ASPARAGINA: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, FUNZIONI, BIOSINTESI - BIOLOGIA - 2024

L' asparagina (Asn o N) è un importante aminoacido per la segnalazione cellulare e il legame tra proteine ​​e carboidrati. Questo è uno dei 22 amminoacidi di base ed è classificato come non essenziale, poiché è sintetizzato dal corpo dei mammiferi.

Questo amminoacido è classificato nel gruppo degli amminoacidi polari non caricati ed è stato il primo amminoacido scoperto, fatto avvenuto nel 1806, dove fu isolato dal succo di asparago (una specie di pianta erbacea) dai chimici francesi Vauquelin e Robiquet.

Struttura chimica dell'amminoacido Asparagina (Fonte: Borb, tramite Wikimedia Commons)

Nonostante le sue prime scoperte, il ruolo biologico e nutrizionale dell'asparagina non fu riconosciuto fino a più di 100 anni dopo quando, nel 1932, fu confermata la sua presenza nella struttura di una proteina presente nei semi di canapa.

L'asparagina e la glutammina servono come substrati per i gruppi ammidici di altri due amminoacidi molto comuni nelle proteine: rispettivamente l'aspartato (acido aspartico) e il glutammato (acido glutammico). L'asparagina e la glutammina sono facilmente idrolizzate in questi amminoacidi per azione enzimatica o da composti acidi e basici.

Molti enzimi serina proteasi che idrolizzano i legami peptidici hanno un'asparagina sulla catena laterale del loro sito attivo. Questo residuo ha una carica negativa parziale ed è responsabile del legame in modo complementare con la carica positiva dei peptidi target, avvicinandoli al sito di scissione.

L'enzima responsabile della sintesi dell'ossalacetato dall'asparagina è utilizzato nei trattamenti chemioterapici ed è noto come L-asparaginasi, che è responsabile della catalizzazione della frammentazione idrolitica del gruppo ammidico dell'asparagina in aspartato e ammonio.

L'asparaginasi è sovraespressa e purificata da Escherichia coli, da iniettare in pazienti pediatrici con leucemia linfoblastica acuta, poiché sia ​​i linfociti normali che quelli maligni dipendono dalla cattura dell'asparagina nel sangue per la loro crescita e moltiplicazione.

Caratteristiche e struttura

Tutte le strutture chimiche degli amminoacidi hanno un gruppo carbossilico (-COOH), un gruppo amminico (-NH3 +), un idrogeno (-H) e un gruppo R o sostituente che sono attaccati allo stesso atomo di carbonio centrale, noto come carbonio. α.

Gli amminoacidi differiscono l'uno dall'altro per l'identità delle loro catene laterali, che sono note come gruppi R e che possono variare in termini di dimensioni, struttura, gruppi funzionali e persino carica elettrica.

Gli atomi di carbonio dei gruppi R sono identificati da lettere dell'alfabeto greco. Quindi, nel caso dell'asparagina, i carboni della catena R sono identificati come atomi di carbonio β e γ.

Secondo altri tipi di nomenclatura, l'atomo di carbonio nel gruppo carbossilico (-COOH) è elencato come C-1, quindi, continuando con la numerazione, l'α-carbonio sarebbe C-2 e così via.

Una molecola di asparagina ha quattro atomi di carbonio, compreso l'α-carbonio, il carbonio del gruppo carbossilico e due atomi di carbonio che fanno parte del gruppo R, noto come carbossammide (-CH2-CO-NH2).

Questo gruppo carbossammide si trova solo in due amminoacidi: nell'asparagina e nella glutammina. Ha la caratteristica di poter formare legami idrogeno molto facilmente attraverso il gruppo amminico (-NH2) e il gruppo carbonile (-CO).

Classificazione

L'asparagina appartiene al gruppo degli amminoacidi polari non caricati, che sono amminoacidi altamente solubili in acqua e altamente idrofili (grazie alla loro capacità di formare più legami idrogeno).

La serina, la treonina, la cisteina e la glutammina si trovano anche nel gruppo degli amminoacidi polari non caricati. Tutti questi sono composti "zwitterionici", poiché hanno un gruppo polare nella loro catena R che contribuisce alla neutralizzazione delle cariche.

Tutti gli amminoacidi polari non caricati non sono ionizzabili a pH prossimi a 7 (neutro), cioè non hanno cariche positive o negative. Tuttavia, nei mezzi acidi e basici i sostituenti ionizzano e acquisiscono una carica.

stereochimica

Il carbonio centrale o carbonio α degli amminoacidi è un carbonio chirale, quindi ha quattro diversi sostituenti attaccati, il che significa che ci sono almeno due stereoisomeri distinguibili per ogni amminoacido.

Gli stereoisomeri sono immagini speculari di una molecola che hanno la stessa formula molecolare, ma non sono sovrapponibili tra loro, come le mani (sinistra e destra). Sono indicati con la lettera D o L, poiché sperimentalmente le soluzioni di questi amminoacidi ruotano il piano della luce polarizzata in direzioni opposte.

L'asimmetria generale degli amminoacidi rende la stereochimica di questi composti di grande importanza, poiché ognuno ha proprietà diverse, è sintetizzato e partecipa a diverse vie metaboliche.

L'asparagina può essere trovata nella forma D-asparagina o L-asparagina, quest'ultima è la più comune in natura. È sintetizzato dalla L-asparagina sintetasi e metabolizzato dalla L-asparaginasi, entrambi gli enzimi sono molto abbondanti nel fegato dei vertebrati.

Caratteristiche

La facilità del legame idrogeno dell'asparagina lo rende un amminoacido cruciale per la stabilità strutturale delle proteine, in quanto può formare legami idrogeno interni con le catene laterali degli altri amminoacidi che le compongono.

L'asparagina si trova solitamente sulla superficie delle proteine ​​tipiche nei mezzi acquosi, stabilizzandone la struttura.

Molte glicoproteine ​​possono essere attaccate a carboidrati o carboidrati attraverso un residuo di asparagina, treonina o serina. Nel caso dell'asparagina, un'acetil galattosamina viene generalmente attaccata per prima al gruppo amminico mediante N-glicosilazione.

È importante notare che in tutte le glicoproteine ​​N-glicosilate i carboidrati sono attaccati ad esse attraverso un residuo di asparagina trovato in una regione specifica indicata come Asn-X-Ser / Thr, dove X è un amminoacido qualsiasi.

Queste glicoproteine ​​sono assemblate nel reticolo endoplasmatico, dove vengono glicosilate man mano che vengono tradotte.

biosintesi

Tutti gli organismi eucarioti assimilano l'ammoniaca e la trasformano in glutammato, glutammina, carbamil fosfato e asparagina. L'asparagina può essere sintetizzata da intermedi glicolitici, nel ciclo dell'acido citrico (da ossalacetato) o da precursori consumati nella dieta.

L'enzima asparagina sintetasi è una glutammina e amidotransferasi dipendente dall'ATP che cancella l'ATP in AMP e il pirofosfato inorganico (PPi) e utilizza ammoniaca o glutammina per catalizzare una reazione di ammidazione e convertire l'aspartato in asparagina.

Sia i batteri che gli animali hanno un'asparagina sintetasi, tuttavia, nei batteri l'enzima utilizza lo ione ammonio come donatore di azoto, mentre nei mammiferi l'asparagina sintetasi utilizza la glutammina come principale donatore del gruppo azoto.

La scomposizione enzimatica della molecola di ATP in AMP e pirofosfato inorganico (PPi), insieme alla glutammina come donatore del gruppo ammidico, sono le principali differenze rispetto alla biosintesi della L-glutammina tra diversi organismi.

Degradazione

La maggior parte degli studi sul metabolismo dell'asparagina sono stati condotti su piante, poiché inizialmente gli studi sui mammiferi erano ostacolati dalla mancanza di metodologie sufficientemente sensibili per i dosaggi degli amminoacidi a livello di sistemi più complessi.

La L-asparagina è costantemente idrolizzata nei mammiferi dalla L-asparaginasi per produrre acido aspartico e ammonio. Viene utilizzato per la sintesi delle glicoproteine ​​ed è uno dei principali precursori dell'ossalacetato del ciclo dell'acido citrico.

L'enzima asparaginasi catalizza l'idrolisi dell'asparagina in aspartato, successivamente l'aspartato viene transaminato con α-chetoglutarato per produrre glutammato e ossalacetato.

L'asparagina sintetasi, nota anche come aspartato-ammoniaca ligasi, si trova in abbondanza nelle cellule cerebrali adulte dei mammiferi.

Quando i livelli bassi di questo enzima sono percepiti nel corpo, si forma ciò che è noto come "aminoacidopatie", poiché i substrati precursori si accumulano nel citoplasma delle cellule cerebrali.

Alimenti ricchi di asparagina

Le persone con leucemia linfoblastica acuta di solito hanno carenze nell'enzima asparagina sintetasi e dipendono dall'asparagina circolante, quindi si consiglia una dieta ricca di asparagina o di apporto esogeno.

Tra i tanti alimenti ad alto contenuto di asparagina ci sono crostacei, pollame e loro uova, bovini da carne, latticini e loro derivati, e verdure come asparagi, patate, tuberi, ecc.

Esistono concentrati di L-asparagina formulati per atleti altamente competitivi, poiché il loro consumo aiuta a rigenerare le proteine ​​che compongono i tessuti.

Inoltre, le persone che hanno una carenza nella sintesi degli aminoacidi assumono anche queste compresse per evitare disturbi nel loro sistema nervoso centrale.

L'asparagina è più facile da metabolizzare attraverso la sua forma L-asparagina, poiché molti degli enzimi coinvolti nel suo metabolismo non riconoscono la forma D-asparagina e, quindi, non tutta l'asparagina ingerita nel cibo è disponibile per i diversi processi del corpo.

L'abbondante assunzione di asparagina può essere benefica, tuttavia si raccomanda di non consumarla in eccesso sotto forma di compresse, poiché è stato accertato che abbondanti concentrazioni di L-asparagina da farmaci aumentano lo sviluppo di cellule tumorali.

Riferimenti

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