ASPARAGIN: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKSJONER, BIOSYNTESE - BIOLOGI - 2026

Den asparagin (Asn eller N) er en viktig aminosyre for cellesignalering og binding mellom proteiner og karbohydrater. Dette er en av de 22 basiske aminosyrene og er klassifisert som ikke-essensiell, siden den er syntetisert av kroppen av pattedyr.

Denne aminosyren er klassifisert i gruppen av uladede polare aminosyrer og var den første aminosyren som ble oppdaget, et faktum som skjedde i 1806, hvor den ble isolert fra saften fra asparges (en slags urteaktig plante) av de franske kjemikerne Vauquelin og Robiquet.

Kjemisk struktur av aminosyren Asparagine (Kilde: Borb, via Wikimedia Commons)

Til tross for at den ble oppdaget tidlig, ble den biologiske og ernæringsmessige rollen til asparagin ikke anerkjent før mer enn 100 år senere, da det i 1932 ble bekreftet dets tilstedeværelse i strukturen til et protein som var til stede i hampefrø.

Asparagin og glutamin fungerer som underlag for amidgruppene til to andre svært vanlige aminosyrer i proteiner: henholdsvis aspartat (asparaginsyre) og glutamat (glutaminsyre). Asparagin og glutamin hydrolyseres lett i disse aminosyrene ved enzymatisk virkning eller ved sure og basiske forbindelser.

Mange serinproteaseenzymer som hydrolyserer peptidbindinger har en asparagin på sidekjeden på det aktive stedet. Dette residuet har en delvis negativ ladning og er ansvarlig for binding på en komplementær måte med den positive ladningen av målpeptidene, og fører dem nærmere spaltningsstedet.

Enzymet som er ansvarlig for syntesen av oksaloacetat fra asparagin brukes i kjemoterapeutiske behandlinger og er kjent som L-asparaginase, som er ansvarlig for katalysering av den hydrolytiske fragmenteringen av amidgruppen av asparagin til aspartat og ammonium.

Asparaginase blir overuttrykt og renset fra Escherichia coli, som skal injiseres hos barnepasienter med akutt lymfoblastisk leukemi, siden både normale og ondartede lymfocytter er avhengige av fangsten av asparagin i blodet for deres vekst og multiplikasjon.

Kjennetegn og struktur

Alle de kjemiske strukturene til aminosyrer har en karboksylgruppe (-COOH), en aminogruppe (-NH3 +), et hydrogen (-H) og en R-gruppe eller substituent som er bundet til det samme sentrale karbonatom, kjent som karbon. α.

Aminosyrer skiller seg fra hverandre ved identiteten til sidekjedene, som er kjent som R-grupper, og som kan variere i størrelse, struktur, funksjonelle grupper og til og med elektrisk ladning.

Karbonatomene i R-gruppene er identifisert ved bokstaver i det greske alfabetet. Når det gjelder asparagin, blir således karbonene i R-kjeden identifisert som p- og y-karbonatomer.

I henhold til andre typer nomenklaturer er karbonatomet i karboksylgruppen (-COOH) listet som C-1, så fortsett med nummereringen ville a-karbonet være C-2 og så videre.

Et asparaginmolekyl har fire karbonatomer, inkludert a-karbon, karbonet i karboksylgruppen, og to karbonatomer som er en del av R-gruppen, kjent som karboksamid (-CH2-CO-NH2).

Denne karboksamidgruppen finnes bare i to aminosyrer: i asparagin og i glutamin. Det har kjennetegn at det lett kan danne hydrogenbindinger gjennom aminogruppen (-NH2) og karbonylgruppen (-CO).

Klassifisering

Asparagin tilhører gruppen uladede polare aminosyrer, som er svært vannløselige og sterkt hydrofile aminosyrer (på grunn av deres evne til å danne flere hydrogenbindinger).

Serin, treonin, cystein og glutamin finnes også i gruppen av uladede polare aminosyrer. Alle disse er "zwitterioniske" forbindelser, siden de har en polar gruppe i sin R-kjede som bidrar til nøytralisering av ladninger.

Alle uladede polare aminosyrer er ikke ioniserbare ved pH nær 7 (nøytral), det vil si at de ikke har positive eller negative ladninger. Imidlertid ioniserer substituentene i sure og basiske medier og får en ladning.

stereokjemi

Det sentrale karbonet eller a-karbonet i aminosyrene er et chiralt karbon, derfor har det fire forskjellige substituenter festet, noe som betyr at det er minst to skillelige stereoisomerer for hver aminosyre.

Stereoisomerer er speilbilder av et molekyl som har den samme molekylformelen, men kan ikke overføres hverandre, som hendene (venstre og høyre). De er betegnet med bokstaven D eller L, siden løsningen av disse aminosyrene eksperimentelt roterer planet for polarisert lys i motsatte retninger.

Den generelle asymmetrien av aminosyrer gjør stereokjemien til disse forbindelsene av stor betydning, ettersom hver enkelt har forskjellige egenskaper, er syntetisert og deltar i forskjellige metabolske veier.

Asparagin kan finnes i formen D-asparagine eller L-asparagine, sistnevnte er den vanligste i naturen. Det syntetiseres av L-asparagine synthetase og metaboliseres av L-asparaginase, begge enzymer er veldig rikelig i leveren til virveldyr.

Egenskaper

Den enkle hydrogenbinding av asparagin gjør det til en avgjørende aminosyre for strukturell stabilitet av proteiner, da den kan danne interne hydrogenbindinger med sidekjedene til de andre aminosyrene som utgjør dem.

Asparagin er vanligvis funnet på overflaten av typiske proteiner i vandige medier, og stabiliserer deres struktur.

Mange glykoproteiner kan festes til karbohydrater eller karbohydrater gjennom en asparagin-, treonin- eller serinrest. Når det gjelder asparagin blir en acetylgalaktosamin generelt først festet til aminogruppen ved N-glykosylering.

Det er viktig å merke seg at i alle N-glykosylerte glykoproteiner er karbohydrater festet til dem gjennom en asparaginrest som finnes i en spesifikk region betegnet som Asn-X-Ser / Thr, hvor X er en hvilken som helst aminosyre.

Disse glykoproteinene er satt sammen i endoplasmatisk retikulum, hvor de blir glykosylert når de blir oversatt.

biosyntesen

Alle eukaryote organismer assimilerer ammoniakk og omdanner den til glutamat, glutamin, karbamylfosfat og asparagin. Asparagin kan syntetiseres fra glykolytiske mellomprodukter, i sitronsyresyklusen (fra oksaloacetat) eller fra forløpere konsumert i dietten.

Enzymet asparaginsyntetase er en glutamin og ATP-avhengig amidotransferase som spalter ATP til AMP og uorganisk pyrofosfat (PPi) og bruker ammoniakk eller glutamin for å katalysere en amideringsreaksjon og omdanne aspartat til asparagin.

Både bakterier og dyr har en asparaginsyntetase, men i bakterier bruker enzymet ammoniumionet som en nitrogendonor, mens hos pattedyr bruker asparaginsyntetase glutamin som hovedgiver i nitrogengruppen.

Den enzymatiske nedbrytningen av ATP-molekylet til AMP og uorganisk pyrofosfat (PPi), sammen med glutamin som amidgruppegiver, er hovedforskjellene med hensyn til biosyntesen av L-glutamin mellom forskjellige organismer.

nedbrytning

De fleste av studiene på metabolismen av asparagin er blitt utført i planter, siden opprinnelig ble studiene hos pattedyr hemmet av mangelen på tilstrekkelig sensitive metoder for aminosyreanalyser på nivå med mer komplekse systemer.

L-asparagin hydrolyseres konstant i pattedyr av L-asparaginase for å produsere asparaginsyre og ammonium. Det brukes til syntese av glykoproteiner og er en av de viktigste forløpere for oksaloacetat for sitronsyresyklusen.

Enzymet asparaginase katalyserer hydrolysen av asparagin til aspartat, deretter blir aspartatet transaminert med a-ketoglutarat for å produsere glutamat og oksaloacetat.

Asparaginsyntetase, også kjent som aspartat-ammoniakk ligase, finnes rikelig i voksne hjerneceller hos pattedyr.

Når det oppfattes lave nivåer av dette enzymet i kroppen, dannes det som kalles “aminosyreopati”, ettersom forløperunderlag akkumuleres i cytoplasma av hjerneceller.

Mat som er rik på asparagin

Personer med akutt lymfoblastisk leukemi har vanligvis mangler i enzymet asparaginsyntetase og er avhengige av sirkulerende asparagin, så et kosthold rikt på asparagin eller eksogen tilførsel av det anbefales.

Blant de mange matvarene med høyt innhold av asparges er skalldyr, fjørfe og eggene deres, storfe, melkeprodukter og derivater derav, og grønnsaker som asparges, poteter, knoller osv.

Det er L-asparaginkonsentrater som er formulert for konkurrerende idrettsutøvere, siden forbruket deres er med på å regenerere proteinene som utgjør vevene.

I tillegg tar personer som har en mangel på aminosyresyntese også disse tablettene for å unngå forstyrrelser i sentralnervesystemet.

Det er lettere å metabolisere asparagin gjennom sin L-asparaginform, siden mange av enzymene som er involvert i metabolismen ikke gjenkjenner D-asparaginformen, og derfor er ikke all asparaginen inntatt i mat tilgjengelig for de forskjellige kroppens prosesser.

Det rikelige inntaket av asparagin kan være fordelaktig, men det anbefales ikke å konsumere det i overkant i form av tabletter, siden det er blitt bestemt at rikelig konsentrasjon av L-asparagin fra medikamenter øker utviklingen av tumorceller.

referanser

1. Cooney, DA, Capizzi, RL, & Handschumacher, RE (1970). Evaluering av L-asparagine metabolisme hos dyr og mennesker. Kreftforskning, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, & Even, HL (1976). Bruk av D-asparagin av Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bacteriology, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Fremskritt innen metabolisme av asparagin. Pågår i botanikk Vol. 79 (s. 49-74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., & Kornfeld, S. (1985). Montering av asparaginkoblede oligosakkarider. Årlig gjennomgang av Biokjemi, 54 (1), 631-664
5. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokjemi. Pearson Education.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-prinsippene for biokjemi. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). L-Asparagin. Acta Crystallographica Seksjon E: Structure Reports Online, 63 (9), 3802-3803.