การทรานส์ฟอร์มเป็นปฏิกิริยาทางเคมีประเภทหนึ่งที่ดำเนินการใน "การแจกจ่าย" ของกลุ่มอะมิโนจากกรดอะมิโนเนื่องจากเกี่ยวข้องกับกระบวนการเปลี่ยนกลับการผสม (การเพิ่มกลุ่มอะมิโน) และการขจัดสิ่งปนเปื้อน (การกำจัดหมู่อะมิโน) ซึ่งเร่งปฏิกิริยาโดย เอนไซม์เฉพาะที่เรียกว่า transaminases หรือ aminotransferases
ปฏิกิริยาการทรานส์ฟอร์มทั่วไปเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนระหว่างกรดอะมิโนและกรดα-keto ใด ๆ โดยที่การแลกเปลี่ยนกลุ่มอะมิโนจะทำให้กรดอะมิโนชนิดแรกของกรดอะมิโนชนิดคีโตแอซิดของสารตั้งต้นแรกและกรดอะมิโนรุ่นแรกของกรดα-คีโต
โครงร่างกราฟิกของปฏิกิริยาอะมิโนทรานเฟอร์ระหว่างกรดอะมิโนและกรดอัลฟาคีโต (ที่มา: Alcibiades ผ่าน Wikimedia Commons)
กลุ่มอะมิโนที่มักจะแลกเปลี่ยนกันคืออะมิโน "อัลฟา" นั่นคือกลุ่มที่มีส่วนร่วมในการสร้างพันธะเปปไทด์และกำหนดโครงสร้างของกรดอะมิโนแม้ว่าปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับหมู่อะมิโนอื่น ๆ ที่อยู่ในตำแหน่งต่างๆก็สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน .
ยกเว้นไลซีน ธ รีโอนีนโพรลีนและไฮดรอกซีโพรลีนกรดอะมิโนทั้งหมดจะมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการทรานส์ฟอร์มแม้ว่าจะมีการอธิบายทรานซามิเนสสำหรับฮิสทิดีนซีรีนเมไทโอนีนและฟีนิลอะลานีน แต่วิถีการเผาผลาญของพวกมันไม่เกี่ยวข้องกับประเภทนี้ ของปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาการปนเปื้อนระหว่างกรดอะมิโนและกรดα-keto ถูกค้นพบในปีพ. ศ. 2480 โดย Braunstein และ Kritzmann และตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาก็เป็นหัวข้อของการศึกษาอย่างเข้มข้นเนื่องจากเกิดขึ้นในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดและเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน
ตัวอย่างเช่นในมนุษย์ทรานซามิเนสมีการกระจายอย่างกว้างขวางในเนื้อเยื่อของร่างกายและมีการใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อหัวใจตับเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อโครงร่างและไต
กลไกการเกิดปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาการปนเปื้อนเกี่ยวข้องกับกลไกเดียวกันไม่มากก็น้อย ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นจากการแลกเปลี่ยนกลุ่มอะมิโนแบบย้อนกลับได้ระหว่างกรดอะมิโนและกรดα-keto (deaminated) ซึ่งผลิตกรดα-keto ของกรดอะมิโนของผู้บริจาคและกรดอะมิโนของตัวรับกรดα-keto
ปฏิกิริยาเหล่านี้ขึ้นอยู่กับสารประกอบที่เรียกว่า pyridoxal phosphate ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของวิตามินบี 6 ที่มีส่วนร่วมในการขนส่งกลุ่มอะมิโนและจับกับเอนไซม์ทรานซามิเนสผ่านการสร้างฐานของ Schiff ระหว่างกลุ่มอัลดีไฮด์ของโมเลกุลนี้ และอะมิโนอะมิโนของไลซีนที่ตกค้างในบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์
พันธะระหว่างไพริดอกซัลฟอสเฟตและไลซีนตกค้างในบริเวณที่ใช้งานไม่ใช่โควาเลนต์ แต่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตระหว่างประจุบวกของไนโตรเจนกับไลซีนและประจุลบในกลุ่มฟอสเฟตของไพริดอกซัล
ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยากรดอะมิโนที่ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นแทนที่กลุ่มε-amino ของไลซีนที่ตกค้างในไซต์ที่ใช้งานอยู่ซึ่งมีส่วนร่วมในฐานของ Schiff กับ pyridoxal
ในขณะเดียวกันอิเล็กตรอนคู่หนึ่งจากอัลฟาคาร์บอนของกรดอะมิโนจะถูกกำจัดออกและถ่ายโอนไปยังวงแหวนไพริดีนที่ประกอบเป็นไพริดอกอกซัลฟอสเฟต (ประจุบวก) จากนั้น "ส่ง" ไปยังกรดα-keto ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นที่สอง
ด้วยวิธีนี้ pyridoxal phosphate ไม่เพียง แต่มีส่วนร่วมในการถ่ายโอนหรือขนส่งกลุ่มอะมิโนระหว่างกรดอะมิโนและα-ketoacids ซึ่งเป็นพื้นผิวของทรานส์อะมิเนสเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็น "อ่างล้างจาน" ของอิเล็กตรอนซึ่งช่วยในการแยกตัวของ กรดอัลฟาอะมิโนไฮโดรเจน
โดยสรุปสารตั้งต้นแรกซึ่งเป็นกรดอะมิโนจะถ่ายโอนกลุ่มอะมิโนของมันไปยังไพริดอกซัลฟอสเฟตจากที่ต่อมาจะถูกถ่ายโอนไปยังสารตั้งต้นที่สองคือกรดα-keto ซึ่งก่อตัวขึ้นในขณะเดียวกันสารประกอบระดับกลางที่เรียกว่าไพริดอกอกซามีนฟอสเฟต
หน้าที่ของการทรานส์ฟอร์ม
เอนไซม์ทรานซามิเนสมักพบในไซโตซอลและไมโทคอนเดรียและทำหน้าที่ในการรวมวิถีการเผาผลาญที่แตกต่างกัน
ตัวอย่างเช่นกลูตาเมตดีไฮโดรจีเนสในปฏิกิริยาย้อนกลับสามารถเปลี่ยนกลูตาเมตเป็นแอมโมเนียม NADH (หรือ NADPH) และα-ketoglutarate ซึ่งสามารถเข้าสู่วงจรกรดไตรคาร์บอกซิลิกและทำหน้าที่ในการผลิตพลังงาน
เอนไซม์นี้ซึ่งอยู่ในเมทริกซ์ไมโทคอนเดรียแสดงถึงจุดสาขาที่เชื่อมโยงกรดอะมิโนกับการเผาผลาญพลังงานดังนั้นเมื่อเซลล์ขาดพลังงานเพียงพอในรูปของคาร์โบไฮเดรตหรือไขมันในการทำงานก็สามารถใช้บางส่วนได้ กรดอะมิโนเพื่อวัตถุประสงค์เดียวกัน
การก่อตัวของเอนไซม์ (กลูตาเมตดีไฮโดรจีเนส) ในระหว่างการพัฒนาสมองเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการควบคุมการล้างพิษแอมโมเนียมเนื่องจากมีการแสดงให้เห็นว่าบางกรณีของภาวะปัญญาอ่อนเกี่ยวข้องกับกิจกรรมที่ต่ำซึ่งนำไปสู่ การสะสมแอมโมเนียมซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพสมอง
ในเซลล์ตับบางชนิดสามารถใช้ปฏิกิริยาทรานส์ปนเปื้อนสำหรับการสังเคราะห์กลูโคสโดยกลูโคโนเจเนซิส
กลูตามีนถูกเปลี่ยนเป็นกลูตาเมตและแอมโมเนียมโดยเอนไซม์กลูตามิเนส จากนั้นกลูตาเมตจะถูกเปลี่ยนเป็นα-ketoglutarate ซึ่งจะเข้าสู่วงจร Krebs และจากนั้น gluconeogenesis ขั้นตอนสุดท้ายนี้เกิดขึ้นเนื่องจาก malate ซึ่งเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ของเส้นทางขนส่งไปยังด้านนอกของไมโทคอนเดรียโดยใช้กระสวย
กระสวยนี้ออกจากα-ketoglutarate ด้วยความเมตตาของเอนไซม์มาลิกซึ่งเปลี่ยนเป็นไพรูเวต จากนั้นโมเลกุลไพรูเวทสองโมเลกุลสามารถเปลี่ยนเป็นโมเลกุลของน้ำตาลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลผ่านกลูโคโนเจเนซิส
ตัวอย่าง
ปฏิกิริยาการทรานส์ฟอร์มที่พบบ่อยที่สุดเกี่ยวข้องกับกรดอะมิโนอะลานีนกรดกลูตามิกและกรดแอสปาร์ติก
เอนไซม์อะมิโนทรานสเฟอเรสบางชนิดนอกจากไพริดอกซัลฟอสเฟตแล้วยังสามารถใช้ไพรูเวตเป็น "โคเอนไซม์" ได้เช่นเดียวกับกรณีของกลูตาเมต - ไพรูเวตทรานซามิเนสซึ่งกระตุ้นปฏิกิริยาต่อไปนี้:
กลูตาเมต + ไพรูเวต↔อะลานีน + α-ketoglutarate
เซลล์กล้ามเนื้อขึ้นอยู่กับปฏิกิริยานี้ในการผลิตอะลานีนจากไพรูเวตและเพื่อรับพลังงานผ่านวงจร Krebs ผ่านα-ketoglutarate ในเซลล์เหล่านี้การใช้อะลานีนเป็นแหล่งพลังงานขึ้นอยู่กับการกำจัดหมู่อะมิโนเป็นแอมโมเนียมไอออนในตับผ่านวัฏจักรของยูเรีย
ปฏิกิริยาการถ่ายเทอะลานีน (ที่มา: Tomas Drab ผ่าน Wikimedia Commons)
ปฏิกิริยาการทรานส์ฟอร์มที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันคือการเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์แอสพาเทตอะมิโนทรานสเฟอเรส:
L-Aspartate + α-Ketoglutarate ↔ Oxaloacetate + แอล - กลูตาเมต
สุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุดคือปฏิกิริยาการทรานส์ฟอร์มของกรดγ-aminobutyric acid (GABA) ซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่ไม่ใช่โปรตีนที่จำเป็นต่อระบบประสาทส่วนกลางซึ่งทำหน้าที่เป็นสารสื่อประสาทที่ยับยั้ง ปฏิกิริยาจะถูกเร่งโดยγ-aminobutyric acid transaminase และมีค่ามากหรือน้อยดังนี้
α-Ketoglutarate + กรด 4-aminobutanoic ↔ Glutamate + Succinic semialdehyde
Succinic semialdehyde จะถูกเปลี่ยนเป็นกรดซัคซินิกผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและสารหลังสามารถเข้าสู่วงจร Krebs เพื่อการผลิตพลังงาน
อ้างอิง
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002) การเผาผลาญโปรตีนและกรดอะมิโน Medical Biochemistry (4th ed.), Academic Press: San Diego, CA, USA, 331
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950) ขอบเขตของปฏิกิริยาการปนเปื้อนในเนื้อเยื่อสัตว์ วารสารเคมีชีวภาพ, 187, 439-452
- Ha, CE, & Bhagavan, NV (2011) สาระสำคัญของชีวเคมีทางการแพทย์: กับกรณีทางคลินิก สำนักพิมพ์วิชาการ.
- Litwack, G. (2017). ชีวเคมีของมนุษย์. สำนักพิมพ์วิชาการ.
- Rowsell, EV (2499) Transaminations ด้วยไพรูเวทและกรดα-keto อื่น ๆ วารสารชีวเคมี, 64 (2), 246.
- Snell, EE และ Jenkins, WT (1959) กลไกของปฏิกิริยาการทรานส์ฟอร์ม วารสารสรีรวิทยาของเซลล์และเปรียบเทียบ, 54 (S1), 161-177