Sel-sel otot bergantung pada tindak balas ini untuk menghasilkan alanine dari piruvat dan untuk mendapatkan tenaga melalui kitaran Krebs melalui α-ketoglutarate. Dalam sel-sel ini, penggunaan alanin sebagai sumber tenaga bergantung pada penghapusan kumpulan amino sebagai ion amonium di hati, melalui kitaran urea.
Reaksi transaminasi Alanine (Sumber: Tomas Drab melalui Wikimedia Commons)
Reaksi transaminasi lain yang sangat penting pada spesies yang berbeza adalah yang dikatalisis oleh enzim aspartate aminotransferase:
L-Aspartate + α-Ketoglutarate ↔ Oxaloacetate + L-Glutamat
Akhir sekali, reaksi transaminasi asid γ-aminobutyric (GABA), asid amino bukan protein penting untuk sistem saraf pusat yang berfungsi sebagai penghambat neurotransmitter. Tindak balas dikatalisis oleh transaminase asid γ-aminobutyric dan kurang lebih seperti berikut:
α-Ketoglutarate + 4-aminobutanoic acid ↔ Glutamat + Succinic semialdehyde
Succinic semialdehyde diubah menjadi asid succinic melalui tindak balas pengoksidaan dan yang terakhir dapat memasuki kitaran Krebs untuk pengeluaran tenaga.
Rujukan
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Metabolisme protein dan asid amino. Biokimia Perubatan (edisi ke-4), Akademik: San Diego, CA, Amerika Syarikat, 331.
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950). Skop tindak balas transaminasi pada tisu haiwan. Jurnal Kimia Biologi, 187, 439-452.
- Ha, CE, & Bhagavan, NV (2011). Keperluan biokimia perubatan: dengan kes klinikal. Akhbar Akademik.
- Litwack, G. (2017). Biokimia manusia. Akhbar Akademik.
- Rowsell, EV (1956). Transaminasi dengan piruvat dan asid α-keto lain. Jurnal Biokimia, 64 (2), 246.
- Snell, EE, & Jenkins, WT (1959). Mekanisme tindak balas transaminasi. Jurnal fisiologi selular dan perbandingan, 54 (S1), 161-177.