ASPARAGINAS: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, FUNKCIJOS, BIOSINTEZĖ - BIOLOGIJA - 2025

Asparagino (Asn arba N) yra svarbus amino rūgštis ląstelių signalizacijos ir įrišimo tarp baltymų ir angliavandenių. Tai yra viena iš 22 pagrindinių aminorūgščių ir klasifikuojama kaip neesminė, nes ją sintezuoja žinduolių kūnas.

Ši aminorūgštis priskiriama neįkrautų poliarinių aminorūgščių grupei ir buvo pirmoji aptikta aminorūgštis - tai įvyko 1806 m., Kai ją prancūzų chemikai Vauquelin ir Robiquet išskyrė iš šparagų (tam tikro žolinio augalo rūšies) sulčių.

Cheminė aminorūgšties asparagino struktūra (Šaltinis: Borb, per „Wikimedia Commons“)

Nepaisant ankstyvo atradimo, biologinis ir maistinis asparagino vaidmuo nebuvo pripažintas daugiau nei po 100 metų, kai 1932 m. Buvo patvirtintas jo buvimas baltymų, esančių kanapių sėklose, struktūroje.

Asparaginas ir glutaminas tarnauja kaip dviejų kitų labai įprastų baltymų aminorūgščių amidų grupių substratai: atitinkamai aspartatas (asparto rūgštis) ir glutamatas (glutamo rūgštis). Asparaginas ir glutaminas lengvai hidrolizuojami į šias aminorūgštis fermentiniu būdu arba rūgštiniais ir šarminiais junginiais.

Daugelio serino proteazės fermentų, hidrolizuojančių peptidinius ryšius, šparaginėje aktyviosios vietos grandinėje yra asparaginas. Ši liekana turi dalinį neigiamą krūvį ir yra atsakinga už papildomą surišimą su teigiamu tikslinių peptidų krūviu, priartinant juos prie skilimo vietos.

Fermentas, atsakingas už oksalacetato sintezę iš asparagino, yra naudojamas chemoterapiniame gydyme ir yra žinomas kaip L-asparaginase, kuris yra atsakingas už asparagino amidų grupės hidrolizinio fragmentacijos katalizavimą į aspartatą ir amonį.

Asparaginazė yra per daug ekspresuojama ir išgryninama iš Escherichia coli, kad ją būtų galima suleisti vaikams, sergantiems ūmine limfoblastine leukemija, nes tiek normalūs, tiek piktybiniai limfocitai priklauso nuo asparagino patekimo į kraują jų augimui ir dauginimuisi.

Charakteristikos ir struktūra

Visos cheminės aminorūgščių struktūros turi karboksilo grupę (-COOH), amino grupę (-NH3 +), vandenilį (-H) ir R grupę arba pakaitalą, kurie yra prijungti prie to paties centrinio anglies atomo, vadinamo anglimi. α.

Amino rūgštys skiriasi viena nuo kitos pagal savo šonines grandines, kurios vadinamos R grupėmis ir kurios gali skirtis pagal dydį, struktūrą, funkcines grupes ir net elektrinį krūvį.

R grupių anglies atomai identifikuojami graikų abėcėlės raidėmis. Taigi, asparagino atveju R grandinės angliavandeniliai yra identifikuojami kaip β ir γ angliavandeniliai.

Pagal kitų tipų nomenklatūras anglies atomas karboksilo grupėje (-COOH) yra nurodytas kaip C-1, taigi, tęsiant numeraciją, α-anglis būtų C-2 ir pan.

Asparagino molekulė turi keturis anglies atomus, įskaitant α-anglį, karboksilo grupės anglį ir du anglies atomus, kurie yra R grupės dalis, vadinama karboksamidu (-CH2-CO-NH2).

Ši karboksamidų grupė randama tik dviejose amino rūgštyse: asparagine ir glutamino. Jis pasižymi tuo, kad labai lengvai gali sudaryti vandenilio ryšius per amino grupę (-NH2) ir karbonilo grupę (-CO).

klasifikacija

Asparaginas priklauso neįkrautų poliarinių aminorūgščių grupei, kurios yra labai gerai tirpios vandenyje ir labai hidrofilinės aminorūgštys (dėl savo sugebėjimo sudaryti daugybinius vandenilio ryšius).

Serinas, treoninas, cisteinas ir glutaminas taip pat randami neįkrautų poliarinių aminorūgščių grupėje. Visi jie yra „cwitterionic“ junginiai, nes jų R grandinėje yra polinė grupė, kuri prisideda prie krūvių neutralizavimo.

Visos neįkrautos polinės aminorūgštys nėra jonizuojamos, kai pH yra artimas 7 (neutralus), tai yra, jie neturi teigiamų ar neigiamų krūvių. Tačiau rūgštinėse ir šarminėse terpėse pakaitalai jonizuoja ir įgyja krūvį.

Stereochemija

Aminorūgščių centrinė anglis arba α anglis yra chiralinė anglis, todėl ji turi keturis skirtingus pakaitus, kurie reiškia, kad kiekvienai aminorūgščiai yra bent du atskirti stereoizomerai.

Stereoizomerai yra molekulės, turinčios tą pačią molekulinę formulę, veidrodiniai atvaizdai, tačiau, kaip ir rankos (kairė ir dešinė), viena su kita nesudaryti. Jie žymimi raide D arba L, nes eksperimentiniu būdu šių aminorūgščių tirpalai sukasi poliarizuotos šviesos plokštumą priešingomis kryptimis.

Dėl bendros amino rūgščių asimetrijos šių junginių stereochemija yra labai svarbi, nes kiekvienas jų turi skirtingas savybes, yra sintetinamas ir dalyvauja skirtinguose metabolizmo keliuose.

Asparaginą galima rasti D-asparagino arba L-asparagino pavidalu, kuris yra labiausiai paplitęs gamtoje. Jis sintetinamas L-asparagino sintetaze ir metabolizuojamas L-asparaginase. Abu fermentai labai gausūs stuburinių gyvūnų kepenyse.

funkcijos

Dėl to, kad asparaginas lengvai jungiasi vandeniliu, jis tampa pagrindine aminorūgštimi baltymų struktūriniam stabilumui, nes ji gali sudaryti vidinius vandenilio ryšius su kitų aminorūgščių šoninėmis grandinėmis, kurios juos sudaro.

Asparaginas paprastai randamas tipiškų baltymų paviršiuje vandeninėse terpėse, stabilizuodamas jų struktūrą.

Daugybė glikoproteinų gali būti prijungti prie angliavandenių ar angliavandenių per asparagino, treonino ar serino liekanas. Asparagino atveju acetilgalaktozaminas paprastai yra prijungtas prie amino grupės N-glikozilinimo būdu.

Svarbu pažymėti, kad visuose N-glikozilintuose glikoproteinuose angliavandeniai prie jų jungiasi per asparagino liekaną, esančią specifiniame regione, žymimame kaip Asn-X-Ser / Thr, kur X yra bet kuri amino rūgštis.

Šie glikoproteinai yra surenkami endoplazminiame retikulume, kur jie yra glikozilinami, kai jie yra perkeliami.

Biosintezė

Visi eukariotiniai organizmai įsisavina amoniaką ir paverčia jį glutamatu, glutaminu, karbamilfosfatu ir asparaginu. Asparaginą galima sintetinti iš glikolitinių tarpinių produktų, citrinų rūgšties ciklo (iš oksaloacetato) arba iš dietos suvartojamų pirmtakų.

Fermento asparagino sintetazė yra nuo glutamino ir ATP priklausoma amidotransferazė, kuri išvalo ATP į AMP ir neorganinį pirofosfatą (PPi) ir naudoja amoniaką arba glutaminą, kad katalizuotų amidacijos reakciją ir paverčia aspartatą į asparaginą.

Ir bakterijos, ir gyvūnai turi asparagino sintetazę, tačiau bakterijose fermentas naudoja amonio joną kaip azoto donorą, o žinduoliuose asparagino sintetazė naudoja glutaminą kaip pagrindinį azoto grupės donorą.

Fermentinis ATP molekulės suskaidymas į AMP ir neorganinį pirofosfatą (PPi) kartu su glutaminu kaip amido grupės donoru yra pagrindiniai skirtumai, susiję su L-glutamino biosinteze tarp skirtingų organizmų.

Degradacija

Daugelis asparagino metabolizmo tyrimų buvo atlikti augaluose, nes iš pradžių žinduolių tyrimams trukdė pakankamai jautri metodika amino rūgščių tyrimams sudėtingesnių sistemų lygmeniu.

Žinduoliuose L-asparaginas nuolat hidrolizuojamas L-asparaginaze, kad susidarytų asparto rūgštis ir amonis. Jis naudojamas glikoproteinų sintezei ir yra vienas iš pagrindinių oksaloacetato pirmtakų citrinų rūgšties ciklui.

Asparaginazės fermentas katalizuoja asparagino hidrolizę į aspartatą, vėliau aspartatas transaminuojamas α-ketoglutaratu, kad būtų gautas gliutamatas ir oksalacetatas.

Asparagino sintetazė, dar žinoma kaip aspartato amoniako ligazė, gausiai randama suaugusių žinduolių smegenų ląstelėse.

Kai organizme suvokiamas mažas šio fermento kiekis, susidaro tai, kas vadinama „aminoacidopathies“, nes pirmtako substratai kaupiasi smegenų ląstelių citoplazmoje.

Maistas, kuriame gausu asparagino

Ūmine limfoblastine leukemija sergantiems žmonėms dažniausiai trūksta fermento asparagino sintetazės ir jie priklauso nuo cirkuliuojančio asparagino, todėl rekomenduojama dieta, kurioje gausu asparagino arba egzogeninis jo tiekimas.

Tarp daugelio maisto produktų, kuriuose yra daug asparagino, yra vėžiagyviai, naminiai paukščiai ir jų kiaušiniai, mėsiniai galvijai, pieno produktai ir jų dariniai bei daržovės, tokios kaip šparagai, bulvės, gumbai ir kt.

Yra L-asparagino koncentratų, kurie yra skirti labai konkurencingiems sportininkams, nes jų vartojimas padeda atstatyti baltymus, iš kurių susidaro audiniai.

Be to, žmonės, turintys aminorūgščių sintezės trūkumą, taip pat vartoja šias tabletes, kad išvengtų centrinės nervų sistemos sutrikimų.

Asparaginą lengviau metabolizuoti per savo L-asparagino formą, nes daugelis jo metabolizme dalyvaujančių fermentų neatpažįsta D-asparagino formos, todėl ne visi maiste nuryti asparaginai yra prieinami skirtingiems žmonėms. kūno procesai.

Gausus asparagino vartojimas gali būti naudingas, tačiau rekomenduojama jo nevartoti kaip perteklių tablečių pavidalu, nes nustatyta, kad gausios L-asparagino koncentracijos iš vaistų padidina navikinių ląstelių vystymąsi.

Nuorodos

1. Cooney, DA, Capizzi, RL, ir „Handschumacher“, RE (1970). L-asparagino metabolizmo vertinimas gyvūnams ir žmonėms. Vėžio tyrimai, 30 (4), 929-935
2. „Dunlop“, PC, „Roon“, R.J., ir „Even“, HL (1976). D-asparagino panaudojimas Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999–1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Pagerėja asparagino metabolizmas. Vykdoma botanikos 79 tomas (p. 49–74). Springeris, Chamas.
4. Kornfeld, R., ir Kornfeld, S. (1985). Su asparaginu sujungtų oligosacharidų surinkimas. Metinė biochemijos apžvalga, 54 (1), 631–664
5. Mathews, CK ir Ahern, KG (2002). Biochemija. „Pearson Education“.
6. Nelsonas, D. L., Lehningeris, AL ir „Cox“, MM (2008). Lehningerio biochemijos principai. Macmillanas.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., ir Yokoyama, S. (2007). l-asparaginas. „Acta Crystallographica E“ skyrius: Struktūros ataskaitos internete, 63 (9), 3802-3803.