Il transaminazione è un tipo di reazione chimica che agisce nella "ridistribuzione" di gruppi amminici tra amminoacidi, poiché comporta processi di amminazione reversibili (aggiunta di un gruppo amminico) e deaminazione (eliminazione di un gruppo amminico), catalizzati da specifici enzimi noti come transaminasi o aminotransferasi.
La reazione di transaminazione generale comporta lo scambio tra un amminoacido e qualsiasi α-chetoacido, dove lo scambio di un gruppo amminico produce la versione chetoacida del primo amminoacido substrato e la versione amminoacidica del primo substrato α-chetoacido..
Il gruppo amminico che di solito viene scambiato è l'ammino "alfa", cioè quello che partecipa alla formazione dei legami peptidici e che definisce la struttura degli amminoacidi, sebbene possano verificarsi anche reazioni che coinvolgono altri gruppi amminici presenti in posizioni diverse..
Con l'eccezione di lisina, treonina, prolina e idrossiprolina, tutti gli amminoacidi partecipano alle reazioni di transaminazione, sebbene le transaminasi siano state descritte per istidina, serina, metionina e fenilalanina, ma le loro vie metaboliche non coinvolgono questo tipo di reazioni..
Le reazioni di transaminazione tra amminoacidi e α-chetoacidi furono scoperte nel 1937 da Braunstein e Kritzmann, e da allora sono state oggetto di studi intensivi, poiché si verificano in molti tessuti di organismi diversi e con scopi diversi..
Nell'uomo, ad esempio, le transaminasi sono ampiamente distribuite nei tessuti del corpo e sono particolarmente attive nel tessuto muscolare cardiaco, nel fegato, nel tessuto muscolare scheletrico e nei reni..
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Le reazioni di transaminazione coinvolgono più o meno lo stesso meccanismo. Come discusso in precedenza, queste reazioni si verificano come uno scambio reversibile di un gruppo amminico tra un amminoacido e un α-chetoacido (deaminato), producendo l'α-chetoacido dell'amminoacido donatore e l'amminoacido dell'α-chetoacido recettore..
Queste reazioni dipendono da un composto noto come piridossal fosfato, un derivato della vitamina B6 che partecipa come trasportatore di gruppi amminici e che si lega agli enzimi transaminasi attraverso la formazione di una base di Schiff tra il gruppo aldeidico di questa molecola. E l'ε-ammino di un residuo di lisina nel sito attivo dell'enzima.
Il legame tra piridossal fosfato e residuo di lisina nel sito attivo non è covalente, ma avviene attraverso l'interazione elettrostatica tra la carica positiva dell'azoto sulla lisina e la carica negativa sul gruppo fosfato del piridossale.
Nel corso della reazione, l'amminoacido che funge da substrato sposta il gruppo ε-ammino del residuo di lisina nel sito attivo che partecipa alla base di Schiff con piridossale.
Nel frattempo, una coppia di elettroni dal carbonio alfa dell'amminoacido vengono rimossi e trasferiti all'anello piridinico che costituisce il piridossal fosfato (caricato positivamente) e quindi "consegnati" all'α-cheto acido che funge da secondo substrato..
In questo modo, il piridossal fosfato non solo partecipa al trasferimento o trasporto di gruppi amminici tra aminoacidi e α-chetoacidi che sono substrati delle transaminasi, ma funge anche da “sink” di elettroni, facilitando la dissociazione dell'amminoacido alfa idrogeno.
In sintesi, il primo substrato, un amminoacido, trasferisce il suo gruppo amminico al piridossal fosfato, da dove viene successivamente trasferito al secondo substrato, un α-chetoacido, formando, nel frattempo, un composto intermedio noto come piridossammina fosfato..
Gli enzimi transaminasi si trovano generalmente nel citosol e nei mitocondri e funzionano nell'integrazione di diverse vie metaboliche.
Il glutammato deidrogenasi nella sua reazione inversa, ad esempio, può convertire il glutammato in ammonio, NADH (o NADPH) e α-chetoglutarato, che possono entrare nel ciclo dell'acido tricarbossilico e funzionare nella produzione di energia.
Questo enzima, che si trova nella matrice mitocondriale, rappresenta un punto di diramazione che associa gli amminoacidi al metabolismo energetico, in modo che quando una cellula non ha abbastanza energia sotto forma di carboidrati o grassi per funzionare, può alternativamente utilizzare alcuni aminoacidi per lo stesso scopo.
La formazione dell'enzima (glutammato deidrogenasi) durante lo sviluppo cerebrale è essenziale per il controllo della disintossicazione da ammonio, poiché è stato dimostrato che alcuni casi di ritardo mentale hanno a che fare con una bassa attività di questo, che porta all'accumulo di ammonio, che è dannoso per la salute del cervello.
In alcune cellule epatiche, le reazioni di transaminazione possono essere utilizzate anche per la sintesi del glucosio mediante gluconeogenesi.
La glutammina viene convertita in glutammato e ammonio dall'enzima glutaminasi. Il glutammato viene quindi convertito in α-chetoglutarato, che entra nel ciclo di Krebs e quindi nella gluconeogenesi. Quest'ultimo passaggio avviene grazie al fatto che il malato, uno dei prodotti del percorso, viene trasportato fuori dai mitocondri per mezzo di una navetta..
Questa navetta lascia l'α-chetoglutarato in balia dell'enzima malico, che lo converte in piruvato. Due molecole di piruvato possono quindi essere convertite in una molecola di glucosio attraverso la gluconeogenesi..
Le reazioni di transaminazione più comuni sono correlate agli amminoacidi alanina, acido glutammico e acido aspartico..
Alcuni enzimi aminotransferasi possono, oltre al piridossal fosfato, utilizzare il piruvato come "coenzima", come la glutammato-piruvato transaminasi, che catalizza la seguente reazione:
glutammato + piruvato ↔ alanina + α-chetoglutarato
Le cellule muscolari dipendono da questa reazione per produrre alanina dal piruvato e per l'energia attraverso il ciclo di Krebs tramite l'α-chetoglutarato. In queste cellule, l'uso dell'alanina come fonte di energia dipende dall'eliminazione di gruppi amminici come gli ioni ammonio nel fegato, attraverso il ciclo dell'urea..
Un'altra reazione di transaminazione molto importante in diverse specie è quella catalizzata dall'enzima aspartato aminotransferasi:
L-aspartato + α-chetoglutarato ↔ ossalacetato + L-glutammato
Ultimo ma non meno importante, la reazione di transaminazione dell'acido γ-amminobutirrico (GABA), un amminoacido non proteico essenziale per il sistema nervoso centrale che funziona come neurotrasmettitore inibitorio. La reazione è catalizzata da una transaminasi dell'acido γ-amminobutirrico ed è approssimativamente la seguente:
α-chetoglutarato + acido 4-amminobutanoico ↔ glutammato + semialdeide succinica
La semialdeide succinica viene convertita in acido succinico attraverso una reazione di ossidazione e quest'ultimo può entrare nel ciclo di Krebs per la produzione di energia.
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