La transaminació és un tipus de reacció química que funciona a la "redistribució" dels grups amino entre aminoàcids, ja que embolica processos reversibles de aminació (addició d'un grup amino) i desaminació (eliminació d'un grup amino), que són catalitzats per enzims específics conegudes com transaminases o aminotransferases.
La reacció general de transaminació implica l'intercanvi entre un aminoàcid i un α-cetoàcid qualsevol, on l'intercanvi d'un grup amino rendeix la versió cetoácida del primer aminoàcid substrat i la versió aminoacídica del primer α-cetoàcid substrat.
Esquema gràfic d'una reacció d'aminotransferencia entre un aminoàcid i un alfa-cetoácido (Font: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
El grup amino que és intercanviat usualment és el amino "alfa", és a dir, aquell que participa en la formació dels enllaços peptídics i que defineix l'estructura dels aminoàcids, encara que també poden ocórrer reaccions que involucren altres grups amino presents en posicions diferents.
Amb excepció de la lisina, la treonina, la prolina i la hidroxiprolina, tots els aminoàcids participen en reaccions de transaminació, tot i que per a la histidina, la serina, la metionina i la fenilalanina s'han descrit transaminases, però les seves rutes metabòliques no impliquen aquest tipus de reaccions.
Les reaccions de transaminació entre aminoàcids i α-cetoàcids van ser descobertes el 1937 per Braunstein i Kritzmann, i des de llavors han estat objecte d'intensos estudis, ja que ocorren en molts teixits d'organismes diferents i amb diferents propòsits.
En els éssers humans, per exemple, les transaminases estan àmpliament distribuïdes en els teixits corporals i són particularment actives en el teixit muscular cardíac, en el fetge, en el teixit muscular esquelètic i en els ronyons.
Mecanisme de reacció
Les reaccions de transaminació impliquen més o menys el mateix mecanisme. Com es va comentar anteriorment, aquestes reaccions ocorren com un intercanvi reversible d'un grup amino entre un aminoàcid i un α-cetoàcid (desaminado), produint el α-cetoàcid de l'aminoàcid donador i l'aminoàcid de l'α-cetoàcid receptor.
Aquestes reaccions depenen d'un compost conegut com piridoxal fosfat, un derivat de la vitamina B6 que participa com un transportador de grups amino i que s'uneix als enzims transaminases per mitjà de la formació d'una base de Schiff entre el grup aldehid d'aquesta molècula i el ε-amino d'un residu de lisina en el lloc actiu de l'enzim.
La unió entre el piridoxal fosfat i el residu de lisina en el lloc actiu no és covalent, sinó que es dóna a través de la interacció electrostàtica entre la càrrega positiva de l'nitrogen en la lisina i la càrrega negativa en el grup fosfat de l'piridoxal.
En el transcurs de la reacció, l'aminoàcid que funciona com a substrat desplaça el grup ε-amino de l'residu de lisina en el lloc actiu que participa a la base de Schiff amb el piridoxal.
Mentrestant, un parell d'electrons de l'carboni alfa de l'aminoàcid són remoguts i transferits cap a l'anell de piridina que compon a l'piridoxal fosfat (amb càrrega positiva) i després són "entregats" a l'α-cetoàcid que funciona com a segon substrat.
D'aquesta manera, el piridoxal fosfat no només participa en la transferència o el transport dels grups amino entre els aminoàcids i els α-cetoàcids que són substrat de les transaminases, sinó que també actua com a "receptor" d'electrons, facilitant la dissociació de l' hidrogen alfa de l'aminoàcid.
En resum, el primer substrat, un aminoàcid, transfereix el seu grup amino a l'piridoxal fosfat, des d'on es transfereix subseqüentment cap al segon substrat, un α-cetoàcid, formant, en el interí, un compost intermediari conegut com piridoxamina fosfat.
Funció de la transaminación
Els enzims transaminases es troben, generalment, en el citosol i les mitocòndries i funcionen en la integració de diferents rutes metabòliques.
La glutamat deshidrogenasa en la seva reacció inversa, per exemple, pot convertir glutamat amoni, NADH (o NADPH) i α-cetoglutarato, el qual pot ingressar el cicle dels àcids tricarboxílics i funcionar en la producció d'energia.
Aquest enzim, que està en la matriu mitocondrial, representa un punt de ramificació que associa als aminoàcids amb el metabolisme energètic, de manera que quan una cèl·lula no té suficient energia en forma de carbohidrats o greixos per funcionar, pot, alternativament, utilitzar alguns aminoàcids per la mateixa finalitat.
La formació de l'enzim (glutamat deshidrogenasa) durant el desenvolupament de el cervell és fonamental per al control de la desintoxicació d'amoni, ja que ha estat demostrat que alguns casos de retard mental tenen a veure amb una baixa activitat d'aquesta, el que comporta a l'acumulació d'amoni, que és perjudicial per a la salut cerebral.
En algunes cèl·lules hepàtiques les reaccions de transaminació també poden ser emprades per a la síntesi de glucosa per gluconeogènesi.
La glutamina és convertida en glutamat i amoni per l'enzim glutaminasa. Després, el glutamat és convertit en α-cetoglutarato, que ingressa a el cicle de Krebs i després a la gluconeogènesi. Aquest últim pas passa gràcies a que el malat, un dels productes de la ruta, és transportat cap a l'exterior del mitocondri per mitjà d'una llançadora.
Aquesta llançadora deixa a l'α-cetoglutarato a mercè de l'enzim màlic, que el converteix en piruvat. Dues molècules de piruvat poden ser convertides, llavors, en una molècula de glucosa a través de la gluconeogènesi.
exemples
Les reaccions de transaminació més comuns es relacionen amb els aminoàcids alanina, àcid glutàmic i àcid aspàrtic.
Algunes enzims aminotransferases poden, a més del piridoxal fosfat, donar feina a el piruvat com "coenzim", com és el cas de la glutamat-piruvat transaminasa, que catalitza la següent reacció:
glutamat + piruvat ↔ alanina + α-cetoglutarato
Les cèl·lules musculars depenen d'aquesta reacció per produir alanina a partir de piruvat i per obtenir energia a través de l'cicle de Krebs per mitjà de l'α-cetoglutarato. En aquestes cèl·lules la utilització de l'alanina com a font d'energia depèn de l'eliminació dels grups amino com ions d'amoni en el fetge, a través del cicle de la urea.
Reacció de transaminació de l'alanina (Font: Tomas Drab via Wikimedia Commons)
Una altra reacció de transaminació molt important en diferents espècies és la catalitzada per l'enzim aspartat aminotransferasa:
L-Aspartat + α-cetoglutarato ↔ oxalacetat + L-Glutamat
Finalment, però no menys important, la reacció de transaminació de l'àcid γ-aminobutíric (GABA), un aminoàcid no proteic essencial per al sistema nerviós central que funciona com a neurotransmissor inhibitori. La reacció és catalitzada per un àcid γ-aminobutíric transaminasa i és més o menys així:
α-cetoglutarato + àcid 4-aminobutanoico ↔ Glutamat + semialdehid succínic
El semialdehid succínic és convertit en àcid succínic mitjançant una reacció d'oxidació i aquest últim pot ingressar a el cicle de Krebs per a la producció d'energia.
referències
- Bhagavan, NV, & Ha, CE (2002). Protein and amino acid metabolism. Medical Bioquímica (4th ed.), Academic Press: San Diego, CA, USA, 331.
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950). The scope of the transamination reaction in animal tissues. Journal of Biological Chemistry, 187, 439-452.
- Ha, CE, & Bhagavan, NV (2011). Essentials of medical biochemistry: with clinical cases. Academic Press.
- Litwack, G. (2017). Human biochemistry. Academic Press.
- Rowsell, EV (1956). Transaminations with pyruvate and other α-keto àcids. Biochemical Journal, 64 (2), 246.
- Snell, EE, & Jenkins, WT (1959). The mechanism of the transamination reaction. Journal of cellular and comparative physiology, 54 (S1), 161-177.