Transaminierung von Aminosäuren ist der Prozess der intermolekularen Übertragung von der Ausgangssubstanz der Aminogruppe auf die Ketosäure ohne die Bildung von Ammoniak. Lassen Sie uns die Merkmale dieser Reaktion sowie ihre biologische Bedeutung genauer betrachten.
Discovery-Verlauf
Die Aminosäure-Transaminierungsreaktion wurde 1927 von den sowjetischen Chemikern Kritzman und Brainstein entdeckt. Wissenschaftler haben sich mit dem Prozess der Desaminierung von Glutaminsäure im Muskelgewebe beschäftigt und festgestellt, dass bei Zugabe von Brenztraubensäure und Glutaminsäure zum Homogenat von Muskelgewebe Alanin und α-Ketoglutarsäure gebildet werden. Die Einzigartigkeit der Entdeckung bestand darin, dass der Prozess nicht von der Bildung von Ammoniak begleitet wurde. Während der Experimente gelang es ihnen herauszufinden, dass die Transaminierung von Aminosäuren ein reversibler Prozess ist.
Im Verlauf der Reaktionen wurden bestimmte Enzyme als Katalysatoren verwendet, die als Aminoferasen (Transmaminasen) bezeichnet wurden.
Prozessfunktionen
An der Transaminierung beteiligte Aminosäuren können Monocarbonsäuren sein. In Laborstudien wurde diese Transaminierung festgestelltAsparagin und Glutamin mit Ketosäuren kommen in tierischen Geweben vor.
Die aktive Teilnahme an der Übertragung der Aminogruppe erfordert Pyridoxalphosphat, das ein Coenzym von Transaminasen ist. Im Prozess der Wechselwirkung wird daraus Pyridoxaminphosphat gebildet. Enzyme wirken als Katalysator für diesen Prozess: Oxidase, Pyridoxaminase.
Reaktionsmechanismus
Die Transaminierung von Aminosäuren wurde von den sowjetischen Wissenschaftlern Shemyakin und Braunstein erklärt. Alle Transaminasen haben das Coenzym Pyridoxalphosphat. Die Übertragungsreaktionen, die es beschleunigt, sind im Mechanismus ähnlich. Der Prozess läuft in zwei Stufen ab. Erstens nimmt Pyridoxalphosphat eine funktionelle Gruppe von der Aminosäure, was zur Bildung von Ketosäure und Pyridoxaminphosphat führt. In der zweiten Stufe reagiert es mit α-Ketosäure, als Endprodukt entsteht Pyridoxalphosphat, die entsprechende Ketosäure. Bei solchen Wechselwirkungen ist Pyridoxalphosphat der Träger der Aminogruppe.
Die Transaminierung von Aminosäuren durch diesen Mechanismus wurde durch Spektralanalysemethoden bestätigt. Derzeit gibt es neue Beweise für das Vorhandensein eines solchen Mechanismus bei Lebewesen.
Wert in Austauschprozessen
Welche Rolle spielt die Aminosäuretransaminierung? Der Wert dieses Prozesses ist ziemlich groß. Diese Reaktionen sind in Pflanzen und Mikroorganismen, in tierischen Geweben aufgrund ihrer hohen Resistenz gegenüber chemischen, physikalischen,biologische Faktoren, absolute stereochemische Spezifität in Bezug auf D- und L-Aminosäuren.
Die biologische Bedeutung der Transaminierung von Aminosäuren wurde von vielen Wissenschaftlern analysiert. Es ist Gegenstand einer detaillierten Studie über metabolische Aminosäureprozesse geworden. Im Laufe der Forschung wurde eine Hypothese über die Möglichkeit des Prozesses der Transaminierung von Aminosäuren unter Verwendung von Transdeaminierung aufgestellt. Euler entdeckte, dass in tierischen Geweben nur L-Glutaminsäure mit hoher Geschwindigkeit von Aminosäuren desaminiert wird, wobei der Prozess durch Glutamat-Dehydrogenase katalysiert wird.
Die Prozesse der Desaminierung und Transaminierung von Glutaminsäure sind reversible Reaktionen.
Klinische Bedeutung
Wie wird die Aminosäuretransaminierung verwendet? Die biologische Bedeutung dieses Prozesses liegt in der Möglichkeit der Durchführung klinischer Studien. Beispielsweise enthält das Blutserum eines gesunden Menschen 15 bis 20 Einheiten Transaminasen. Bei organischen Gewebeläsionen wird eine Zellzerstörung beobachtet, die zur Freisetzung von Transaminasen aus der Läsion ins Blut führt.
Bei einem Myokardinfarkt steigt der Aspartat-Aminotransferase-Spiegel buchstäblich nach 3 Stunden auf 500 Einheiten an.
Wie wird die Aminosäuretransaminierung verwendet? Die Biochemie beinh altet einen Transaminase-Test, nach dessen Ergebnissen der Patient diagnostiziert und wirksame Methoden zur Behandlung der identifizierten Krankheit ausgewählt werden.
Spezielle Kits werden für diagnostische Zwecke in der Klinik für Krankheiten verwendetChemikalien zum schnellen Nachweis von Laktatdehydrogenase, Kreatinkinase, Transaminase-Aktivität.
Hypertransaminasämie wird bei Erkrankungen der Nieren, der Leber, der Bauchspeicheldrüse sowie bei akuten Tetrachlorkohlenstoffvergiftungen beobachtet.
Transaminierung und Desaminierung von Aminosäuren werden in der modernen Diagnostik zum Nachweis akuter Leberinfektionen eingesetzt. Dies ist auf einen starken Anstieg der Alanin-Aminotransferase bei einigen Leberproblemen zurückzuführen.
Transaminationsteilnehmer
Glutaminsäure spielt dabei eine besondere Rolle. Eine weite Verbreitung in pflanzlichen und tierischen Geweben, stereochemische Spezifität für Aminosäuren und katalytische Aktivität haben Transaminasen zu einem Untersuchungsgegenstand in Forschungslabors gemacht. Alle natürlichen Aminosäuren (außer Methionin) interagieren während der Transaminierung mit α-Ketoglutarsäure, was zur Bildung von Keto- und Glutaminsäure führt. Unter der Wirkung von Glutamatdehydrogenase wird es desaminiert.
Optionen der oxidativen Desaminierung
Es gibt direkte und indirekte Arten dieses Prozesses. Bei der direkten Desaminierung wird ein einziges Enzym als Katalysator verwendet; das Reaktionsprodukt ist Ketosäure und Ammoniak. Dieser Prozess kann aerob, Sauerstoff vorausgesetzt, oder anaerob (ohne Sauerstoffmoleküle) ablaufen.
Merkmale der oxidativen Desaminierung
D-Oxidasen von Aminosäuren wirken als Katalysatoren des aeroben Prozesses, und Oxidasen von L-Aminosäuren wirken als Coenzyme. Diese Substanzen sind im menschlichen Körper vorhanden, zeigen jedoch nur eine minimale Aktivität.
Für Glutaminsäure ist eine anaerobe Variante der oxidativen Desaminierung möglich, Glutamatdehydrogenase wirkt als Katalysator. Dieses Enzym ist in den Mitochondrien aller lebenden Organismen vorhanden.
Bei der indirekten oxidativen Desaminierung werden zwei Stufen unterschieden. Zunächst wird die Aminogruppe vom ursprünglichen Molekül auf die Ketoverbindung übertragen, ein neues Keto und Aminosäuren werden gebildet. Darüber hinaus katabolisiert das Ketoskelett auf spezifische Weise, ist am Tricarbonsäurezyklus und der Gewebeatmung beteiligt, die Endprodukte sind Wasser und Kohlendioxid. Im Falle einer Hungersnot wird das Kohlenstoffskelett von glukogenen Aminosäuren verwendet, um Glukosemoleküle in der Glukoneogenese zu bilden.
Die zweite Stufe beinh altet die Eliminierung der Aminogruppe durch Desaminierung. Im menschlichen Körper ist ein ähnlicher Prozess nur für Glutaminsäure möglich. Als Ergebnis dieser Wechselwirkung werden α-Ketoglutarsäure und Ammoniak gebildet.
Schlussfolgerung
Die Bestimmung der Aktivität von zwei Enzymen der Transaminierung von Aspartat-Aminotransferase und Alanin-Aminotransferase hat Anwendung in der Medizin gefunden. Diese Enzyme können reversibel mit α-Ketoglutarsäure interagieren, funktionelle Aminogruppen von Aminosäuren auf sie übertragen,Bildung von Ketoverbindungen und Glutaminsäure. Trotz der Tatsache, dass die Aktivität dieser Enzyme bei Erkrankungen des Herzmuskels und der Leber ansteigt, wird die maximale Aktivität im Blutserum für AST und für ALT bei Hepatitis gefunden.
Aminosäuren sind unentbehrlich für die Synthese von Proteinmolekülen sowie für die Bildung vieler anderer aktiver biologischer Verbindungen, die Stoffwechselvorgänge im Körper regulieren können: Hormone, Neurotransmitter. Darüber hinaus sind sie Spender von Stickstoffatomen bei der Synthese von stickstoffh altigen Nicht-Protein-Substanzen, einschließlich Cholin, Kreatin.
Ketabolismus von Aminosäuren kann als Energiequelle für die Synthese von Adenosintriphosphorsäure genutzt werden. Die Energiefunktion von Aminosäuren ist von besonderem Wert bei Hungerprozessen sowie bei Diabetes mellitus. Mithilfe des Aminosäurestoffwechsels können Sie Verbindungen zwischen zahlreichen chemischen Umwandlungen herstellen, die in einem lebenden Organismus stattfinden.
Der menschliche Körper enthält etwa 35 Gramm freie Aminosäuren, und ihr Blutgeh alt beträgt 3565 mg/dL. Eine große Menge von ihnen gelangt über die Nahrung in den Körper, außerdem befinden sie sich in ihrem eigenen Gewebe, sie können auch aus Kohlenhydraten gebildet werden.
In vielen Zellen (außer Erythrozyten) dienen sie nicht nur der Proteinsynthese, sondern auch der Bildung von Purin, Pyrimidinnukleotiden, biogenen Aminen, Membranphospholipiden.
Im Laufe des Tages werden im menschlichen Körper etwa 400 g Proteinverbindungen in Aminosäuren zerlegt, und der umgekehrte Prozess findet in ungefähr der gleichen Menge statt.
StoffProteine sind nicht in der Lage, die Kosten der Aminosäuren für die Synthese anderer organischer Verbindungen im Falle des Katabolismus zu tragen.
Im Laufe der Evolution hat die Menschheit die Fähigkeit verloren, viele Aminosäuren selbst zu synthetisieren, daher ist es notwendig, diese stickstoffh altigen Verbindungen aus der Nahrung zu beziehen, um sie dem Körper vollständig zur Verfügung zu stellen. Die chemischen Prozesse, an denen Aminosäuren beteiligt sind, sind immer noch Gegenstand der Forschung von Chemikern und Medizinern.
