ASPARAGIN: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER, BIOSYNTESE - BIOLOGI - 2025

Den asparagin (Asn eller N) er en vigtig aminosyre for cellesignalerende og binding mellem proteiner og kulhydrater. Dette er en af ​​de 22 basiske aminosyrer og er klassificeret som ikke-essentiel, da den er syntetiseret af kroppen af ​​pattedyr.

Denne aminosyre er klassificeret i gruppen af ​​uladede polære aminosyrer og var den første opdagede aminosyre, en kendsgerning, der opstod i 1806, hvor den blev isoleret fra saften fra asparges (en slags urteagtig plante) af de franske kemikere Vauquelin og Robiquet.

Kemisk struktur af aminosyren Asparagine (Kilde: Borb, via Wikimedia Commons)

På trods af sin tidlige opdagelse blev den biologiske og ernæringsmæssige rolle af asparagin først anerkendt før mere end 100 år senere, da det i 1932 blev bekræftet dets struktur i et protein, der var til stede i hampfrø.

Asparagin og glutamin tjener som substrater for amidgrupperne i to andre meget almindelige aminosyrer i proteiner: henholdsvis aspartat (asparaginsyre) og glutamat (glutaminsyre). Asparagin og glutamin hydrolyseres let i disse aminosyrer ved enzymatisk virkning eller ved sure og basiske forbindelser.

Mange serinproteaseenzymer, der hydrolyserer peptidbindinger, har en asparagin på sidekæden på deres aktive sted. Denne remanens har en delvis negativ ladning og er ansvarlig for binding på en komplementær måde med den positive ladning af målpeptiderne, hvilket bringer dem tættere på spaltningsstedet.

Enzymet, der er ansvarligt for syntesen af ​​oxaloacetat fra asparagin, anvendes i kemoterapeutiske behandlinger og er kendt som L-asparaginase, der er ansvarlig for katalysering af den hydrolytiske fragmentering af amidgruppen af ​​asparagin til aspartat og ammonium.

Asparaginase overudtrykkes og renses fra Escherichia coli, der skal injiceres i børnepatienter med akut lymfoblastisk leukæmi, da både normale og ondartede lymfocytter afhænger af indfangningen af ​​asparagin i blodet for deres vækst og multiplikation.

Egenskaber og struktur

Alle de kemiske strukturer af aminosyrer har en carboxylgruppe (-COOH), en aminogruppe (-NH3 +), en hydrogen (-H) og en R-gruppe eller substituent, der er bundet til det samme centrale carbonatom, kendt som carbon. α.

Aminosyrer adskiller sig fra hinanden ved identiteten af ​​deres sidekæder, der er kendt som R-grupper, og som kan variere i størrelse, struktur, funktionelle grupper og endda elektrisk ladning.

R-gruppens carbonatomer identificeres ved bogstaver i det græske alfabet. I tilfælde af asparagin identificeres kulhydraterne i R-kæden således som β- og y-carbonatomer.

I henhold til andre typer nomenklaturer er carbonatomet i carboxylgruppen (-COOH) angivet som C-1, så fortsat med nummereringen ville a-carbonet være C-2 og så videre.

Et asparaginmolekyle har fire carbonatomer, herunder a-carbon, carbon i carboxylgruppen og to carbonatomer, der er en del af R-gruppen, kendt som carboxamid (-CH2-CO-NH2).

Denne carboxamidgruppe findes kun i to aminosyrer: i asparagin og i glutamin. Det har den egenskab, at det meget let kan danne hydrogenbindinger gennem aminogruppen (-NH2) og carbonylgruppen (-CO).

Klassifikation

Asparagin hører til gruppen af ​​uladede polære aminosyrer, som er stærkt vandopløselige og meget hydrofile aminosyrer (på grund af deres evne til at danne flere brintbindinger).

Serin, threonin, cystein og glutamin findes også i gruppen af ​​uladede polære aminosyrer. Alle disse er "zwitterioniske" forbindelser, da de har en polær gruppe i deres R-kæde, der bidrager til neutralisering af ladninger.

Alle uladede polære aminosyrer er ikke ioniserbare ved pH-værdier tæt på 7 (neutral), dvs. de har ikke positive eller negative ladninger. Imidlertid ioniserer substituenterne i sure og basiske medier og får en ladning.

stereokemi

Det centrale kulstof eller a-carbon af aminosyrer er et chiralt carbon, så det har fire forskellige substituenter knyttet, hvilket gør, at der er mindst to adskilte stereoisomerer for hver aminosyre.

Stereoisomerer er spejlbilleder af et molekyle, der har den samme molekylformel, men kan ikke overlejres med hinanden som hænderne (venstre og højre). De er betegnet med bogstavet D eller L, da opløsningerne af disse aminosyrer roterer planet for polariseret lys i modsatte retninger.

Den generelle asymmetri af aminosyrer gør stereokemien af ​​disse forbindelser meget vigtig, da hver af dem har forskellige egenskaber, er syntetiseret og deltager i forskellige metaboliske veje.

Asparagine findes i formen D-asparagine eller L-asparagine, hvor sidstnævnte er den mest almindelige i naturen. Det syntetiseres med L-asparaginsyntetase og metaboliseres af L-asparaginase, begge enzymer er meget rigelige i leveren til hvirveldyr.

Funktioner

Brugervenligheden af ​​hydrogenbinding af asparagin gør det til en afgørende aminosyre for proteins strukturelle stabilitet, da det kan danne interne hydrogenbindinger med sidekæderne i de andre aminosyrer, der udgør dem.

Asparagin findes normalt på overfladen af ​​typiske proteiner i vandige medier, hvilket stabiliserer deres struktur.

Mange glycoproteiner kan bindes til kulhydrater eller kulhydrater gennem en asparagin-, threonin- eller serinrest. I tilfælde af asparagin er en acetylgalactosamin generelt først bundet til aminogruppen ved N-glycosylering.

Det er vigtigt at bemærke, at i alle N-glycosylerede glycoproteiner er carbohydrater bundet til dem gennem en asparaginrest, der findes i en bestemt region betegnet Asn-X-Ser / Thr, hvor X er en hvilken som helst aminosyre.

Disse glycoproteiner samles i det endoplasmatiske retikulum, hvor de glycosyleres, når de oversættes.

biosyntese

Alle eukaryote organismer assimilerer ammoniak og omdanner den til glutamat, glutamin, carbamylphosphat og asparagin. Asparagin kan syntetiseres ud fra glykolytiske mellemprodukter, i citronsyrecyklus (fra oxaloacetat) eller fra forstadier, der indtages i kosten.

Enzymet asparaginsyntetase er en glutamin og ATP-afhængig amidotransferase, der renser ATP til AMP og uorganisk pyrophosphat (PPi) og bruger ammoniak eller glutamin til at katalysere en amideringsreaktion og omdanne aspartat til asparagin.

Både bakterier og dyr har en asparaginsyntetase, men i bakterier bruger enzymet ammoniumionen som en nitrogendonor, mens i pattedyr bruger asparaginsyntetase glutamin som den vigtigste donor for nitrogengruppen.

Den enzymatiske nedbrydning af ATP-molekylet til AMP og uorganisk pyrophosphat (PPi) sammen med glutamin som amidgruppedonor er de største forskelle med hensyn til biosyntesen af ​​L-glutamin mellem forskellige organismer.

nedbrydning

De fleste af undersøgelserne af metabolismen af ​​asparagin er blevet udført i planter, da undersøgelserne i pattedyr oprindeligt blev hæmmet af manglen på tilstrækkelig følsomme metoder til aminosyreassays på niveau med mere komplekse systemer.

L-asparagin hydrolyseres konstant i pattedyr af L-asparaginase til fremstilling af asparaginsyre og ammonium. Det bruges til syntese af glycoproteiner og er en af ​​de vigtigste oxaloacetatforstadier til citronsyrecyklussen.

Enzymet asparaginase katalyserer hydrolysen af ​​asparagin til aspartat, derefter transamineres aspartatet med a-ketoglutarat til frembringelse af glutamat og oxaloacetat.

Asparaginsyntetase, også kendt som aspartat-ammoniakligase, findes rigeligt i voksne hjerneceller hos pattedyr.

Når der opfattes lave niveauer af dette enzym i kroppen, dannes det, der er kendt som "aminoacidopatier", da prækursorsubstrater akkumuleres i cytoplasmaet i hjerneceller.

Fødevarer rig på asparagin

Mennesker med akut lymfoblastisk leukæmi har normalt mangler i enzymet asparaginsyntetase og er afhængige af cirkulerende asparagin, så det anbefales en diæt rig på asparagin eller eksogen forsyning af den.

Blandt de mange fødevarer med et højt indhold af asparges er skaldyr, fjerkræ og deres æg, oksekød, mejeriprodukter og deres derivater og grøntsager såsom asparges, kartofler, knolde osv.

Der er L-asparaginkoncentrater, der er formuleret til meget konkurrencedygtige atleter, da deres forbrug hjælper med at regenerere de proteiner, der udgør vævene.

Derudover tager folk, der har en mangel på aminosyresyntese, også disse tabletter for at undgå forstyrrelser i deres centralnervesystem.

Asparagin er lettere at metabolisere gennem sin L-asparagin form, da mange af de enzymer, der er involveret i dets metabolisme, ikke genkender D-asparaginformen, og derfor er ikke al den asparagine, der indtages i fødevarer, tilgængelig for de forskellige kropsprocesser.

Det rigelige indtag af asparagin kan være fordelagtigt, men det anbefales ikke at forbruge det i overskud i form af tabletter, da det er blevet konstateret, at rigelige koncentrationer af L-asparagin fra lægemidler øger udviklingen af ​​tumorceller.

Referencer

1. Cooney, DA, Capizzi, RL, & Handschumacher, RE (1970). Evaluering af L-asparagin metabolisme hos dyr og mennesker. Kræftforskning, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, & Even, HL (1976). Anvendelse af D-asparagin ved Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Fremskridt inden for asparagin metabolisme. I progress in Botany Vol. 79 (s. 49-74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., & Kornfeld, S. (1985). Samling af asparaginbundne oligosaccharider. Årlig gennemgang af Biokemi, 54 (1), 631-664
5. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokemi. Pearson Uddannelse.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principper for biokemi. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). L-asparagin. Acta Crystallographica Afsnit E: Structure Reports Online, 63 (9), 3802-3803.