ASPARAGIN: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER, BIOSYNTES - BIOLOGI - 2025

Den asparagin (Asn eller N) är en viktig aminosyra för cellsignal och bindning mellan proteiner och kolhydrater. Detta är en av de 22 basiska aminosyrorna och klassificeras som icke-nödvändig, eftersom den syntetiseras av kroppen av däggdjur.

Denna aminosyra klassificeras i gruppen av oladdade polära aminosyror och var den första upptäckta aminosyran, ett faktum som inträffade 1806, där den isolerades från saften från sparris (en slags örtväxt) av de franska kemisterna Vauquelin och Robiquet.

Kemisk struktur av aminosyran Asparagine (Källa: Borb, via Wikimedia Commons)

Trots sin tidiga upptäckt erkändes den biologiska och näringsrika rollen av asparagin förrän mer än 100 år senare, när det 1932 bekräftades dess närvaro i strukturen för ett protein som finns i hampafrön.

Asparagin och glutamin fungerar som substrat för amidgrupperna av två andra mycket vanliga aminosyror i proteiner: aspartat (asparaginsyra) respektive glutamat (glutaminsyra). Asparagin och glutamin hydrolyseras lätt i dessa aminosyror genom enzymatisk verkan eller genom sura och basiska föreningar.

Många serinproteasenzymer som hydrolyserar peptidbindningar har en asparagin på sidokedjan på deras aktiva plats. Denna rest har en partiell negativ laddning och är ansvarig för att binda på ett komplementärt sätt med den positiva laddningen för målpeptiderna, vilket leder dem närmare klyvningsstället.

Enzymet som är ansvarigt för syntesen av oxaloacetat från asparagin används i kemoterapeutiska behandlingar och är känt som L-asparaginas, som ansvarar för katalysering av den hydrolytiska fragmenteringen av amidgruppen av asparagin till aspartat och ammonium.

Asparaginas är överuttryckt och renat från Escherichia coli, för att injiceras i barnpatienter med akut lymfoblastisk leukemi, eftersom både normala och maligna lymfocyter beror på fångandet av asparagin i blodet för deras tillväxt och multiplikation.

Egenskaper och struktur

Alla kemiska strukturer hos aminosyror har en karboxylgrupp (-COOH), en aminogrupp (-NH3 +), en väte (-H) och en R-grupp eller substituent som är bundna till samma centrala kolatom, känd som kol. α.

Aminosyror skiljer sig från varandra genom identiteten på deras sidokedjor, som är kända som R-grupper och som kan variera i storlek, struktur, funktionella grupper och till och med elektrisk laddning.

Kolatomerna i R-grupperna identifieras med bokstäver i det grekiska alfabetet. I fallet med asparagin identifieras således kolatterna i R-kedjan som p- och y-kolatomer.

Enligt andra typer av nomenklaturer är kolatomen i karboxylgruppen (-COOH) listad som C-1, så fortsätter med numreringen skulle a-kolet vara C-2 och så vidare.

En asparaginmolekyl har fyra kolatomer, inklusive a-kolet, kolet i karboxylgruppen och två kolatomer som ingår i R-gruppen, känd som karboxamid (-CH2-CO-NH2).

Denna karboxamidgrupp finns endast i två aminosyror: i asparagin och i glutamin. Det har den egenskapen att den kan bilda vätebindningar mycket enkelt genom aminogruppen (-NH2) och karbonylgruppen (-CO).

Klassificering

Asparagin tillhör gruppen av oladdade polära aminosyror, som är mycket vattenlösliga och mycket hydrofila aminosyror (på grund av deras förmåga att bilda flera vätebindningar).

Serin, treonin, cystein och glutamin återfinns också i gruppen av oladdade polära aminosyror. Alla dessa är "zwitterjoniska" föreningar, eftersom de har en polär grupp i sin R-kedja som bidrar till neutralisering av laddningar.

Alla oladdade polära aminosyror är inte joniserbara vid pH nära 7 (neutral), det vill säga de har inte positiva eller negativa laddningar. I sura och basiska media joniserar emellertid substituenterna en laddning.

Stereo

Det centrala kolet eller a-kolet i aminosyrorna är ett chiralt kol, därför har det fyra olika substituenter anslutna, vilket innebär att det finns minst två urskiljbara stereoisomerer för varje aminosyra.

Stereoisomerer är spegelbilder av en molekyl som har samma molekylformel, men är inte överlagrade, som händerna (vänster och höger). De betecknas med bokstaven D eller L, eftersom lösningarna för dessa aminosyror experimentellt roterar planet för polariserat ljus i motsatta riktningar.

Den allmänna asymmetrin för aminosyror gör stereokemin för dessa föreningar av stor betydelse, eftersom var och en har olika egenskaper, är syntetiserad och deltar i olika metaboliska vägar.

Asparagin finns i formen D-asparagine eller L-asparagine, den senare är den vanligaste i naturen. Det syntetiseras av L-asparaginsyntetas och metaboliseras av L-asparaginas, båda enzymerna är mycket rikliga i levern hos ryggradsdjur.

Funktioner

Den enkla vätebindningen av asparagin gör den till en avgörande aminosyra för proteins strukturella stabilitet, eftersom den kan bilda inre vätebindningar med sidokedjorna för de andra aminosyrorna som utgör dem.

Asparagin finns vanligtvis på ytan av typiska proteiner i vattenhaltiga media, vilket stabiliserar deras struktur.

Många glykoproteiner kan fästas till kolhydrater eller kolhydrater genom en asparagin-, treonin- eller serinrest. I fallet med asparagin är en acetylgalaktosamin i allmänhet först bunden till aminogruppen genom N-glykosylering.

Det är viktigt att notera att i alla N-glykosylerade glykoproteiner binder kolhydraterna till dem genom en asparaginrest som finns i en specifik region benämnd Asn-X-Ser / Thr, där X är vilken aminosyra som helst.

Dessa glykoproteiner är sammansatta i endoplasmatisk retikulum, där de glykosyleras när de översätts.

Biosyntes

Alla eukaryota organismer assimilerar ammoniak och omvandlar den till glutamat, glutamin, karbamylfosfat och asparagin. Asparagin kan syntetiseras från glykolytiska mellanprodukter, i citronsyrecykeln (från oxaloacetat) eller från föregångare som konsumeras i kosten.

Enzymet asparaginsyntetas är ett glutamin och ATP-beroende amidotransferas som späver ATP till AMP och oorganiskt pyrofosfat (PPi) och använder ammoniak eller glutamin för att katalysera en amideringsreaktion och omvandla aspartat till asparagin.

Både bakterier och djur har ett asparaginsyntetas, men i bakterier använder enzymet ammoniumjon som kvävnadsgivare, medan i däggdjur asparaginsyntetas använder glutamin som huvudgivare i kvävgruppen.

Den enzymatiska nedbrytningen av ATP-molekylen till AMP och oorganiskt pyrofosfat (PPi), tillsammans med glutamin som amidgruppgivare, är de viktigaste skillnaderna med avseende på biosyntesen av L-glutamin mellan olika organismer.

Degradering

De flesta studierna om metabolismen av asparagin har genomförts i växter, eftersom studierna från däggdjur initialt hämmas av bristen på tillräckligt känsliga metoder för aminosyraanalyser i nivå med mer komplexa system.

L-asparagin hydrolyseras ständigt i däggdjur av L-asparaginas för att producera asparaginsyra och ammonium. Det används för syntes av glykoproteiner och är en av de viktigaste oxaloacetatprekursorerna för citronsyrecykeln.

Enzymet asparaginas katalyserar hydrolysen av asparagin till aspartat, därefter transamineras aspartatet med a-ketoglutarat för att producera glutamat och oxaloacetat.

Asparaginsyntetas, även känt som aspartat-ammoniakligas, finns rikligt i vuxna däggdjurshjärnceller.

När låga nivåer av detta enzym uppfattas i kroppen bildas det som kallas "aminoacidopatier" eftersom prekursorsubstrat ackumuleras i cytoplasma i hjärnceller.

Matar som är rika på sparris

Personer med akut lymfoblastisk leukemi har vanligtvis brister i enzymet asparaginsyntetas och beror på cirkulerande asparagin, så en diet rik med asparagin eller exogen tillförsel av det rekommenderas.

Bland de många livsmedel som har ett högt innehåll av sparris är skaldjur, fjäderfä och deras ägg, nötkreatur, mejeriprodukter och deras derivat, och grönsaker som sparris, potatis, knölar etc.

Det finns L-asparaginkoncentrat som är formulerade för mycket konkurrenskraftiga idrottare, eftersom deras konsumtion hjälper till att regenerera de proteiner som utgör vävnaderna.

Dessutom tar människor som har brist på aminosyrasyntes också dessa tabletter för att undvika störningar i deras centrala nervsystem.

Asparagin är lättare att metabolisera genom sin L-asparaginform, eftersom många av de enzymer som är involverade i dess metabolism inte känner igen D-asparaginformen och därför är inte all den asparagin som intas i livsmedel tillgänglig för de olika kroppsprocesser.

Det rikliga intaget av asparagin kan vara fördelaktigt, men det rekommenderas att inte konsumera det i överflöd i form av tabletter, eftersom det har fastställts att rikliga koncentrationer av L-asparagin från läkemedel ökar utvecklingen av tumörceller.

referenser

1. Cooney, DA, Capizzi, RL, & Handschumacher, RE (1970). Utvärdering av L-asparaginmetabolism hos djur och människor. Cancerforskning, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, & Even, HL (1976). Användning av D-asparagin av Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Framsteg när det gäller metabolism av asparagin. Pågår i botanik vol. 79 (s. 49-74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., & Kornfeld, S. (1985). Montering av asparaginbundna oligosackarider. Årlig granskning av Biochemistry, 54 (1), 631-664
5. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokemi. Pearson Education.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principerna för biokemi. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). L-asparagin. Acta Crystallographica Avsnitt E: Structure Reports Online, 63 (9), 3802-3803.