Aminohapete transamineerumine on molekulidevaheline ülekanne aminorühma lähteainelt ketohappele ilma ammoniaagi moodustumiseta. Vaatleme üksikasjalikum alt selle reaktsiooni tunnuseid ja ka selle bioloogilist tähendust.
Avastuste ajalugu
Aminohapete transaminatsioonireaktsiooni avastasid Nõukogude keemikud Kritzman ja Brainstein 1927. aastal. Teadlased on tegelenud glutamiinhappe deamiinimise protsessiga lihaskoes ja leidnud, et püroviinamari- ja glutamiinhappe lisamisel lihaskoe homogenaadile tekivad alaniin ja α-ketoglutaarhape. Avastuse unikaalsus seisnes selles, et protsessiga ei kaasnenud ammoniaagi teket. Katsete käigus õnnestus neil välja selgitada, et aminohapete transamiinimine on pöörduv protsess.
Reaktsioonide kulgemisel kasutati katalüsaatoritena spetsiifilisi ensüüme, mida nimetati aminoferaasideks (transmaminaasideks).
Protsessi funktsioonid
Transamiinimises osalevad aminohapped võivad olla monokarboksüülühendid. Laboratoorsetes uuringutes leiti, et transamineerimineasparagiini ja glutamiini koos ketohapetega esineb loomsetes kudedes.
Aktiivne osalemine aminorühma ülekandes nõuab püridoksaalfosfaati, mis on transaminaaside koensüüm. Koostoime käigus moodustub sellest püridoksamiinfosfaat. Ensüümid toimivad selle protsessi katalüsaatorina: oksüdaas, püridoksaminaas.
Reaktsioonimehhanism
Aminohapete transmissiooni selgitasid Nõukogude teadlased Šemjakin ja Braunstein. Kõigil transaminaasidel on koensüüm püridoksaalfosfaat. Ülekandereaktsioonid, mida see kiirendab, on mehhanismilt sarnased. Protsess toimub kahes etapis. Esiteks võtab püridoksaalfosfaat aminohappest funktsionaalrühma, mille tulemusena moodustuvad ketohape ja püridoksamiinfosfaat. Teises etapis reageerib see α-ketohappega, lõppproduktina moodustub püridoksaalfosfaat, vastav ketohape. Sellistes interaktsioonides on püridoksaalfosfaat aminorühma kandjaks.
Aminohapete transmineerumine selle mehhanismiga leidis kinnitust spektraalanalüüsi meetoditega. Praegu on uusi tõendeid sellise mehhanismi olemasolu kohta elusolendites.
Vahetusprotsesside väärtus
Mis rolli mängib aminohapete transamineerimine? Selle protsessi väärtus on üsna suur. Need reaktsioonid on tavalised taimedes ja mikroorganismides ning loomsetes kudedes nende kõrge vastupidavuse tõttu keemilistele, füüsikalistele,bioloogilised tegurid, absoluutne stereokeemiline spetsiifilisus D- ja L-aminohapete suhtes.
Aminohapete transamiinimise bioloogilist tähendust on analüüsinud paljud teadlased. Sellest on saanud metaboolsete aminohapete protsesside üksikasjalik uuring. Uurimistöö käigus püstitati hüpotees aminohapete transamineerimise protsessi võimalikkusest transdeaminatsiooni abil. Euler avastas, et loomsetes kudedes deamineeritakse aminohapetest suure kiirusega ainult L-glutamiinhape, protsessi katalüüsib glutamaatdehüdrogenaas.
Glutamiinhappe deamiinimise ja transamiinimise protsessid on pöörduvad reaktsioonid.
Kliiniline tähtsus
Kuidas kasutatakse aminohapete transamineerimist? Selle protsessi bioloogiline tähtsus seisneb kliiniliste uuringute läbiviimise võimaluses. Näiteks terve inimese vereseerumis on 15–20 ühikut transaminaase. Orgaaniliste kudede kahjustuste korral täheldatakse rakkude hävimist, mis põhjustab transaminaaside vabanemist kahjustusest verre.
Müokardiinfarkti korral tõuseb aspartaataminotransferaasi tase sõna otseses mõttes 3 tunni pärast 500 ühikuni.
Kuidas kasutatakse aminohapete transamineerimist? Biokeemia hõlmab transaminaaside testi, mille tulemuste põhjal määratakse patsiendile diagnoos ja valitakse välja tuvastatud haiguse tõhusad ravimeetodid.
Haiguste kliinikus kasutatakse diagnostilistel eesmärkidel spetsiaalseid komplektekemikaalid laktaatdehüdrogenaasi, kreatiinkinaasi ja transaminaaside aktiivsuse kiireks tuvastamiseks.
Hüpertransaminaseemiat täheldatakse neeru-, maksa-, kõhunäärmehaiguste, aga ka ägeda süsiniktetrakloriidi mürgistuse korral.
Aminohapete transamineerimist ja deamiinimist kasutatakse kaasaegses diagnostikas ägedate maksainfektsioonide tuvastamiseks. See on tingitud alaniini aminotransferaasi järsust tõusust teatud maksaprobleemide korral.
Ülekandel osalejad
Glutamiinhappel on selles protsessis eriline roll. Laialdane levik taimede ja loomsetes kudedes, aminohapete stereokeemiline spetsiifilisus ja katalüütiline aktiivsus on muutnud transaminaasid uurimislaborites uurimisobjektiks. Kõik looduslikud aminohapped (v.a metioniin) interakteeruvad transamiinimise käigus α-ketoglutaarhappega, mille tulemusena moodustuvad keto- ja glutamiinhape. See deamineeritakse glutamaatdehüdrogenaasi toimel.
Oksüdatiivse deaminatsiooni võimalused
Sellel protsessil on otseseid ja kaudseid liike. Otsene deamineerimine hõlmab ühe ensüümi kasutamist katalüsaatorina; reaktsiooniproduktiks on ketohape ja ammoniaak. See protsess võib toimuda aeroobsel viisil, eeldades hapniku olemasolu, või anaeroobselt (ilma hapnikumolekulideta).
Oksüdatiivse deaminatsiooni omadused
Aminohapete D-oksüdaasid toimivad aeroobse protsessi katalüsaatoritena ja L-aminohapete oksüdaasid koensüümidena. Neid aineid leidub inimkehas, kuid nende aktiivsus on minimaalne.
Glutamiinhappe puhul on võimalik oksüdatiivse deamineerimise anaeroobne variant, glutamaatdehüdrogenaas toimib katalüsaatorina. Seda ensüümi leidub kõigi elusorganismide mitokondrites.
Kaudsel oksüdatiivsel deamineerimisel eristatakse kahte etappi. Esiteks viiakse aminorühm algsest molekulist üle ketoühendile, moodustub uus keto ja aminohapped. Lisaks kataboliseerub ketoskelett spetsiifilisel viisil, osaleb trikarboksüülhappe tsüklis ja kudede hingamises, lõppsaaduseks on vesi ja süsinikdioksiid. Nälgimise korral kasutatakse glükoneogeneesis glükoosimolekulide moodustamiseks glükoosimolekulide moodustamiseks glükogeensete aminohapete süsinikust.
Teine etapp hõlmab aminorühma eemaldamist deamineerimise teel. Inimkehas on sarnane protsess võimalik ainult glutamiinhappe puhul. Selle interaktsiooni tulemusena moodustuvad α-ketoglutaarhape ja ammoniaak.
Järeldus
Kahe aspartaataminotransferaasi ja alaniinaminotransferaasi transamiinimise ensüümi aktiivsuse määramine on leidnud rakendust meditsiinis. Need ensüümid võivad pöörduv alt interakteeruda α-ketoglutaarhappega, kanda funktsionaalseid aminorühmi aminohapetest sellele,moodustades ketoühendeid ja glutamiinhapet. Hoolimata asjaolust, et nende ensüümide aktiivsus suureneb südamelihase ja maksa haiguste korral, on AST-i ja hepatiidi korral ALT-i maksimaalne aktiivsus vereseerumis.
Aminohapped on asendamatud valgumolekulide sünteesil, aga ka paljude teiste aktiivsete bioloogiliste ühendite moodustumisel, mis võivad reguleerida ainevahetusprotsesse organismis: hormoonid, neurotransmitterid. Lisaks on nad lämmastikuaatomite doonorid mittevalguliste lämmastikku sisaldavate ainete, sealhulgas koliini, kreatiini sünteesil.
Aminohapete ketabolismi saab kasutada energiaallikana adenosiintrifosforhappe sünteesil. Aminohapete energiafunktsioon on eriti väärtuslik nälgimise protsessis, aga ka suhkurtõve korral. Aminohapete metabolism võimaldab teil luua seoseid paljude elusorganismis toimuvate keemiliste muutuste vahel.
Inimese keha sisaldab umbes 35 grammi vabu aminohappeid ja nende veresisaldus on 3565 mg/dl. Suur kogus neist satub kehasse toiduga, lisaks on nad oma kudedes, võivad tekkida ka süsivesikutest.
Paljudes rakkudes (välja arvatud erütrotsüüdid) kasutatakse neid mitte ainult valkude sünteesiks, vaid ka puriini, pürimidiini nukleotiidide, biogeensete amiinide, membraani fosfolipiidide moodustamiseks.
Päeva jooksul laguneb inimkehas aminohapeteks umbes 400 g valguühendeid ja ligikaudu samas koguses toimub ka vastupidine protsess.
Kangasvalgud ei suuda katabolismi korral teostada aminohapete kulusid teiste orgaaniliste ühendite sünteesiks.
Inimkond on evolutsiooni käigus kaotanud võime paljusid aminohappeid iseseisv alt sünteesida, mistõttu on organismile nende täielikuks varustamiseks vaja neid lämmastikku sisaldavaid ühendeid toidust saada. Keemilised protsessid, milles aminohapped osalevad, on endiselt keemikute ja arstide uurimisobjektiks.
