La transaminazione è un tipo di reazione chimica che opera nella "ridistribuzione" dei gruppi amminici dagli amminoacidi, perché comporta processi reversibili di aminazione (aggiunta di un gruppo amminico) e deaminazione (rimozione di un gruppo amminico), che sono catalizzati da enzimi specifici noti come transaminasi o aminotransferasi.
La reazione di transaminazione generale comporta lo scambio tra un amminoacido e qualsiasi α-chetoacido, dove lo scambio di un gruppo amminico produce la versione chetoacida del primo amminoacido substrato e la versione amminoacidica del primo substrato α-chetoacido.
Schema grafico di una reazione amminotransfer tra un amminoacido e un alfa-chetoacido (Fonte: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Il gruppo amminico che di solito viene scambiato è l'ammino “alfa”, cioè quello che partecipa alla formazione dei legami peptidici e che definisce la struttura degli amminoacidi, sebbene possano verificarsi anche reazioni che coinvolgono altri gruppi amminici presenti in posizioni diverse. .
Con l'eccezione di lisina, treonina, prolina e idrossiprolina, tutti gli amminoacidi partecipano alle reazioni di transaminazione, sebbene le transaminasi siano state descritte per istidina, serina, metionina e fenilalanina, ma le loro vie metaboliche non coinvolgono questo tipo. di reazioni.
Le reazioni di transaminazione tra amminoacidi e α-chetoacidi furono scoperte nel 1937 da Braunstein e Kritzmann, e da allora sono state oggetto di studi intensi, poiché si verificano in molti tessuti di organismi diversi e per scopi diversi.
Nell'uomo, ad esempio, le transaminasi sono ampiamente distribuite nei tessuti del corpo e sono particolarmente attive nel tessuto muscolare cardiaco, nel fegato, nel tessuto muscolare scheletrico e nei reni.
Meccanismo di reazione
Le reazioni di transaminazione coinvolgono più o meno lo stesso meccanismo. Come discusso in precedenza, queste reazioni si verificano come uno scambio reversibile di un gruppo amminico tra un amminoacido e un α-chetoacido (deaminato), producendo l'α-chetoacido dell'amminoacido donatore e l'amminoacido del recettore α-chetoacido.
Queste reazioni dipendono da un composto noto come piridossal fosfato, un derivato della vitamina B6 che partecipa come trasportatore di gruppi amminici e che si lega agli enzimi transaminasi attraverso la formazione di una base di Schiff tra il gruppo aldeidico di questa molecola. e l'ε-ammino di un residuo di lisina nel sito attivo dell'enzima.
Il legame tra piridossal fosfato e residuo di lisina nel sito attivo non è covalente, ma avviene attraverso l'interazione elettrostatica tra la carica positiva dell'azoto sulla lisina e la carica negativa sul gruppo fosfato del piridossale.
Nel corso della reazione, l'amminoacido che funge da substrato sposta il gruppo ε-ammino del residuo di lisina nel sito attivo che partecipa alla base di Schiff con piridossale.
Nel frattempo, una coppia di elettroni dal carbonio alfa dell'amminoacido vengono rimossi e trasferiti all'anello piridinico che costituisce il piridossal fosfato (caricato positivamente) e quindi "consegnati" all'α-chetoacido che funge da secondo substrato.
In questo modo, il piridossal fosfato non solo partecipa al trasferimento o trasporto di gruppi amminici tra aminoacidi e α-chetoacidi che sono substrati delle transaminasi, ma funge anche da "pozzo" di elettroni, facilitando la dissociazione del alfa amminoacido idrogeno.
In sintesi, il primo substrato, un amminoacido, trasferisce il suo gruppo amminico al piridossal fosfato, da dove viene successivamente trasferito al secondo substrato, un α-chetoacido, formando, nel frattempo, un composto intermedio noto come piridossammina fosfato.
Funzione di transaminazione
Gli enzimi transaminasi si trovano generalmente nel citosol e nei mitocondri e funzionano nell'integrazione di diverse vie metaboliche.
Il glutammato deidrogenasi nella sua reazione inversa, ad esempio, può convertire il glutammato in ammonio, NADH (o NADPH) e α-chetoglutarato, che possono entrare nel ciclo dell'acido tricarbossilico e funzionare nella produzione di energia.
Questo enzima, che si trova nella matrice mitocondriale, rappresenta un punto di diramazione che associa gli amminoacidi al metabolismo energetico, in modo che quando una cellula non ha abbastanza energia sotto forma di carboidrati o grassi per funzionare, può alternativamente utilizzarne alcuni amminoacidi per lo stesso scopo.
La formazione dell'enzima (glutammato deidrogenasi) durante lo sviluppo cerebrale è essenziale per il controllo della disintossicazione da ammonio, poiché è stato dimostrato che alcuni casi di ritardo mentale hanno a che fare con una bassa attività di questo, che porta a accumulo di ammonio, che è dannoso per la salute del cervello.
In alcune cellule epatiche, le reazioni di transaminazione possono essere utilizzate anche per la sintesi del glucosio mediante gluconeogenesi.
La glutammina viene convertita in glutammato e ammonio dall'enzima glutaminasi. Successivamente, il glutammato viene convertito in α-chetoglutarato, che entra nel ciclo di Krebs e quindi nella gluconeogenesi. Quest'ultimo passaggio avviene grazie al fatto che il malato, uno dei prodotti del percorso, viene trasportato all'esterno dei mitocondri tramite una navetta.
Questa navetta lascia l'α-chetoglutarato alla mercé dell'enzima malico, che lo converte in piruvato. Due molecole di piruvato possono quindi essere convertite in una molecola di glucosio attraverso la gluconeogenesi.
Esempi
Le reazioni di transaminazione più comuni sono correlate agli amminoacidi alanina, acido glutammico e acido aspartico.
Alcuni enzimi aminotransferasi possono, oltre al piridossal fosfato, utilizzare il piruvato come "coenzima", come nel caso della glutammato-piruvato transaminasi, che catalizza la seguente reazione:
glutammato + piruvato ↔ alanina + α-chetoglutarato
Le cellule muscolari dipendono da questa reazione per produrre alanina dal piruvato e per ottenere energia attraverso il ciclo di Krebs attraverso l'α-chetoglutarato. In queste cellule, l'uso dell'alanina come fonte di energia dipende dall'eliminazione dei gruppi amminici come ioni ammonio nel fegato, attraverso il ciclo dell'urea.
Reazione di transaminazione dell'alanina (Fonte: Tomas Drab tramite Wikimedia Commons)
Un'altra reazione di transaminazione molto importante in diverse specie è quella catalizzata dall'enzima aspartato aminotransferasi:
L-aspartato + α-chetoglutarato ↔ ossalacetato + L-glutammato
Ultimo ma non meno importante, la reazione di transaminazione dell'acido γ-amminobutirrico (GABA), un amminoacido non proteico essenziale per il sistema nervoso centrale che funziona come neurotrasmettitore inibitorio. La reazione è catalizzata da una transaminasi dell'acido γ-amminobutirrico ed è più o meno la seguente:
α-chetoglutarato + acido 4-amminobutanoico ↔ glutammato + semialdeide succinica
La semialdeide succinica viene convertita in acido succinico attraverso una reazione di ossidazione e quest'ultima può entrare nel ciclo di Krebs per la produzione di energia.
Riferimenti
- Bhagavan, NV e Ha, CE (2002). Metabolismo delle proteine e degli amminoacidi. Medical Biochemistry (4a ed.), Academic Press: San Diego, CA, USA, 331.
- Cammarata, PS e Cohen, PP (1950). L'ambito della reazione di transaminazione nei tessuti animali. Journal of Biological Chemistry, 187, 439-452.
- Ha, CE e Bhagavan, NV (2011). Elementi essenziali di biochimica medica: con casi clinici. Academic Press.
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