טרנסאמינציה של חומצות אמינו הוא תהליך של העברה בין-מולקולרית מהחומר ההתחלתי של קבוצת האמינו לחומצת הקטו ללא היווצרות אמוניה. הבה נבחן ביתר פירוט את התכונות של תגובה זו, כמו גם את המשמעות הביולוגית שלה.
היסטוריית גילוי
תגובת טרנסאמינציה של חומצות אמינו התגלתה על ידי הכימאים הסובייטים קריצמן ובריינשטיין ב-1927. מדענים עבדו על תהליך הדמינציה של חומצה גלוטמית ברקמת השריר וגילו שכאשר חומצות פירובית וגלוטמית מתווספות להומוגנית של רקמת השריר, נוצרות אלנין וחומצה α-ketoglutaric. ייחודו של הגילוי היה שהתהליך לא לווה ביצירת אמוניה. במהלך הניסויים הם הצליחו לגלות שהטרנסאמינציה של חומצות אמינו היא תהליך הפיך.
כשהתמשכו התגובות, נעשה שימוש באנזימים ספציפיים כזרזים, שנקראו אמינופראזות (טרנסממינאזות).
תכונות תהליך
חומצות אמינו המעורבות בטרנסאמינציה יכולות להיות תרכובות חד-קרבוקסיליות. במחקרי מעבדה, נמצא כי טרנסאמינציהאספרגין וגלוטמין עם חומצות קטו מופיעים ברקמות של בעלי חיים.
השתתפות פעילה בהעברת קבוצת האמינו לוקחת פירידוקסל פוספט, שהוא קואנזים של טרנסמינאזות. בתהליך האינטראקציה נוצר ממנו פירידוקסאמין פוספט. אנזימים פועלים כזרז לתהליך זה: אוקסידאז, פירידוקסמינאז.
מנגנון תגובה
העברה של חומצות אמינו הוסברה על ידי המדענים הסובייטים שמיאקין ובראונשטיין. לכל הטרנסמינאזות יש את הקואנזים פירידוקסל פוספט. תגובות השידור שהוא מאיץ דומות במנגנון. התהליך מתנהל בשני שלבים. ראשית, פוספט פירידוקסלי לוקח קבוצה תפקודית מחומצת האמינו, וכתוצאה מכך נוצרים חומצת קטו ופוספט פירידוקסאמין. בשלב השני, הוא מגיב עם חומצה α-keto, pyridoxal phosphate, חומצת הקטו המקבילה, נוצרת כמוצר קצה. באינטראקציות כאלה, פוספט פירידוקסל הוא הנשא של קבוצת האמינו.
טרנסאמינציה של חומצות אמינו במנגנון זה אושרה בשיטות ניתוח ספקטרלי. נכון לעכשיו, קיימות עדויות חדשות לנוכחות של מנגנון כזה ביצורים חיים.
ערך בתהליכי החלפה
איזה תפקיד ממלאת טרנסאמינציה של חומצות אמינו? הערך של תהליך זה הוא די גדול. תגובות אלו שכיחות בצמחים ובמיקרואורגניזמים, ברקמות בעלי חיים בשל עמידותן הגבוהה לכימיקלים, פיזיקליים,גורמים ביולוגיים, ספציפיות סטריאוכימית מוחלטת ביחס לחומצות אמינו D ו-L.
המשמעות הביולוגית של טרנסאמינציה של חומצות אמינו נותחה על ידי מדענים רבים. זה הפך לנושא של מחקר מפורט בתהליכי חומצות אמינו מטבוליות. במהלך המחקר, הועלתה השערה לגבי האפשרות של תהליך טרנסאמינציה של חומצות אמינו באמצעות טרנס-דמינציה. אוילר גילה כי ברקמות של בעלי חיים רק חומצה L-גלוטמית מורטת מחומצות אמינו בקצב גבוה, התהליך מזורז על ידי גלוטמט דהידרוגנאז.
תהליכי הדמינציה והטרנסאמינציה של חומצה גלוטמית הם תגובות הפיכות.
משמעות קלינית
איך משתמשים בטרנסאמינציה של חומצות אמינו? המשמעות הביולוגית של תהליך זה טמונה באפשרות לערוך ניסויים קליניים. לדוגמה, בסרום הדם של אדם בריא יש 15 עד 20 יחידות טרנסמינאזות. במקרה של נגעים ברקמות אורגניות, נצפה הרס תאים, מה שמוביל לשחרור טרנסמינאזות לדם מהנגע.
במקרה של אוטם שריר הלב, פשוטו כמשמעו לאחר 3 שעות, רמת ה-aspartate aminotransferase עולה ל-500 יחידות.
איך משתמשים בטרנסאמינציה של חומצות אמינו? הביוכימיה כוללת בדיקת טרנסמינאז, שעל פי תוצאותיה מאובחן החולה, ונבחרות שיטות יעילות לטיפול במחלה שזוהתה.
ערכות מיוחדות משמשות למטרות אבחון במרפאת מחלותכימיקלים לזיהוי מהיר של דהידרוגנאז לקטט, קריאטין קינאז, פעילות טרנסמינאז.
היפרטרנסמינזמיה נצפית במחלות של הכליות, הכבד, הלבלב, וכן במקרה של הרעלת פחמן טטרכלוריד חריפה.
טרנסאמינציה ודמינציה של חומצות אמינו משמשות באבחון מודרני לאיתור דלקות כבד חריפות. זה נובע מעלייה חדה ב-alanine aminotransferase בחלק מבעיות כבד.
משתתפים בהעברה
חומצה גלוטמית יש תפקיד מיוחד בתהליך זה. תפוצה רחבה ברקמות צמחים ובעלי חיים, סגוליות סטריאוכימית לחומצות אמינו ופעילות קטליטית הפכו את הטרנסמינאזות לנושא מחקר במעבדות מחקר. כל חומצות האמינו הטבעיות (למעט מתיונין) מקיימות אינטראקציה עם חומצה α-ketoglutaric במהלך טרנסאמינציה, וכתוצאה מכך היווצרות חומצה קטו וגלוטמית. הוא עובר דמינציה תחת פעולת גלוטמט דהידרוגנאז.
אפשרויות דמינציה חמצונית
יש סוגים ישירים ועקיפים של תהליך זה. דמינציה ישירה כרוכה בשימוש באנזים בודד כזרז; תוצר התגובה הוא חומצת קטו ואמוניה. תהליך זה יכול להתקדם בצורה אירובית, בהנחה של נוכחות חמצן, או בצורה אנאירובית (ללא מולקולות חמצן).
תכונות של דמינציה חמצונית
D-אוקסידאזות של חומצות אמינו פועלות כזרזים של התהליך האירובי, ואוקסידאזות של חומצות אמינו L יפעלו כקו-אנזימים. חומרים אלו קיימים בגוף האדם, אך הם מראים פעילות מינימלית.
גרסה אנאירובית של דמינציה חמצונית אפשרית לחומצה גלוטמית, גלוטמט דהידרוגנאז פועל כזרז. אנזים זה קיים במיטוכונדריה של כל היצורים החיים.
בדימינציה חמצונית עקיפה, מבחינים בשני שלבים. ראשית, קבוצת האמינו מועברת מהמולקולה המקורית לתרכובת הקטו, נוצרות קטו חדש וחומצות אמינו. יתר על כן, השלד הקטו מתפרק בדרכים ספציפיות, משתתף במחזור החומצה הטריקרבוקסילית ונשימת רקמות, התוצרים הסופיים יהיו מים ופחמן דו חמצני. במקרה של רעב, שלד הפחמן של חומצות אמינו גלוקוגניות ישמש ליצירת מולקולות גלוקוז בגלוקוניאוגנזה.
השלב השני כולל חיסול של קבוצת האמינו על ידי דמינציה. בגוף האדם תהליך דומה אפשרי רק עבור חומצה גלוטמית. כתוצאה מאינטראקציה זו, נוצרות חומצה α-ketoglutaric ואמוניה.
מסקנה
קביעת הפעילות של שני אנזימים של טרנסאמינציה של אספרטאט אמינוטרנספראז ו-alanine aminotransferase מצאה שימוש ברפואה. אנזימים אלה יכולים לקיים אינטראקציה הפיכה עם חומצה α-ketoglutaric, להעביר אליה קבוצות אמינו פונקציונליות מחומצות אמינו,יצירת תרכובות קטו וחומצה גלוטמית. למרות העובדה שפעילותם של אנזימים אלו עולה במחלות של שריר הלב והכבד, הפעילות המקסימלית נמצאת בסרום הדם ל-AST, ול-ALAT בהפטיטיס.
חומצות אמינו הכרחיות בסינתזה של מולקולות חלבון, כמו גם ביצירת תרכובות ביולוגיות פעילות רבות אחרות שיכולות לווסת תהליכים מטבוליים בגוף: הורמונים, נוירוטרנסמיטורים. בנוסף, הם תורמים של אטומי חנקן בסינתזה של חומרים שאינם מכילי חנקן חלבונים, כולל כולין, קריאטין.
קטבוליזם של חומצות אמינו יכול לשמש כמקור אנרגיה לסינתזה של חומצה טרי-פוספורית אדנוזין. לתפקוד האנרגיה של חומצות אמינו יש ערך מיוחד בתהליך הרעב, כמו גם בסוכרת. מטבוליזם של חומצות אמינו מאפשר לך ליצור קשרים בין טרנספורמציות כימיות רבות המתרחשות באורגניזם חי.
גוף האדם מכיל כ-35 גרם של חומצות אמינו חופשיות, ותכולת הדם שלהן היא 3565 מ"ג/ד"ל. כמות גדולה מהם נכנסת לגוף מהמזון, בנוסף, הם נמצאים ברקמות שלהם, הם יכולים להיווצר גם מפחמימות.
בתאים רבים (למעט אריתרוציטים) הם משמשים לא רק לסינתזת חלבונים, אלא גם ליצירת פורין, נוקלאוטידים של פירמידין, אמינים ביוגניים, פוספוליפידים ממברניים.
במהלך היום, כ-400 גרם של תרכובות חלבון מתפרקות לחומצות אמינו בגוף האדם, והתהליך ההפוך מתרחש בערך באותה כמות.
בדחלבונים אינם מסוגלים לבצע את העלויות של חומצות אמינו עבור סינתזה של תרכובות אורגניות אחרות במקרה של קטבוליזם.
בתהליך האבולוציה, האנושות איבדה את היכולת לסנתז חומצות אמינו רבות בעצמה, לכן, על מנת לספק לגוף אותן במלואן, יש צורך להשיג תרכובות המכילות חנקן אלו מהמזון. התהליכים הכימיים שבהם משתתפות חומצות אמינו הם עדיין נושא למחקר על ידי כימאים ורופאים.
