Asparagine (ASN או N) הוא חומצת אמינו חשוב עבור תא איתות ומחייב בין חלבונים ופחמימות. זוהי אחת מתוך 22 חומצות האמינו הבסיסיות והיא מסווגת כלא חיונית, מכיוון שהיא מסונתזת על ידי גוף היונקים.
חומצת אמינו זו מסווגת בקבוצה של חומצות אמינו קוטביות לא טעונות והייתה חומצת האמינו הראשונה שהתגלתה, עובדה שהתרחשה בשנת 1806, שם היא מבודדת ממיץ האספרגוס (סוג של צמח עשבוני) על ידי הכימאים הצרפתים ווקלין ורובייקט.
מבנה כימי של חומצת האמינו אספרגין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)
למרות הגילוי המוקדם שלו, התפקיד הביולוגי והתזונתי של אספרגין לא הוכר עד יותר ממאה שנה לאחר מכן, כאשר בשנת 1932 אושרה נוכחותו במבנה של חלבון שנמצא בזרעי קנבוס.
אספרגין וגלוטמין משמשים כמצעים לקבוצות האמידן של שתי חומצות אמינו נפוצות אחרות בחלבונים: אספרטט (חומצה אספרטית) וגלוטמט (חומצה גלוטמית), בהתאמה. אספרגין וגלוטמין ניתנים להפחתה בקלות בחומצות אמינו אלה על ידי פעולה אנזימטית או על ידי תרכובות חומציות ובסיסיות.
לאנזימים רבים של פרוטאז לסרין הממצים הידרוליזה של קשרי פפטיד יש אספרגין בשרשרת הצדדית של האתר הפעיל שלהם. לשאריות זו מטען שלילי חלקי והוא אחראי לקשירה באופן משלים עם המטען החיובי של פפטידי המטרה, מקרב אותם לאתר המחשוף.
האנזים האחראי על הסינתזה של אוקסלואצטט מאספרגין משמש בטיפולים כימותרפיים ונודע בשם L-asparaginase, האחראי לזרז את הפיצול ההידרוליטי של קבוצת האמיד של אספרגין לאספרטט ואמוניה.
אספרגינאז מבוטא יתר ומטהר מ Escherichia coli, כדי להיות מוזרק לחולי ילדה עם לוקמיה לימפובלסטית חריפה, שכן לימפוציטים תקינים וגם ממאירים תלויים בלכידת האספרגין בדם לצורך גדילתם וכפלם.
מאפיינים ומבנה
לכל המבנים הכימיים של חומצות אמינו יש קבוצת קרבוקסיל (-COOH), קבוצת אמינו (-NH3 +), מימן (-H) וקבוצה R או תחליף המוצמדים לאותו אטום פחמן מרכזי, המכונה פחמן. α.
חומצות אמינו שונות זו מזו על פי זהותן של שרשראות הצד שלהן, הידועות כקבוצות R ואשר יכולות להשתנות בגודל, מבנה, קבוצות פונקציונליות ואפילו מטען חשמלי.
אטומי הפחמן של קבוצות R מזוהים על ידי אותיות האלף-בית היווני. כך, במקרה של אספרגין, הפחמימות משרשרת R מזוהות כ- β ופחמימות γ.
על פי סוגים אחרים של ננומטורות, אטום הפחמן בקבוצה הקרבוקסילית (-COOH) רשום כ- C-1, ולכן, ממשיך עם המספור, ה- α-פחמן יהיה C-2 וכן הלאה.
במולקולת אספרגינה יש ארבעה אטומי פחמן, כולל ה- a-פחמן, הפחמן בקבוצת הקרבוקסיל ושני אטומי פחמן שהם חלק מקבוצת R, המכונה קרבוקסמיד (-CH2-CO-NH2).
קבוצת קרבוקסמיד זו נמצאת רק בשתי חומצות אמיניות: באספרגין ובגלוטמין. יש לו את המאפיין שהוא יכול ליצור קשרי מימן בקלות רבה דרך קבוצת האמינו (-NH2) וקבוצת הפחמן (-CO).
מִיוּן
אספרגין שייך לקבוצת חומצות האמיניות הקוטביות הלא-טעונות, שהן חומצות אמינו מסיסות במים מאוד והידרופיליות מאוד (בשל יכולתן ליצור קשרי מימן מרובים).
סרין, טרונין, ציסטאין וגלוטמין נמצאים גם בקבוצה של חומצות אמיניות קוטביות לא טעונות. כל אלה הם תרכובות "זוויטרוניות", מכיוון שיש להן קבוצה קוטבית בשרשרת R התורמת לנטרול המטענים.
כל חומצות האמיניות הקוטביות הלא-טעונות אינן ניתנות להמרה ב- pH קרוב ל- 7 (ניטרלי), כלומר אין בהן מטענים חיוביים או שליליים. עם זאת, במדיה חומצית ובסיסית, החליפים מייננים ורוכשים מטען.
סטריאו-כימיה
הפחמן המרכזי או פחמן α של חומצות אמינו הוא פחמן כיראלי, לכן יש לו ארבעה תחליפים שונים המחוברים, מה שאומר שיש לפחות שני סטריאו-איזומרים נבדלים לכל חומצה אמינית.
סטריאו-איזומרים הם תמונות ראי של מולקולה בעלת אותה נוסחה מולקולרית, אך אינן ניתנות להעלאה זו בזו, כמו הידיים (שמאל וימין). הם מסומנים על ידי האות D או L, מכיוון שבניסוי הפתרונות של חומצות אמינו אלה מסובבים את מישור האור הקוטב לכיוונים מנוגדים.
האסימטריה הכללית של חומצות אמינו הופכת את הסטריאו-כימיה של תרכובות אלה לחשיבות רבה, מכיוון שלכל אחת מהן יש תכונות שונות, היא מסונתזת ומשתתפת בנתיבים מטבוליים שונים.
ניתן למצוא אספרגין בצורה D-asparagine או L-asparagine, כאשר האחרון הוא הנפוץ ביותר בטבע. זה מסונתז על ידי L-asparagine synthetase ומטבוליזם על ידי L-asparaginase, שני האנזימים נמצאים בשפע מאוד בכבד של בעלי חוליות.
מאפיינים
הקלות של קשר מימן של אספרגין הופכת אותו לחומצת אמינו מכריעה ליציבות המבנית של חלבונים, שכן היא יכולה ליצור קשרי מימן פנימיים עם שרשראות הצד של חומצות האמינו האחרות המרכיבות אותם.
אספרגין נמצא בדרך כלל על פני חלבונים טיפוסיים בתקשורת מימית, ומייצב את מבנהם.
ניתן לחבר הרבה גליקופרוטאינים לפחמימות או לפחמימות דרך שאריות אספרגין, טרונין או סרין. במקרה של אספרגין, אצטיל גלקטוזמין בדרך כלל נקשר לראשונה לקבוצת האמינו על ידי N- גליקוזילציה.
חשוב לציין כי בכל הגליקופרוטאינים N-glycosylated פחמימות מחוברות אליהם דרך שארית אספרגין המצויה באזור ספציפי המכונה Asn-X-Ser / Thr, כאשר X היא כל חומצת אמינו.
הגליקופרוטאינים הללו מורכבים בתכנית הרשת האנדופלמטית, שם הם גלוקוזילטים בזמן שהם מתורגמים.
ביוסינתזה
כל האורגניזמים האוקריוטיים מטמיעים אמוניה והופכים אותה לגלוטמט, גלוטמין, קרבמיל פוספט ואספרגין. ניתן לסנתז אספרגין מחומרים ביניים גליקוליטיים, במחזור חומצות לימון (מאוקסלואצטט) או מקודמים הנצרכים בתזונה.
האנזים אספרגין סינטטז הוא גלוטמין ועמיד-טרנספרז תלוי ב- ATP שדופק ATP ל- AMP ופירופוספט אנאורגני (PPi) ומשתמש באמוניה או גלוטמין כדי לזרז את תגובת amidation ולהמיר אספרטט לאספרגין.
גם לחיידקים וגם לבעלי חיים יש סינתזת אספרגין, עם זאת, בחיידקים האנזים משתמש ביון האמוניום כתורם חנקן, ואילו אצל יונקים סינטטז אספרגין משתמש בגלוטמין כתורם העיקרי של קבוצת החנקן.
הפירוק האנזימטי של מולקולת ATP ל- AMP ופירופוספט אנאורגני (PPi), יחד עם גלוטמין כתורם של קבוצת האמיד, הם ההבדלים העיקריים ביחס לסינתזה של L- גלוטמין בין אורגניזמים שונים.
הַשׁפָּלָה
מרבית המחקרים על מטבוליזם של אספרגין בוצעו בצמחים, שכן בתחילה המחקרים בקרב יונקים נפגעו בגלל היעדר מתודולוגיות רגישות מספיק למבחני חומצות אמינו ברמה של מערכות מורכבות יותר.
L- אספרגין מנוזל כל הזמן ביונקים על ידי L-asparaginase לייצור חומצה אספרטית ואמוניום. הוא משמש לסינתזה של גליקופרוטאינים והוא אחד מקודמי האוקסלואצטט העיקריים למחזור חומצות לימון.
האנזים אספרגינאז מזרז את ההידרוליזה של אספרגין לאספרטט, לאחר מכן האספרטט מועבר ב α-קטוגלוטרט לייצור גלוטמט ואוקסלואצטט.
סינתזת אספרגין, הידועה גם בשם אספרטט-אמוניה ליגאז, נמצאת בשפע בתאי מוח בוגרים של יונקים.
כאשר נתפסים בגוף רמות נמוכות של אנזים זה, נוצר מה שמכונה "אמינוצידופתיות", מכיוון שמצעים קודמים מצטברים בציטופלסמה של תאי המוח.
מזונות עשירים באספרגין
אנשים עם לוקמיה לימפובלסטית חריפה בדרך כלל סובלים מחסרים בסינתזת האנזים אספרגין ותלויים בהפרשת אספרגין, לכן מומלץ לעשות תזונה עשירה באספרגין או באספקה אקסוגנית.
בין המזונות הרבים בעלי תכולת אספרגין גבוהה ניתן למצוא רכיכה, עופות וביציםיהם, בקר בקר, מוצרי חלב ונגזרותיהם, וירקות כמו אספרגוס, תפוחי אדמה, פקעות וכו '.
ישנם תרכיזי L-asparagine אשר מנוסחים לספורטאים תחרותיים ביותר, מכיוון שצריכתם עוזרת לחדש את החלבונים המרכיבים את הרקמות.
בנוסף, אנשים שיש להם מחסור בסינתזה של חומצות אמינו נוטלים גם טבליות אלה כדי להימנע מהפרעות במערכת העצבים המרכזית שלהם.
קל יותר לחילוף חומרים של אספרגין באמצעות צורתו ה- L-asparagine, מכיוון שרבים מהאנזימים המעורבים בחילוף החומרים שלו אינם מכירים את צורת ה- D-asparagine, ולכן לא כל האספרגין שנבלע במזון זמין עבור השונים תהליכי גוף.
צריכת אספרגין בשפע עשויה להועיל, עם זאת, מומלץ לא לצרוך אותה עודף בצורת טבליות, מכיוון שנקבע כי ריכוזים בשפע של אספרגין L מתרופות מגבירים את התפתחות תאי הגידול.
הפניות
- קוני, DA, Capizzi, RL, & Handschumacher, RE (1970). הערכת מטבוליזם L-asparagine אצל בעלי חיים ואדם. מחקרי סרטן, 30 (4), 929-935
- דונלופ, PC, Roon, RJ, and Even, HL (1976). השימוש ב- D-asparagine על ידי Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999-1004.
- קמבהמפטי, ס., עג'ול, א 'ומרסולאיס, פ' (2017). התקדמות במטבוליזם של אספרגין. בעיצומה בוטניקה כרך 79 (עמ '49-74). שפרינגר, צ'אם.
- קורנפלד, ר. וקורנפלד, ש '(1985). הרכבה של אוליגוסכרידים הקשורים לאספרגין. סקירה שנתית של ביוכימיה, 54 (1), 631-664
- Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). בִּיוֹכִימִיָה. פירסון חינוך.
- נלסון, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). עקרונות הלינגר של הביוכימיה. מקמילן.
- Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). l- אספרגין. Acta Crystallographica קטע E: דוחות מבנים ברשת, 63 (9), 3802-3803.