ASPARAGĪNS: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, BIOSINTĒZE - BIOLOĢIJA - 2025

Asparagīna (Asn vai N), ir svarīga aminoskābe, lai šūnu signalizācijas un saistošs starp olbaltumvielu un ogļhidrātu. Šī ir viena no 22 pamata aminoskābēm un tiek klasificēta kā nebūtiska, jo to sintezē zīdītāju ķermenis.

Šī aminoskābe ir klasificēta neuzlādētu polāro aminoskābju grupā un bija pirmā aminoskābe, kas tika atklāta - fakts, kas notika 1806. gadā, kad to franču ķīmiķi Vauquelin un Robiquet izdalīja no sparģeļu sugas (sava ​​veida zālaugu auga).

Asparagīna aminoskābes ķīmiskā struktūra (Avots: Borb, izmantojot Wikimedia Commons)

Neskatoties uz agrīno atklāšanu, asparagīna bioloģiskā un uztura loma tika atzīta tikai vairāk nekā 100 gadus vēlāk, kad 1932. gadā tika apstiprināta tā klātbūtne olbaltumvielu struktūrā, kas atrodas kaņepju sēklās.

Asparagīns un glutamīns kalpo par substrātiem divu citu ļoti izplatītu olbaltumvielu aminoskābju amīdu grupām: attiecīgi aspartāts (asparagīnskābe) un glutamāts (glutamīnskābe). Asparagīns un glutamīns tiek viegli hidrolizēti šajās aminoskābēs ar fermentatīvu darbību vai ar skābiem un bāzes savienojumiem.

Daudzu serīna proteāzes enzīmu, kas hidrolizē peptīdu saites, aktīvās vietas sānu ķēdē ir asparagīns. Šim atlikumam ir daļējs negatīvs lādiņš, un tas ir atbildīgs par saistīšanos komplementārā veidā ar mērķa peptīdu pozitīvo lādiņu, tuvinot tos šķelšanās vietai.

Fermentu, kas atbild par oksalacetāta sintēzi no asparagīna, izmanto ķīmijterapijas procedūrās, un to sauc par L-asparagināzi, kas ir atbildīga par asparagīna amīdu grupas hidrolītiskās sadrumstalotības katalizēšanu par aspartātu un amoniju.

Asparagināze ir pārāk izteikta un attīrīta no Escherichia coli, lai to injicētu bērnības pacientiem ar akūtu limfoblastisko leikēmiju, jo gan normāli, gan ļaundabīgi limfocīti ir atkarīgi no asparagīna uztveršanas asinīs to augšanai un pavairošanai.

Raksturojums un uzbūve

Visām aminoskābju ķīmiskajām struktūrām ir karboksilgrupa (-COOH), aminogrupa (-NH3 +), ūdeņradis (-H) un R grupa vai aizvietotājs, kas ir piesaistīti vienam un tam pašam centrālajam oglekļa atomam, kas pazīstams kā ogleklis. α.

Aminoskābes viena no otras atšķiras ar to sānu ķēžu identitāti, kuras sauc par R grupām un kurām var būt atšķirīgs lielums, struktūra, funkcionālās grupas un pat elektriskais lādiņš.

R grupu oglekļa atomus identificē ar grieķu alfabēta burtiem. Tādējādi asparagīna gadījumā R ķēdes oglekli identificē kā β un γ oglekli.

Saskaņā ar cita veida nomenklatūrām oglekļa atoms karboksilgrupā (-COOH) tiek uzskaitīts kā C-1, tāpēc, turpinot numerāciju, α-ogleklis būtu C-2 utt.

Asparagīna molekulā ir četri oglekļa atomi, ieskaitot α-oglekli, karboksilgrupas oglekli un divus oglekļa atomus, kas ietilpst R grupā, kas pazīstams kā karboksamīds (-CH2-CO-NH2).

Šī karboksamīdu grupa ir sastopama tikai divās aminoskābēs: asparagīnā un glutamīnā. Tam ir tāda īpašība, ka tas ļoti viegli var veidot ūdeņraža saites ar aminogrupu (-NH2) un karbonilgrupu (-CO).

Klasifikācija

Asparagīns pieder pie neuzlādētu polāro aminoskābju grupas, kuras ir ļoti labi šķīstošas ​​ūdenī un ļoti hidrofilas aminoskābes (sakarā ar to spēju veidot vairākas ūdeņraža saites).

Serīns, treonīns, cisteīns un glutamīns ir atrodami arī neuzlādētu polāro aminoskābju grupā. Tie visi ir “cviterioniski” savienojumi, jo to R ķēdē ir polārā grupa, kas veicina lādiņu neitralizāciju.

Visas neuzlādētās polārās aminoskābes nav jonizējamas, ja pH ir tuvu 7 (neitrāls), tas ir, tām nav pozitīvu vai negatīvu lādiņu. Tomēr skābā un bāziskā vidē aizvietotāji jonizē un iegūst lādiņu.

Stereoķīmija

Aminoskābju centrālais ogleklis vai α ogleklis ir hirāls ogleklis, tāpēc tam ir pievienoti četri dažādi aizvietotāji, kas nozīmē, ka katrai aminoskābei ir vismaz divi atšķirami stereoizomēri.

Stereoizomēri ir tādas molekulas spoguļattēli, kurai ir tāda pati molekulārā formula, bet kura nav savstarpēji saderīga, piemēram, ar rokām (pa kreisi un pa labi). Tos apzīmē ar burtu D vai L, jo eksperimentāli šo aminoskābju šķīdumi rotē polarizētās gaismas plakni pretējos virzienos.

Vispārējā aminoskābju asimetrija padara šo savienojumu stereoķīmiju ļoti nozīmīgu, jo katram no tiem ir atšķirīgas īpašības, tas tiek sintezēts un piedalās dažādos metabolisma ceļos.

Asparagīnu var atrast formā D-asparagīns vai L-asparagīns, pēdējais ir dabā visizplatītākais. To sintezē L-asparagīna sintetāze un metabolizē L-asparagināze, abi enzīmi ir ļoti bagātīgi mugurkaulnieku aknās.

Iespējas

Asparagīna vienkāršā ūdeņraža piesaistes dēļ tā ir būtiska aminoskābe olbaltumvielu strukturālajai stabilitātei, jo tā var veidot iekšējās ūdeņraža saites ar citu aminoskābju sānu ķēdēm, kas veido tās.

Asparagīns parasti atrodas uz tipisku olbaltumvielu virsmas ūdens vidē, stabilizējot to struktūru.

Daudzus glikoproteīnus var piestiprināt ogļhidrātiem vai ogļhidrātiem caur asparagīna, treonīna vai serīna atlikumu. Asparagīna gadījumā acetilgalaktozamīns vispirms tiek piesaistīts aminogrupai ar N-glikozilēšanas palīdzību.

Ir svarīgi atzīmēt, ka visos N-glikozilētos glikoproteīnos ogļhidrāti ar tiem saistās caur asparagīna atlikumu, kas atrodas noteiktā reģionā, kas apzīmēts kā Asn-X-Ser / Thr, kur X ir jebkura aminoskābe.

Šie glikoproteīni tiek salikti endoplazmatiskajā retikulumā, kur tie tiek pārveidoti glikozilēti.

Biosintēze

Visi eikariotu organismi asimilē amonjaku un pārveido to par glutamātu, glutamīnu, karbamilfosfātu un asparagīnu. Asparagīnu var sintezēt no glikolītiskiem starpproduktiem, citronskābes ciklā (no oksaloacetāta) vai no diētas patērētajiem prekursoriem.

Asparagīna sintetāzes enzīms ir no glutamīna un ATP atkarīga amidotransferāze, kas notīra ATP uz AMP un neorganisko pirofosfātu (PPi) un izmanto amonjaku vai glutamīnu, lai katalizētu amidācijas reakciju un pārvērstu aspartātu par asparagīnu.

Gan baktērijām, gan dzīvniekiem ir asparagīna sintetāze, tomēr baktērijās ferments kā amonija jonu izmanto amonija jonu, savukārt zīdītājiem asparagīna sintetāze kā galveno slāpekļa grupas donoru izmanto glutamīnu.

ATP molekulas fermentatīvais sadalījums līdz AMP un neorganiskajam pirofosfātam (PPi) kopā ar glutamīnu kā amīdu grupas donoru ir galvenās atšķirības attiecībā uz L-glutamīna biosintēzi starp dažādiem organismiem.

Degradācija

Lielākā daļa asparagīna metabolisma pētījumu tika veikti augos, jo sākotnēji pētījumus ar zīdītājiem kavēja pietiekami jutīgu metodiku trūkums aminoskābju testiem sarežģītāku sistēmu līmenī.

L-asparagīnu zīdītājiem pastāvīgi hidrolizē ar L-asparagināzi, iegūstot asparagīnskābi un amoniju. To lieto glikoproteīnu sintēzē un ir viens no galvenajiem oksaloacetāta prekursoriem citronskābes ciklā.

Asparagināzes enzīms katalizē asparagīna hidrolīzi līdz aspartātam, pēc tam aspartātu transaminē ar α-ketoglutarātu, iegūstot glutamātu un oksalacetātu.

Asparagīna sintetāze, kas pazīstama arī kā aspartāta amonjaka ligase, bagātīgi atrodama pieaugušo zīdītāju smadzeņu šūnās.

Ja ķermenī tiek uztverts zems šī enzīma līmenis, veidojas tā sauktā “aminoacidopathies”, jo priekšgājēja substrāti uzkrājas smadzeņu šūnu citoplazmā.

Pārtika, kas bagāta ar asparagīnu

Cilvēkiem ar akūtu limfoblastisko leikēmiju parasti ir trūkumi enzīma asparagīna sintetāzē un tie ir atkarīgi no cirkulējošā asparagīna, tāpēc ieteicams uzturā, kas bagāts ar asparagīnu, vai tā eksogēnā apgādē.

Starp daudzajiem pārtikas produktiem ar augstu asparagīna saturu ir čaulgliemji, mājputni un to olas, gaļas liellopi, piena produkti un to atvasinājumi, kā arī dārzeņi, piemēram, sparģeļi, kartupeļi, bumbuļi utt.

Ir L-asparagīna koncentrāti, kas izstrādāti ļoti konkurētspējīgiem sportistiem, jo ​​to patēriņš palīdz atjaunot olbaltumvielas, kas veido audus.

Turklāt cilvēki, kuriem ir aminoskābju sintēzes deficīts, arī lieto šīs tabletes, lai izvairītos no traucējumiem centrālajā nervu sistēmā.

Asparagīnu ir vieglāk metabolizēt caur tā L-asparagīna formu, jo daudzi no tā metabolismā iesaistītajiem fermentiem neatpazīst D-asparagīna formu un tāpēc ne visi pārtikā patērētie asparagīni ir pieejami dažādiem ķermeņa procesi.

Bagātīga asparagīna uzņemšana var būt izdevīga, tomēr ieteicams to nelietot vairāk kā tablešu veidā, jo ir noteikts, ka bagātīga zāļu L-asparagīna koncentrācija palielina audzēja šūnu attīstību.

Atsauces

1. Cooney, DA, Capizzi, RL, & Handschumacher, RE (1970). L-asparagīna metabolisma novērtēšana dzīvniekiem un cilvēkiem. Vēža izpēte, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, & Even, HL (1976). D-asparagīna izmantošana Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Asparagīna metabolisma uzlabojumi. Progresē botānikā, 79. sējums (49.-74. Lpp.). Springer, Cham.
4. Kornfelds, R., un Kornfelds, S. (1985). Ar asparagīnu saistītu oligosaharīdu montāža. Gada pārskats par bioķīmiju, 54 (1), 631–664
5. Mathews, CK un Aherns, KG (2002). Bioķīmija. Pīrsona izglītība.
6. Nelsons, DL, Lehingers, AL, & Cox, MM (2008). Lehingera bioķīmijas principi. Makmillans.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). l-asparagīns. Acta Crystallographica E sadaļa: struktūras pārskati tiešsaistē, 63 (9), 3802-3803.