АСПАРАГИН: КАРАКТЕРИСТИКЕ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИЈЕ, БИОСИНТЕЗА - БИОЛОГИЈА - 2025

Аспарагин (Асн или Н) је важан амино киселине за ћелије сигнализацију и везе између протеина и угљених хидрата. Ово је једна од 22 основне аминокиселине и класификована је као неесенцијална, јер је синтетише у организму сисара.

Ова аминокиселина је сврстана у групу неиспуњених поларних аминокиселина и била је прва откривена аминокиселина, чињеница која се догодила 1806. године, где су је француски хемичари Ваукуелин и Робикует изољели из сока шпарога (врста зељасте биљке).

Хемијска структура аминокиселине Аспарагин (Извор: Борб, виа Викимедиа Цоммонс)

Упркос раном открићу, биолошка и хранљива улога аспарагина није препозната тек више од 100 година касније, када је 1932. године потврђено његово присуство у структури протеина присутног у семенкама конопље.

Аспарагин и глутамин служе као супстрати за амидне групе две друге веома уобичајене аминокиселине у протеинима: аспартат (аспарагинска киселина) и глутамат (глутаминска киселина). Аспарагин и глутамин се лако хидролизују у ове аминокиселине ензиматским деловањем или киселим и базним једињењима.

Многи ензими серинске протеазе који хидролизују пептидне везе имају аспаргин у бочном ланцу њиховог активног места. Овај остатак има делимични негативни набој и одговоран је за комплементарно везивање са позитивним набојем циљних пептида, приближавајући их месту цепања.

Ензим одговоран за синтезу оксалоацетата из аспарагина користи се у хемотерапијским третманима и познат је као Л-аспарагиназа, који је одговоран за катализирање хидролизне фрагментације амидне групе аспарагина у аспартат и амонијум.

Аспарагиназа се прекомерно изражава и пречишћава од Есцхерицхиа цоли, да би се убризгавала дечјим пацијентима са акутном лимфобластичном леукемијом, јер и нормални и малигни лимфоцити зависе од хватања аспарагина у крви за њихов раст и размножавање.

Карактеристике и структура

Све хемијске структуре аминокиселина имају карбоксилну групу (-ЦООХ), амино групу (-НХ3 +), водоник (-Х) и Р групу или супституент који су везани за исти централни атом угљеника, познат као угљеник. α.

Аминокиселине се међусобно разликују по идентитету њихових бочних ланаца, који су познати као Р групе и који могу да се разликују у величини, структури, функционалним групама, па чак и електричном набоју.

Атоми угљеника Р групе идентификују се словима грчке абецеде. Према томе, у случају аспарагина, угљеници Р ланца су идентификовани као β и γ угљеници.

Према другим врстама номенклатура, атом угљеника у карбоксилној групи (-ЦООХ) је наведен као Ц-1, тако да, настављајући са нумерирањем, α-угљеник би био Ц-2 и тако даље.

Молекул аспарагина има четири атома угљеника, укључујући α-угљеник, угљеник карбоксилне групе и два атома угљеника који су део Р групе, познате као карбоксамид (-ЦХ2-ЦО-НХ2).

Ова група карбоксамида налази се само у две аминокиселине: у аспарагину и у глутамину. Карактеристично је да може формирати водоничне везе веома лако кроз амино групу (-НХ2) и карбонилну групу (-ЦО).

Класификација

Аспарагин спада у групу неиспраних поларних аминокиселина, које су високо растворљиве у води и високо хидрофилне аминокиселине (због њихове способности да формирају више водоничних веза).

Серин, треонин, цистеин и глутамин налазе се такође у групи неиспуњених поларних аминокиселина. Све су то „звиттерионска“ једињења, будући да у њиховом Р ланцу имају поларну групу која доприноси неутрализацији набоја.

Све неиспрањене поларне аминокиселине нису ионизирајуће при пХ близу 7 (неутралних), односно немају позитивне или негативне набоје. Међутим, у киселим и базичним медијима супституенти ионизирају и добијају набој.

Стереохемија

Централни угљеник или α угљеник аминокиселина је кирални угљеник, зато има четири различита супституента, што значи да постоје најмање два различита стереоизомера за сваку аминокиселину.

Стереоизомери су зрцалне слике молекула који имају исту молекуларну формулу, али се не могу једноставно користити, попут руку (лево и десно). Означени су словом Д или Л, јер експериментално раствори ових аминокиселина ротирају равнину поларизоване светлости у супротним смеровима.

Општа асиметрија аминокиселина чини стереохемију ових једињења од великог значаја, јер свако има различита својства, синтетише се и учествује у различитим метаболичким путевима.

Аспарагин се може наћи у облику Д-аспарагин или Л-аспарагин, а последњи је у природи најчешћи. Синтетише га Л-аспарагин синтетаза, а метаболизује Л-аспарагиназом, оба ензима су обилна јетри кичмењака.

Карактеристике

Једноставност везања аспарагином на водоник чини га кључном аминокиселином за структурну стабилност протеина, јер може формирати унутрашње водоничне везе са бочним ланцима других аминокиселина које их чине.

Аспарагин се обично налази на површини типичних протеина у воденом медију, стабилизујући њихову структуру.

Многи гликопротеини се могу везати за угљене хидрате или угљене хидрате кроз остатак аспарагина, треонина или серина. У случају аспарагина, ацетил галактозамин се обично прво веже на амино групу Н-гликозилацијом.

Важно је напоменути да су у свим Н-гликозилираним гликопротеинима угљени хидрати везани помоћу остатка аспарагина који се налази у специфичном региону који је означен као Асн-Кс-Сер / Тхр, где је Кс било која аминокиселина.

Ови гликопротеини су састављени у ендоплазматском ретикулуу, где се гликозилирају током превођења.

Биосинтеза

Сви еукариотски организми асимилирају амонијак и претварају га у глутамат, глутамин, карбамил фосфат и аспарагин. Аспарагин се може синтетизовати из гликолитичких интермедијара, у циклусу лимунске киселине (из оксалоацетата) или из прекурсора који се користе у исхрани.

Ензим аспарагин синтетаза је глутамин и АТП-зависна амидотрансфераза која чисти АТП на АМП и неоргански пирофосфат (ППи) и користи амонијак или глутамин да катализује амидациону реакцију и претвори аспартат у аспарагин.

И бактерије и животиње имају синтетазу аспарагин, међутим, у бактеријама ензим користи амонијум-јон као донор азота, док код сисара аспарагин синтетаза користи глутамин као главни донор азотне групе.

Ензимско разбијање молекула АТП на АМП и неоргански пирофосфат (ППи), заједно са глутамином као донатором амидне групе, главне су разлике у погледу биосинтезе Л-глутамина између различитих организама.

Деградација

Већина студија о метаболизму аспарагина проведена је у биљкама, јер су у почетку сисари спутавали недостатак довољно осетљивих методологија за анализу аминокиселина на нивоу сложенијих система.

Л-аспарагин се у сисарима константно хидролизује помоћу Л-аспарагиназе како би се добила аспартанска киселина и амонијум. Користи се за синтезу гликопротеина и један је од главних прекурсора оксалоацетата за циклус лимунске киселине.

Ензим аспарагиназа катализује хидролизу аспарагина до аспартата, након чега се аспартат трансаминира с α-кетоглутаратом да би се добио глутамат и оксалоацетат.

Аспарагин синтетаза, такође позната и као аспартат-амонијачна лигаза, се налази у обилним ћелијама мозга одраслих сисара.

Када се у организму примете ниски нивои овог ензима, формира се оно што је познато као „аминоацидопатхие“, пошто се субстрати прекурсора накупљају у цитоплазми ћелија мозга.

Храна богата аспарагином

Особе са акутном лимфобластичном леукемијом обично имају недостатак ензима аспарагин синтетаза и зависе од циркулирајућег аспарагина, па се препоручује исхрана богата аспарагином или егзогеним уносом.

Међу многим намирницама са високим садржајем аспарагина спадају шкољке, перад и њихова јаја, говеђа говеда, млечни производи и њихови деривати, те поврће попут шпарога, кромпира, гомоља итд.

Постоје концентрати Л-аспарагина који су формулисани за такмичаре који су веома конкурентни, јер њихова конзумација помаже обнављању протеина који чине ткива.

Поред тога, људи који имају мањак синтезе аминокиселина такође узимају ове таблете да би избегли поремећаје у централном нервном систему.

Аспарагин је лакши за метаболизам кроз његов Л-аспарагин облик, јер многи ензими који су укључени у његов метаболизам не препознају облик Д-аспарагина, и самим тим, нису сви аспарагин унесени у храну доступни за различите телесни процеси.

Обилан унос аспарагина може бити користан, међутим, препоручује се да га не конзумирате у вишку у облику таблета, јер је утврђено да обилне концентрације Л-аспарагина из лекова повећавају развој ћелија тумора.

Референце

1. Цоонеи, ДА, Цапиззи, РЛ, & Хандсцхумацхер, РЕ (1970). Процена метаболизма Л-аспарагина код животиња и човека. Истраживање рака, 30 (4), 929-935
2. Дунлоп, ПЦ, Роон, РЈ и Евен, ХЛ (1976). Употреба Д-аспарагина од Саццхаромицес церевисиае. Јоурнал оф Бацтериологи, 125 (3), 999-1004.
3. Камбхампати, С., Ајеволе, Е., и Марсолаис, Ф. (2017). Напредује метаболизам аспарагина. У току у ботаници, вол. 79 (стр. 49-74). Спрингер, Цхам.
4. Корнфелд, Р., и Корнфелд, С. (1985). Састављање олигосахарида повезаних са аспарагином. Годишњи преглед биохемије, 54 (1), 631-664
5. Матхевс, ЦК, & Ахерн, КГ (2002). Биохемија. Пеарсон Едуцатион.
6. Нелсон, ДЛ, Лехнингер, АЛ и Цок, ММ (2008). Лехнингерови принципи биохемије. Мацмиллан.
7. Иамада, К., Хасхизуме, Д., Схимизу, Т., и Иокоиама, С. (2007). л-Аспарагин. Ацта Цристаллограпхица Одељак Е: Извештаји о структури на мрежи, 63 (9), 3802-3803.