Transamination הוא סוג של תגובה כימית הפועלת "חלוקה מחדש" של קבוצות אמינו מחומצות אמינו, משום שהיא כרוכה amination תהליכים הפיכים (תוספת של קבוצה אמינו) ו דיאמינציה (הסרה של קבוצת אמינו), אשר מזורזת על ידי אנזימים ספציפיים הידועים כטרנסמינזות או אמינו-טרנספרזות.
תגובת הטרנסמינציה הכללית כוללת חילופי דברים בין חומצת אמינו לבין כל חומצה α-קטו, כאשר החלפה של קבוצת אמינו מניבה את הגרסה הקיטואיד של חומצת האמינו המצעית הראשונה ואת גרסת החומצה האמינית של החומצה הראשונה α-keto.
שרטוט גרפי של תגובת אמינו-טראנספר בין חומצת אמינו לחומצה אלפא-קטו (מקור: Alcibiades באמצעות ויקימדיה Commons)
קבוצת האמינו שבדרך כלל מוחלפת היא האמינו "אלפא", כלומר זו שמשתתפת ביצירת קשרי פפטידים והיא המגדירה את המבנה של חומצות אמינו, אם כי יכולות להופיע גם תגובות הכוללות קבוצות אמינו אחרות שנמצאות בתנוחות שונות. .
למעט ליזין, טרונין, פרולין והידרוקסיפרולין, כל חומצות האמינו משתתפות בתגובות הטרנסמינציה, אם כי תוארו טרנסמינזות עבור היסטידין, סרין, מתיונין ופנילאלנין, אך מסלוליהם המטבוליים אינם כרוכים בסוג זה של תגובות.
תגובות טרנסמינציה בין חומצות אמינו וחומצות α-keto התגלו בשנת 1937 על ידי בראונשטיין וקריטזמן, ומאז הם היו נושא למחקרים אינטנסיביים, מכיוון שהם מופיעים ברקמות רבות של אורגניזמים שונים ולמטרות שונות.
אצל בני אדם, למשל, הטרנסמינזות מופצות באופן נרחב ברקמות הגוף ופעילות במיוחד ברקמת שריר לב, בכבד, ברקמת שריר השלד ובכליות.
מנגנון התגובה
תגובות טרנסמינציה כוללות פחות או יותר אותו מנגנון. כפי שנדון קודם לכן, תגובות אלו מתרחשות כחילוף הפיך של קבוצת אמינו בין חומצת אמינו לחומצה α-keto (מופחתת), ומייצרת את חומצת ה- a-keto של חומצת האמינו התורמת ואת חומצת האמינו של הקולטן α-keto.
תגובות אלו תלויות בתרכובת המכונה פוספט פירידוקסל, נגזרת של ויטמין B6 המשתתף כטרנספורטר של קבוצות אמינו, ונקשרת לאנזימים טרנסמינאזיים דרך היווצרות בסיס של שיף בין קבוצת האלדהיד של מולקולה זו. וה- E- אמינו של שארית ליזין באתר הפעיל של האנזים.
הקשר בין הפוספט הפירידוקסלי לשאריות הליזין באתר הפעיל אינו קוולנטי, אלא מתרחש דרך האינטראקציה האלקטרוסטטית בין המטען החיובי של חנקן על ליזין לבין המטען השלילי בקבוצת הפוספט של הפירידוקסל.
במהלך התגובה, חומצת האמינו שמתפקדת כמצע מציבה את קבוצת ε-האמינו של שאריות הליזין באתר הפעיל המשתתף בבסיס של שיף עם פירידוקסל.
בינתיים מוסרים זוג אלקטרונים מפחמן האלפא של חומצת האמינו ומועברים לטבעת הפירידין המרכיבה פוספט פירידוקסלי (טעון חיובי) ואז "מועברת" לחומצה α-קטו שמתפקדת כמצע שני.
באופן זה, פוספט פירידוקסלי לא רק משתתף בהעברה או בהובלה של קבוצות אמינו בין חומצות אמינו α-קטואואידים שהם מצעים של טרנסמינאזיות, אלא גם משמש כ"כיור "של אלקטרונים, מה שמקל על ניתוק ה חומצה אמינית אלפא מימן.
לסיכום, המצע הראשון, חומצה אמינית, מעביר את קבוצת האמינו שלו לפוספט פירידוקסל, משם מועבר לאחר מכן למצע השני, חומצה α-keto, ויוצר, בינתיים, תרכובת ביניים המכונה פוסידוקסמין פוספט.
פונקצית הטרנסמינציה
אנזימי טרנסמינאז נמצאים בדרך כלל בציטוזול ובמיטוכונדריה ומתפקדים בשילוב של דרכי חילוף חומרים שונות.
גלוטמט דה-הידרוגנז בתגובה הפוכה שלו, למשל, יכול להמיר גלוטמט לאמוניה, NADH (או NADPH) ו- α-קטוגלוטרט, שיכולים להיכנס למחזור החומצה הטריקארבוקסילית ולתפקד בייצור אנרגיה.
אנזים זה שנמצא במטריקס המיטוכונדריאלי מייצג נקודת ענף המקשרת בין חומצות אמינו למטבוליזם אנרגטי, כך שכאשר לתא חסר מספיק אנרגיה בצורה של פחמימות או שומנים כדי לתפקד, הוא יכול לחלופין להשתמש בכמה חומצות אמינו לאותה מטרה.
היווצרות האנזים (גלוטמט דה-הידרוגנז) במהלך התפתחות המוח חיונית לבקרת ניקוי רעלים מהאמוניום, שכן הוכח כי מקרים מסוימים של פיגור שכלי קשורים לפעילות נמוכה של זה, מה שמוביל ל הצטברות אמוניום, מה שפוגע בבריאות המוח.
בחלק מתאי הכבד ניתן להשתמש בתגובות טרנסמינציה גם לסינתזה של גלוקוז על ידי גלוקונאוגנזה.
הגלוטמין מומר לגלוטמט ואמוניום על ידי האנזים גלוטמינז. בשלב הבא, המרת הגלוטמט ל- α-ketoglutarate, הנכנסת למחזור קרבס ואז לגלוקונאוגנזה. שלב אחרון זה מתרחש הודות לעובדה שהמלטה, אחד מתוצרי המסלול, מועברת לחיצוני המיטוכונדריה באמצעות מעבורת.
מעבורת זו מותירה את α-ketoglutarate בחסדי האנזים הזדוני, אשר ממיר אותו לפירובט. לאחר מכן ניתן להמיר שתי מולקולות פירובטה למולקולת גלוקוז אחת באמצעות גלוקונאוגנזה.
דוגמאות
תגובות הטרנסמינציה הנפוצות ביותר קשורות לחומצות האמיניות אלנין, חומצה גלוטמית וחומצה אספרטית.
אנזימים מסוימים של aminotransferase יכולים, בנוסף לפירפטוקסל פוספט, להשתמש בפירובט כ"קואנזים ", כמו במקרה של טרנסמינאז גלוטמט-פירובאט, מה שמזרז את התגובה הבאה:
גלוטמט + פירובטה ↔ אלנין + α-קטוגלוטרט
תאי שריר תלויים בתגובה זו לייצור אלנין מפירובט ולקבלת אנרגיה דרך מחזור הקרבס דרך α-קטוגלוטרט. בתאים אלה השימוש באלנין כמקור אנרגיה תלוי בחיסול קבוצות האמינו כ יוני אמוניום בכבד, דרך מחזור האוריאה.
תגובת טרנסמינציה אלנין (מקור: תומס דראב באמצעות ויקימדיה Commons)
תגובת טרנסמינציה חשובה נוספת במינים שונים היא זו המנותזת על ידי האנזים אספרטט אמינו-טרנספרז:
L-Aspartate + α-Ketoglutarate ↔ Oxaloacetate + L-Glutamate
ואחרון חביב, תגובת הטרנסמינציה של חומצה γ-aminobutyric (GABA), חומצה אמינית שאינה חלבונית החיונית למערכת העצבים המרכזית המתפקדת כמעביר עצבי מעכב. התגובה מנותזת על ידי טרנסמינז γ-aminobutyric acid והיא פחות או יותר כדלקמן:
α- קטוגלוטרט + חומצה 4-אמינובוטאנית ↔ גלוטמט + סמיאלדהיד סוקיני
סמיאלדהיד סוקסיני מומר לחומצה succinic דרך תגובת חמצון וזה האחרון יכול להיכנס למחזור קרבס לייצור אנרגיה.
הפניות
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). מטבוליזם של חלבון וחומצה אמינית. ביוכימיה רפואית (מהדורה רביעית), עיתונות אקדמית: סן דייגו, קליפורניה, ארה"ב, 331.
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950). היקף תגובת הטרנסמינציה ברקמות של בעלי חיים. כתב העת לכימיה ביולוגית, 187, 439-452.
- Ha, CE, & Bhagavan, NV (2011). יסודות הביוכימיה הרפואית: עם מקרים קליניים. עיתונות אקדמית.
- Litwack, G. (2017). ביוכימיה אנושית. עיתונות אקדמית.
- Rowsell, EV (1956). טרנסמינציות עם פירובט וחומצות α-קטו אחרות. כתב העת הביוכימי, 64 (2), 246.
- Snell, EE, & Jenkins, WT (1959). מנגנון תגובת הטרנסמינציה. כתב העת לפיזיולוגיה תאית והשוואתית, 54 (S1), 161-177.