Aminohappojen transsaminaatio on prosessi, jossa molekyylien välinen siirtyminen aminoryhmän lähtöaineesta ketohappoon ilman ammoniakin muodostumista. Tarkastellaanpa tarkemmin tämän reaktion ominaisuuksia sekä sen biologista merkitystä.
Löytöhistoria
Neuvostoliiton kemistit Kritzman ja Brainstein löysivät aminohappojen transaminaatioreaktion vuonna 1927. Tutkijat ovat työskennelleet glutamiinihapon deaminaatioprosessin parissa lihaskudoksessa ja havainneet, että kun pyruviinihappoa ja glutamiinihappoa lisätään lihaskudoksen homogenaattiin, muodostuu alaniinia ja α-ketoglutaarihappoa. Löydön ainutlaatuisuus oli, että prosessiin ei liittynyt ammoniakin muodostumista. Kokeiden aikana he saivat selville, että aminohappojen transaminaatio on palautuva prosessi.
Reaktioiden edetessä katalyytteinä käytettiin tiettyjä entsyymejä, joita kutsuttiin aminoferaaseiksi (transmaminaaseiksi).
Prosessiominaisuudet
Transaminaatioon osallistuvat aminohapot voivat olla monokarboksyyliyhdisteitä. Laboratoriotutkimuksissa todettiin, että transaminaatioasparagiinia ja glutamiinia ketohappojen kanssa esiintyy eläinkudoksissa.
Aktiivinen osallistuminen aminoryhmän siirtoon vaatii pyridoksaalifosfaattia, joka on transaminaasien koentsyymi. Vuorovaikutusprosessissa siitä muodostuu pyridoksamiinifosfaattia. Entsyymit toimivat tämän prosessin katalyytteinä: oksidaasi, pyridoksaminaasi.
Reaktiomekanismi
Aminohappojen transnaation selittivät Neuvostoliiton tiedemiehet Shemyakin ja Braunstein. Kaikissa transaminaaseissa on koentsyymi pyridoksaalifosfaatti. Sen kiihdyttämät siirtoreaktiot ovat mekanismiltaan samanlaisia. Prosessi etenee kahdessa vaiheessa. Ensinnäkin pyridoksaalifosfaatti ottaa aminohaposta funktionaalisen ryhmän, mikä johtaa ketohapon ja pyridoksamiinifosfaatin muodostumiseen. Toisessa vaiheessa se reagoi α-ketohapon kanssa, lopputuotteina muodostuu pyridoksaalifosfaattia, vastaava ketohappo. Tällaisissa vuorovaikutuksissa pyridoksaalifosfaatti on aminoryhmän kantaja.
Aminohappojen transmisaatio tällä mekanismilla vahvistettiin spektrianalyysimenetelmillä. Tällä hetkellä on olemassa uusia todisteita tällaisen mekanismin esiintymisestä elävissä olennoissa.
Vaihtoprosessien arvo
Mikä rooli aminohappojen transaminaatiolla on? Tämän prosessin arvo on melko suuri. Nämä reaktiot ovat yleisiä kasveissa ja mikro-organismeissa, eläinkudoksissa, koska ne kestävät hyvin kemiallisia, fysikaalisia,biologiset tekijät, absoluuttinen stereokemiallinen spesifisyys suhteessa D- ja L-aminohappoihin.
Monet tiedemiehet ovat analysoineet aminohappojen transaminaatioiden biologisen merkityksen. Siitä on tullut yksityiskohtainen tutkimus metabolisissa aminohappoprosesseissa. Tutkimuksen aikana esitettiin hypoteesi aminohappojen transaminaatioprosessin mahdollisuudesta transdeaminaatiolla. Euler havaitsi, että eläinkudoksissa vain L-glutamiinihappo deaminoituu aminohapoista suurella nopeudella, ja prosessia katalysoi glutamaattidehydrogenaasi.
Glutamiinihapon deaminaatio- ja transaminaatioprosessit ovat palautuvia reaktioita.
Kliininen merkitys
Miten aminohappojen transaminaatiota käytetään? Tämän prosessin biologinen merkitys piilee mahdollisuudessa suorittaa kliinisiä tutkimuksia. Esimerkiksi terveen ihmisen veren seerumissa on 15-20 yksikköä transaminaaseja. Orgaanisten kudosvaurioiden tapauksessa havaitaan solutuhoa, joka johtaa transaminaasien vapautumiseen vereen vauriosta.
Sydäninfarktin tapauksessa aspartaattiaminotransferaasin taso nousee kirjaimellisesti 3 tunnin kuluttua 500 yksikköön.
Miten aminohappojen transaminaatiota käytetään? Biokemiaan kuuluu transaminaasitesti, jonka tulosten perusteella potilas diagnosoidaan ja valitaan tehokkaat menetelmät tunnistetun taudin hoitoon.
Erityispakkauksia käytetään diagnostisiin tarkoituksiin sairausklinikallakemikaalit laktaattidehydrogenaasin, kreatiinikinaasin ja transaminaasiaktiivisuuden nopeaan havaitsemiseen.
Hypertransaminasemiaa havaitaan munuaisten, maksan, haiman sairauksissa sekä akuutissa hiilitetrakloridimyrkytystapauksessa.
Aminohappojen transsaminaatiota ja deaminaatiota käytetään nykyaikaisessa diagnostiikassa akuuttien maksainfektioiden havaitsemiseen. Tämä johtuu alaniiniaminotransferaasin voimakkaasta noususta joissakin maksaongelmissa.
Transaation osallistujat
Glutamiinihapolla on erityinen rooli tässä prosessissa. Laaja levinneisyys kasvi- ja eläinkudoksissa, aminohappojen stereokemiallinen spesifisyys ja katalyyttinen aktiivisuus ovat tehneet transaminaaseista tutkimuksen kohteen tutkimuslaboratorioissa. Kaikki luonnolliset aminohapot (paitsi metioniini) ovat vuorovaikutuksessa α-ketoglutaarihapon kanssa transaminaatiossa, jolloin muodostuu keto- ja glutamiinihappoa. Se deaminoituu glutamaattidehydrogenaasin vaikutuksesta.
Oksidatiiviset deaminaatiovaihtoehdot
Tätä prosessia on suoria ja epäsuoria tyyppejä. Suora deaminaatio sisältää yhden entsyymin käytön katalyyttinä; reaktiotuote on ketohappo ja ammoniakki. Tämä prosessi voi edetä aerobisella tavalla olettaen happea tai anaerobisesti (ilman happimolekyylejä).
Oksidatiivisen deaminoinnin ominaisuudet
Aminohappojen D-oksidaasit toimivat aerobisen prosessin katalyytteinä, ja L-aminohappojen oksidaasit toimivat koentsyymeinä. Näitä aineita on ihmiskehossa, mutta niiden aktiivisuus on vähäistä.
Oksidatiivisen deaminoinnin anaerobinen muunnos on mahdollinen glutamiinihapolle, glutamaattidehydrogenaasi toimii katalyyttinä. Tätä entsyymiä on kaikkien elävien organismien mitokondrioissa.
Epäsuorassa oksidatiivisessa deaminaatiossa erotetaan kaksi vaihetta. Ensin aminoryhmä siirtyy alkuperäisestä molekyylistä ketoyhdisteeseen, muodostuu uusi keto ja aminohappoja. Lisäksi ketoskeleton katabolisoituu tietyillä tavoilla, osallistuu trikarboksyylihappokiertoon ja kudoshengitykseen, lopputuotteena tulee vettä ja hiilidioksidia. Nälkätilanteessa glukogeenisten aminohappojen hiilirunkoa käytetään glukoosimolekyylien muodostamiseen glukoneogeneesissä.
Toisessa vaiheessa aminoryhmä poistetaan deaminaatiolla. Ihmiskehossa samanlainen prosessi on mahdollista vain glutamiinihapolle. Tämän vuorovaikutuksen seurauksena muodostuu α-ketoglutaarihappoa ja ammoniakkia.
Johtopäätös
Kahden aspartaattiaminotransferaasin ja alaniiniaminotransferaasin transaminaatioentsyymin aktiivisuuden määrittäminen on löytänyt käyttöä lääketieteessä. Nämä entsyymit voivat reagoida palautuvasti α-ketoglutaarihapon kanssa, siirtää funktionaalisia aminoryhmiä aminohapoista siihen,muodostavat ketoyhdisteitä ja glutamiinihappoa. Huolimatta siitä, että näiden entsyymien aktiivisuus lisääntyy sydänlihaksen ja maksan sairauksissa, AST:n ja ALT:n maksimiaktiivisuus on veren seerumissa hepatiitissa.
Aminohapot ovat välttämättömiä proteiinimolekyylien synteesissä sekä monien muiden aktiivisten biologisten yhdisteiden muodostumisessa, jotka voivat säädellä kehon aineenvaihduntaprosesseja: hormoneja, välittäjäaineita. Lisäksi ne ovat typpiatomien luovuttajia muiden kuin proteiinipitoisten typpeä sisältävien aineiden, mukaan lukien koliinin, kreatiinin, synteesissä.
Aminohappojen ketaboliaa voidaan käyttää energialähteenä adenosiinitrifosforihapon synteesiin. Aminohappojen energiatoiminnalla on erityistä arvoa nälänhädässä sekä diabetes mellituksessa. Aminohappoaineenvaihdunta mahdollistaa yhteyksien luomisen lukuisten elävässä organismissa tapahtuvien kemiallisten muutosten välille.
Ihmiskehossa on noin 35 grammaa vapaita aminohappoja ja niiden veripitoisuus on 3565 mg/dl. Suuri määrä niitä pääsee elimistöön ruoasta, lisäksi ne ovat omissa kudoksissaan, niitä voi muodostua myös hiilihydraateista.
Monissa soluissa (paitsi punasoluissa) niitä ei käytetä vain proteiinisynteesiin, vaan myös puriinien, pyrimidiininukleotidien, biogeenisten amiinien, kalvofosfolipidien muodostukseen.
Päivän aikana noin 400 g proteiiniyhdisteitä hajoaa ihmiskehossa aminohapoiksi, ja käänteinen prosessi tapahtuu suunnilleen saman verran.
Kangasproteiinit eivät pysty katabolian tapauksessa suorittamaan aminohappojen kustannuksia muiden orgaanisten yhdisteiden synteesiin.
Evoluutioprosessissa ihmiskunta on menettänyt kyvyn syntetisoida monia aminohappoja yksinään, joten näiden typpeä sisältävien yhdisteiden saaminen ruoasta on välttämätöntä, jotta elimistö saa ne täysimääräisesti.. Kemialliset prosessit, joihin aminohapot osallistuvat, ovat edelleen kemistien ja lääkäreiden tutkimusten kohteena.
