- ลักษณะและโครงสร้าง
- การจัดหมวดหมู่
- สเตอริโอ
- คุณสมบัติ
- การสังเคราะห์
- การปลด
- อาหารที่อุดมด้วยแอสพาราจีน
- อ้างอิง
asparagine (Asn หรือ N) เป็นกรดอะมิโนที่สำคัญสำหรับการส่งสัญญาณมือถือและมีผลผูกพันระหว่างโปรตีนและคาร์โบไฮเดรต นี่คือหนึ่งในกรดอะมิโนพื้นฐาน 22 ชนิดและถูกจัดว่าไม่จำเป็นเนื่องจากร่างกายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสังเคราะห์ขึ้นมาเอง
กรดอะมิโนนี้จัดอยู่ในกลุ่มของกรดอะมิโนขั้วที่ไม่มีประจุและเป็นกรดอะมิโนตัวแรกที่ค้นพบซึ่งเกิดขึ้นในปี 1806 ซึ่งแยกได้จากน้ำหน่อไม้ฝรั่ง (พืชสมุนไพรชนิดหนึ่ง) โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส Vauquelin และ Robiquet
โครงสร้างทางเคมีของกรดอะมิโน Asparagine (ที่มา: Borb ผ่าน Wikimedia Commons)
แม้จะมีการค้นพบในช่วงต้น แต่ยังไม่ทราบถึงบทบาททางชีววิทยาและโภชนาการของแอสพาราจีนจนกระทั่งกว่า 100 ปีต่อมาเมื่อในปีพ. ศ. 2475 การปรากฏตัวของโปรตีนในเมล็ดป่านได้รับการยืนยัน
แอสปาราจินและกลูตามีนทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับกลุ่มเอไมด์ของกรดอะมิโนที่พบบ่อยอีกสองชนิดในโปรตีน ได้แก่ แอสปาร์เตท (กรดแอสปาร์ติก) และกลูตาเมต (กรดกลูตามิก) ตามลำดับ แอสปาราจินและกลูตามีนสามารถไฮโดรไลซ์เป็นกรดอะมิโนเหล่านี้ได้ง่ายโดยการกระทำของเอนไซม์หรือโดยสารประกอบที่เป็นกรดและเป็นพื้นฐาน
เอนไซม์โปรตีเอสซีรีนจำนวนมากที่ไฮโดรไลซ์พันธะเปปไทด์มีแอสพาราจีนอยู่ที่โซ่ด้านข้างของไซต์ที่ใช้งานอยู่ สารตกค้างนี้มีประจุลบบางส่วนและมีหน้าที่ในการจับตัวด้วยวิธีเสริมด้วยประจุบวกของเปปไทด์เป้าหมายทำให้พวกมันเข้าใกล้บริเวณรอยแยกมากขึ้น
เอนไซม์ที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์ oxaloacetate จาก asparagine ใช้ในการรักษาทางเคมีบำบัดและเรียกว่า L-asparaginase ซึ่งมีหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการแยกส่วนย่อยสลายของกลุ่มเอไมด์ของแอสปาราจินไปยังแอสพาเทตและแอมโมเนียม
Asparaginase แสดงออกมากเกินไปและบริสุทธิ์จาก Escherichia coli เพื่อฉีดให้กับผู้ป่วยในวัยเด็กที่เป็นมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิด lymphoblastic เฉียบพลันเนื่องจากทั้ง lymphocytes ปกติและมะเร็งขึ้นอยู่กับการจับของ asparagine ในเลือดสำหรับการเจริญเติบโตและการเพิ่มจำนวน
ลักษณะและโครงสร้าง
โครงสร้างทางเคมีทั้งหมดของกรดอะมิโนมีหมู่คาร์บอกซิล (-COOH) กลุ่มอะมิโน (-NH3 +) ไฮโดรเจน (-H) และกลุ่ม R หรือสารทดแทนที่ยึดติดกับอะตอมของคาร์บอนกลางเดียวกันซึ่งเรียกว่าคาร์บอน α
กรดอะมิโนแตกต่างกันไปตามเอกลักษณ์ของโซ่ด้านข้างซึ่งเรียกว่ากลุ่ม R ซึ่งอาจแตกต่างกันไปในขนาดโครงสร้างหมู่การทำงานและแม้แต่ประจุไฟฟ้า
อะตอมของคาร์บอนของกลุ่ม R ถูกระบุด้วยตัวอักษรของอักษรกรีก ดังนั้นในกรณีของ asparagine คาร์บอนของโซ่ R จึงถูกระบุว่าเป็นβและγคาร์บอน
ตามระบบการตั้งชื่อประเภทอื่น ๆ อะตอมของคาร์บอนในกลุ่มคาร์บอกซิล (-COOH) ถูกระบุว่าเป็น C-1 ดังนั้นเมื่อเทียบกับการกำหนดหมายเลขα-carbon จะเป็น C-2 เป็นต้น
โมเลกุลของแอสปาราจินมีคาร์บอนสี่อะตอม ได้แก่ α-carbon คาร์บอนของหมู่คาร์บอกซิลและคาร์บอนสองอะตอมที่เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่ม R หรือที่เรียกว่า carboxamide (-CH2-CO-NH2)
กลุ่มคาร์บอกซาไมด์นี้พบได้ในกรดอะมิโนสองชนิดเท่านั้น: ในแอสพาราจีนและในกลูตามีน มีลักษณะที่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ง่ายมากผ่านหมู่อะมิโน (-NH2) และหมู่คาร์บอนิล (-CO)
การจัดหมวดหมู่
Asparagine อยู่ในกลุ่มของกรดอะมิโนขั้วที่ไม่มีประจุซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่ละลายน้ำได้สูงและชอบน้ำสูง (เนื่องจากความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนหลายพันธะ)
นอกจากนี้ยังพบซีรีน ธ รีโอนีนซีสเตอีนและกลูตามีนในกลุ่มของกรดอะมิโนโพลาร์ที่ไม่มีประจุ ทั้งหมดนี้เป็นสารประกอบ“ zwitterionic” เนื่องจากมีหมู่ขั้วในสายโซ่ R ซึ่งมีส่วนช่วยในการทำให้ประจุเป็นกลาง
กรดอะมิโนโพลาร์ที่ไม่มีประจุทั้งหมดจะไม่แตกตัวเป็นไอออนที่ pH ใกล้ 7 (เป็นกลาง) นั่นคือไม่มีประจุบวกหรือลบ อย่างไรก็ตามในสื่อที่เป็นกรดและพื้นฐานสารทดแทนจะแตกตัวเป็นไอออนและได้รับประจุ
สเตอริโอ
คาร์บอนกลางหรือคาร์บอนαของกรดอะมิโนเป็นคาร์บอนไครัลดังนั้นจึงมีสารทดแทนที่แตกต่างกันสี่ชนิดติดอยู่ซึ่งหมายความว่ามีสเตอริโอไอโซเมอร์ที่แยกได้อย่างน้อยสองตัวสำหรับกรดอะมิโนแต่ละตัว
สเตอริโอไอโซเมอร์คือภาพสะท้อนของโมเลกุลที่มีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แต่ไม่สามารถซ้อนทับกันได้เช่นเดียวกับมือ (ซ้ายและขวา) พวกเขาแสดงด้วยตัวอักษร D หรือ L เนื่องจากการทดลองสารละลายของกรดอะมิโนเหล่านี้จะหมุนระนาบของแสงโพลาไรซ์ในทิศทางตรงกันข้าม
ความไม่สมมาตรทั่วไปของกรดอะมิโนทำให้สเตียรอยด์ของสารประกอบเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากแต่ละชนิดมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันจึงถูกสังเคราะห์และมีส่วนร่วมในเส้นทางการเผาผลาญที่แตกต่างกัน
Asparagine สามารถพบได้ในรูปแบบ D-asparagine หรือ L-asparagine ซึ่งเป็นสารที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ มันถูกสังเคราะห์โดย L-asparagine synthetase และเผาผลาญโดย L-asparaginase เอนไซม์ทั้งสองมีมากในตับของสัตว์มีกระดูกสันหลัง
คุณสมบัติ
ความง่ายในการสร้างพันธะไฮโดรเจนของแอสพาราจีนทำให้เป็นกรดอะมิโนที่สำคัญสำหรับความเสถียรของโครงสร้างของโปรตีนเนื่องจากสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนภายในกับโซ่ด้านข้างของกรดอะมิโนอื่น ๆ ที่ประกอบขึ้น
มักพบแอสปาราจีนบนพื้นผิวของโปรตีนทั่วไปในสื่อที่เป็นน้ำทำให้โครงสร้างคงตัว
ไกลโคโปรตีนหลายชนิดสามารถจับกับคาร์โบไฮเดรตหรือคาร์โบไฮเดรดผ่านสารแอสพาราจีน ธ รีโอนีนหรือซีรีน ในกรณีของ asparagine โดยทั่วไปแล้ว acetyl galactosamine จะถูกจับกับกลุ่มอะมิโนโดย N-glycosylation
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าในคาร์โบไฮเดรต N-glycosylated glycoproteins ทั้งหมดจะถูกยึดติดกับสารเหล่านี้ผ่านสารตกค้างของแอสปาราจินที่พบในพื้นที่เฉพาะซึ่งแสดงว่าเป็น Asn-X-Ser / Thr โดยที่ X คือกรดอะมิโนใด ๆ
ไกลโคโปรตีนเหล่านี้รวมตัวกันในร่างแหเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมซึ่งมีการแปลไกลโคไซเลต
การสังเคราะห์
สิ่งมีชีวิตยูคาริโอตทั้งหมดดูดซึมแอมโมเนียและเปลี่ยนเป็นกลูตาเมตกลูตามีนคาร์บามิลฟอสเฟตและแอสพาราจีน Asparagine สามารถสังเคราะห์ได้จากตัวกลางไกลโคไลติกในวัฏจักรกรดซิตริก (จาก oxaloacetate) หรือจากสารตั้งต้นที่บริโภคในอาหาร
เอนไซม์แอสปาราจินซินเตเทสคือกลูตามีนและอะมิโนทรานสเฟอเรสที่ขึ้นกับ ATP ซึ่งจะล้าง ATP เป็น AMP และอนินทรีย์ไพโรฟอสเฟต (PPi) และใช้แอมโมเนียหรือกลูตามีนเพื่อเร่งปฏิกิริยาท่ามกลางและเปลี่ยนแอสปาร์เตทเป็นแอสพาราจีน
ทั้งแบคทีเรียและสัตว์ต่างก็มีแอสพาราจินซินเตเทสอย่างไรก็ตามในแบคทีเรียเอนไซม์จะใช้แอมโมเนียมอิออนเป็นผู้บริจาคไนโตรเจนในขณะที่แอสปาราจินซินเตเทสของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมใช้กลูตามีนเป็นผู้บริจาคหลักของกลุ่มไนโตรเจน
การสลายเอนไซม์ของโมเลกุล ATP ไปเป็น AMP และอนินทรีย์ไพโรฟอสเฟต (PPi) ร่วมกับกลูตามีนในฐานะผู้บริจาคกลุ่มเอไมด์เป็นความแตกต่างที่สำคัญเกี่ยวกับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของ L-glutamine ระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างๆ
การปลด
การศึกษาส่วนใหญ่เกี่ยวกับการเผาผลาญของแอสพาราจีนได้ดำเนินการในพืชเนื่องจากในขั้นต้นการศึกษาในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมถูกขัดขวางโดยขาดวิธีการที่ละเอียดอ่อนเพียงพอสำหรับการตรวจวิเคราะห์กรดอะมิโนในระดับของระบบที่ซับซ้อนมากขึ้น
L-asparagine ถูกไฮโดรไลซ์อย่างต่อเนื่องในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดย L-asparaginase เพื่อผลิตกรดแอสปาร์ติกและแอมโมเนียม ใช้สำหรับการสังเคราะห์ไกลโคโปรตีนและเป็นหนึ่งในสารตั้งต้นของ oxaloacetate หลักสำหรับวัฏจักรกรดซิตริก
เอนไซม์แอสปาราจิเนสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของแอสปาราจินไปยังแอสปาร์เตทจากนั้นแอสพาเทตจะถูกทรานสมินด้วยα-คีโตกลูตาเรตเพื่อผลิตกลูตาเมตและออกซาโลอะซีเตต
Asparagine synthetase หรือที่เรียกว่า aspartate-ammonia ligase พบได้มากในเซลล์สมองที่โตเต็มวัยของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
เมื่อรับรู้ระดับเอนไซม์นี้ในร่างกายในระดับต่ำสิ่งที่เรียกว่า "อะมิโนอะซิโดพาธี" จะเกิดขึ้นเนื่องจากสารตั้งต้นสะสมในไซโทพลาสซึมของเซลล์สมอง
อาหารที่อุดมด้วยแอสพาราจีน
คนที่เป็นมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเฉียบพลันชนิด lymphoblastic มักจะมีข้อบกพร่องในเอนไซม์แอสพาราจินซินเตเทสและขึ้นอยู่กับแอสพาราจินที่หมุนเวียนอยู่ดังนั้นจึงแนะนำให้รับประทานอาหารที่อุดมด้วยแอสพาราจีนหรือจากภายนอก
ในบรรดาอาหารหลายชนิดที่มีแอสพาราจีนสูง ได้แก่ หอยสัตว์ปีกและไข่โคเนื้อผลิตภัณฑ์จากนมและอนุพันธ์และผักเช่นหน่อไม้ฝรั่งมันฝรั่งหัวเป็นต้น
มี L-asparagine เข้มข้นซึ่งเป็นสูตรสำหรับนักกีฬาที่มีการแข่งขันสูงเนื่องจากการบริโภคจะช่วยในการสร้างโปรตีนที่ประกอบเป็นเนื้อเยื่อขึ้นมาใหม่
นอกจากนี้ผู้ที่มีความบกพร่องในการสังเคราะห์กรดอะมิโนยังรับประทานยาเม็ดเหล่านี้เพื่อหลีกเลี่ยงความผิดปกติในระบบประสาทส่วนกลาง
แอสปาราจีนสามารถเผาผลาญได้ง่ายกว่าผ่านรูปแบบแอล - แอสปาราจินเนื่องจากเอนไซม์หลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญของมันไม่รู้จักรูปแบบ D-asparagine ดังนั้นแอสปาราจินที่กินเข้าไปในอาหารจึงมีอยู่ในอาหารที่แตกต่างกัน กระบวนการของร่างกาย
การรับประทานแอสพาราจีนในปริมาณมากอาจเป็นประโยชน์อย่างไรก็ตามขอแนะนำว่าไม่ควรบริโภคในรูปแบบของยาเม็ดมากเกินไปเนื่องจากมีการพิจารณาแล้วว่าแอล - แอสปาราจินที่มีความเข้มข้นสูงจากยาจะเพิ่มการพัฒนาของเซลล์เนื้องอก
อ้างอิง
- Cooney, DA, Capizzi, RL และ Handschumacher, RE (1970) การประเมินการเผาผลาญ L-asparagine ในสัตว์และมนุษย์ การวิจัยโรคมะเร็ง, 30 (4), 929-935
- Dunlop, PC, Roon, RJ, & Even, HL (1976) การใช้ D-asparagine โดย Saccharomyces cerevisiae วารสารแบคทีเรีย, 125 (3), 999-1004.
- Kambhampati, S. , Ajewole, E. , & Marsolais, F. (2017). ความก้าวหน้าในการเผาผลาญของ asparagine อยู่ระหว่างดำเนินการพฤกษศาสตร์เล่ม 79 (หน้า 49-74) สปริงเกอร์จาม.
- Kornfeld, R. , และ Kornfeld, S. (1985). การประกอบโอลิโกแซ็กคาไรด์ที่เชื่อมโยงกับแอสพาราจีน การทบทวนชีวเคมีประจำปี, 54 (1), 631-664
- Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). ชีวเคมี. การศึกษาของเพียร์สัน.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008) หลักการทางชีวเคมีของ Lehninger Macmillan
- Yamada, K. , Hashizume, D. , Shimizu, T. , & Yokoyama, S. (2007). L-Asparagine Acta Crystallographica Section E: Structure Reports Online, 63 (9), 3802-3803