ASPARAGINE: ĐẶC ĐIỂM, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, SINH TỔNG HỢP - SINH HỌC - 2025

Các asparagin (Asn hoặc N) là một axit amin quan trọng đối với tế bào hiệu và ràng buộc giữa các protein và carbohydrate. Đây là một trong 22 axit amin cơ bản và được xếp vào loại không thiết yếu, vì nó được tổng hợp bởi cơ thể động vật có vú.

Axit amin này được phân loại trong nhóm axit amin phân cực không tích điện và là axit amin đầu tiên được phát hiện, sự thật xảy ra vào năm 1806, nơi nó được phân lập từ nước ép của măng tây (một loại cây thân thảo) bởi các nhà hóa học người Pháp Vauquelin và Robiquet.

Cấu trúc hóa học của axit amin Asparagine (Nguồn: Borb, qua Wikimedia Commons)

Mặc dù được phát hiện sớm, vai trò sinh học và dinh dưỡng của asparagin vẫn chưa được công nhận cho đến hơn 100 năm sau, vào năm 1932, sự hiện diện của nó trong cấu trúc của một loại protein có trong hạt cây gai dầu đã được xác nhận.

Asparagine và glutamine đóng vai trò như chất nền cho các nhóm amit của hai axit amin rất phổ biến khác trong protein: aspartate (axit aspartic) và glutamate (axit glutamic), tương ứng. Asparagine và glutamine dễ dàng bị thủy phân thành các axit amin này nhờ tác dụng của enzym hoặc các hợp chất có tính axit và bazơ.

Nhiều enzym serine protease thủy phân các liên kết peptit có một asparagin trên chuỗi bên của vị trí hoạt động của chúng. Phần dư này có một phần điện tích âm và chịu trách nhiệm liên kết bổ sung với điện tích dương của các peptit đích, đưa chúng đến gần vị trí phân cắt hơn.

Enzyme chịu trách nhiệm tổng hợp oxaloacetate từ asparagin được sử dụng trong điều trị hóa chất và được gọi là L-asparaginase, chịu trách nhiệm xúc tác sự phân mảnh thủy phân của nhóm amit của asparagin thành aspartat và amoni.

Asparaginase được biểu hiện quá mức và được tinh chế từ Escherichia coli, được tiêm vào những bệnh nhân nhỏ tuổi mắc bệnh bạch cầu nguyên bào lympho cấp tính, vì cả tế bào lympho bình thường và ác tính đều phụ thuộc vào việc thu giữ asparagin trong máu để phát triển và nhân lên.

Đặc điểm và cấu trúc

Tất cả các cấu trúc hóa học của axit amin đều có nhóm cacboxyl (-COOH), nhóm amin (-NH3 +), hydro (-H) và nhóm R hoặc nhóm thế được gắn với cùng một nguyên tử cacbon trung tâm, được gọi là cacbon. α.

Các axit amin khác nhau ở điểm đặc trưng của chuỗi bên của chúng, được gọi là nhóm R và có thể khác nhau về kích thước, cấu trúc, nhóm chức và thậm chí cả điện tích.

Các nguyên tử cacbon của các nhóm R được xác định bằng các chữ cái trong bảng chữ cái Hy Lạp. Do đó, trong trường hợp của asparagin, các nguyên tử của chuỗi R được xác định là nguyên tử β và γ.

Theo các loại danh pháp khác, nguyên tử cacbon trong nhóm cacboxyl (-COOH) được liệt kê là C-1, vì vậy, tiếp tục với việc đánh số, α-cacbon sẽ là C-2, v.v.

Một phân tử asparagin có 4 nguyên tử cacbon, bao gồm α-cacbon, cacbon của nhóm cacboxyl và hai nguyên tử cacbon là một phần của nhóm R, được gọi là cacboxamit (-CH2-CO-NH2).

Nhóm carboxamide này chỉ được tìm thấy trong hai axit amin: trong asparagin và trong glutamine. Nó có đặc điểm là có thể tạo liên kết hydro rất dễ dàng thông qua nhóm amin (-NH2) và nhóm cacbonyl (-CO).

Phân loại

Asparagine thuộc nhóm axit amin phân cực không tích điện, là những axit amin dễ tan trong nước và rất kỵ nước (do khả năng hình thành nhiều liên kết hydro).

Serine, threonine, cysteine ​​và glutamine cũng được tìm thấy trong nhóm axit amin phân cực không tích điện. Tất cả chúng đều là hợp chất "zwitterionic", vì chúng có một nhóm phân cực trong chuỗi R của chúng góp phần trung hòa điện tích.

Tất cả các axit amin phân cực không tích điện đều không thể ion hóa ở pH gần bằng 7 (trung tính), nghĩa là chúng không mang điện tích dương hoặc âm. Tuy nhiên, trong môi trường axit và bazơ, các nhóm thế ion hóa và thu được điện tích.

Hóa học lập thể

Cacbon trung tâm hoặc cacbon α của axit amin là một cacbon bất đối, do đó, nó có bốn nhóm thế khác nhau gắn liền, có nghĩa là có ít nhất hai đồng phân lập thể có thể phân biệt được cho mỗi axit amin.

Đồng phân lập thể là hình ảnh phản chiếu của một phân tử có cùng công thức phân tử, nhưng không chồng chất với nhau, giống như bàn tay (trái và phải). Chúng được ký hiệu bằng chữ D hoặc L, vì theo thực nghiệm, các dung dịch của các axit amin này quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực theo các hướng ngược nhau.

Tính không đối xứng chung của các axit amin làm cho tính chất lập thể của các hợp chất này có tầm quan trọng lớn, vì mỗi chất có những đặc tính khác nhau, được tổng hợp và tham gia vào các con đường trao đổi chất khác nhau.

Asparagine có thể được tìm thấy ở dạng D-asparagine hoặc L-asparagine, loại sau này phổ biến nhất trong tự nhiên. Nó được tổng hợp bởi L-asparagine synthetase và chuyển hóa bởi L-asparaginase, cả hai loại enzym này đều có rất nhiều trong gan của động vật có xương sống.

Đặc trưng

Tính dễ liên kết hydro của asparagin làm cho nó trở thành một axit amin quan trọng đối với sự ổn định cấu trúc của protein, vì nó có thể hình thành các liên kết hydro bên trong với các chuỗi bên của các axit amin khác tạo nên chúng.

Asparagine thường được tìm thấy trên bề mặt của các protein điển hình trong môi trường nước, giúp ổn định cấu trúc của chúng.

Nhiều glycoprotein có thể được gắn vào cacbohydrat hoặc cacbohydrat thông qua dư lượng asparagin, threonine hoặc serine. Trong trường hợp của asparagin, acetyl galactosamine thường được gắn vào nhóm amin đầu tiên bằng cách N-glycosyl hóa.

Điều quan trọng cần lưu ý là trong tất cả các glycoprotein được N-glycosyl hóa, cacbohydrat liên kết với chúng thông qua một gốc asparagin được tìm thấy trong một vùng cụ thể được ký hiệu là Asn-X-Ser / Thr, trong đó X là bất kỳ axit amin nào.

Các glycoprotein này được tập hợp trong lưới nội chất, nơi chúng được glycosyl hóa khi chúng được dịch mã.

Sinh tổng hợp

Tất cả các sinh vật nhân chuẩn đều đồng hóa amoniac và biến đổi nó thành glutamate, glutamine, carbamyl phosphate và asparagine. Asparagine có thể được tổng hợp từ các chất trung gian đường phân, trong chu trình axit xitric (từ oxaloacetate) hoặc từ các tiền chất được tiêu thụ trong chế độ ăn.

Enzyme asparagine synthetase là một amidotransferase phụ thuộc glutamine và ATP có chức năng xóa ATP thành AMP và pyrophosphate vô cơ (PPi) và sử dụng amoniac hoặc glutamine để xúc tác phản ứng amid hóa và chuyển hóa aspartate thành asparagin.

Cả vi khuẩn và động vật đều có men tổng hợp asparagin, tuy nhiên, ở vi khuẩn, enzym này sử dụng ion amoni làm chất cho nitơ, trong khi ở động vật có vú, asparagine synthetase sử dụng glutamine làm chất cho nhóm nitơ chính.

Sự phân hủy enzym của phân tử ATP thành AMP và pyrophosphat vô cơ (PPi), cùng với glutamine là chất cho nhóm amide, là những điểm khác biệt chính đối với quá trình sinh tổng hợp L-glutamine giữa các sinh vật khác nhau.

suy thoái

Hầu hết các nghiên cứu về sự chuyển hóa của asparagin đều được thực hiện ở thực vật, vì ban đầu các nghiên cứu trên động vật có vú bị cản trở do thiếu các phương pháp luận đủ nhạy để xét nghiệm axit amin ở cấp độ của các hệ thống phức tạp hơn.

L-asparagin liên tục bị thủy phân ở động vật có vú bởi L-asparaginase để tạo ra axit aspartic và amoni. Nó được sử dụng để tổng hợp glycoprotein và là một trong những tiền chất oxaloacetate chính cho chu trình axit xitric.

Enzyme asparaginase xúc tác quá trình thủy phân asparagin thành aspartate, sau đó aspartate được chuyển hóa với α-ketoglutarate để tạo ra glutamate và oxaloacetate.

Asparagine synthetase, còn được gọi là aspartate-amoniac ligase, được tìm thấy nhiều trong các tế bào não trưởng thành của động vật có vú.

Khi mức độ thấp của enzym này được cảm nhận trong cơ thể, cái được gọi là “aminoacidopathies” được hình thành, vì các chất nền tiền thân tích tụ trong tế bào chất của tế bào não.

Thực phẩm giàu asparagin

Những người bị bệnh bạch cầu nguyên bào lympho cấp tính thường bị thiếu hụt enzym asparagine synthetase và phụ thuộc vào asparagin đang lưu hành, do đó nên áp dụng chế độ ăn giàu asparagin hoặc cung cấp chất này ngoại sinh.

Trong số nhiều loại thực phẩm có hàm lượng asparagin cao là động vật có vỏ, thịt gia cầm và trứng của chúng, thịt bò, các sản phẩm từ sữa và các dẫn xuất của chúng, và các loại rau như măng tây, khoai tây, củ, v.v.

Có những chất cô đặc L-asparagine được pha chế cho các vận động viên cạnh tranh cao, vì việc tiêu thụ chúng giúp tái tạo các protein tạo nên các mô.

Ngoài ra, những người bị thiếu hụt tổng hợp axit amin cũng dùng những viên này để tránh các rối loạn trong hệ thần kinh trung ương của họ.

Asparagine chuyển hóa dễ dàng hơn thông qua dạng L-asparagine, vì nhiều enzym tham gia vào quá trình chuyển hóa của nó không nhận dạng được dạng D-asparagine và do đó, không phải tất cả asparagin được tiêu thụ trong thực phẩm đều có sẵn cho các loại khác nhau. các quá trình của cơ thể.

Việc hấp thụ nhiều asparagin có thể có lợi, tuy nhiên, không nên tiêu thụ quá nhiều ở dạng viên nén, vì người ta đã xác định rằng nồng độ L-asparagine dồi dào từ thuốc làm tăng sự phát triển của các tế bào khối u.

Người giới thiệu

1. Cooney, DA, Capizzi, RL, & Handschumacher, RE (1970). Đánh giá chuyển hóa L-asparagin ở động vật và người. Nghiên cứu ung thư, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, & Even, HL (1976). Sử dụng D-asparagine của Saccharomyces cerevisiae. Tạp chí Vi khuẩn học, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Những tiến bộ trong chuyển hóa asparagin. In Progress in Botany Vol. 79 (trang 49-74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., & Kornfeld, S. (1985). Tập hợp các oligosaccharid liên kết với asparagin. Đánh giá hàng năm về Hóa sinh, 54 (1), 631-664
5. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Hóa sinh. Giáo dục Pearson.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). l-Măng tây. Acta Crystallographica Phần E: Báo cáo Cấu trúc Trực tuyến, 63 (9), 3802-3803.