ASPARAGINE: KARAKTERISTIK, STRUKTUR, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI - 2025

The asparagin (Asn atau N) adalah asam amino yang penting untuk sel sinyal dan mengikat antara protein dan karbohidrat. Ini adalah salah satu dari 22 asam amino dasar dan diklasifikasikan sebagai tidak esensial, karena disintesis oleh tubuh mamalia.

Asam amino ini diklasifikasikan dalam kelompok asam amino polar yang tidak bermuatan dan merupakan asam amino pertama yang ditemukan, sebuah fakta yang terjadi pada tahun 1806, di mana ia diisolasi dari jus asparagus (sejenis tumbuhan herba) oleh ahli kimia Perancis Vauquelin dan Robiquet.

Struktur kimia asam amino Asparagine (Sumber: Borb, via Wikimedia Commons)

Terlepas dari penemuan awalnya, peran biologis dan nutrisi asparagine tidak dikenali sampai lebih dari 100 tahun kemudian ketika, pada tahun 1932, kehadirannya dalam struktur protein yang ada dalam biji rami dikonfirmasi.

Asparagine dan glutamine berfungsi sebagai substrat untuk kelompok amida dari dua asam amino yang sangat umum dalam protein: aspartate (aspartic acid) dan glutamate (glutamic acid), masing-masing. Asparagin dan glutamin dengan mudah dihidrolisis menjadi asam amino ini oleh aksi enzimatik atau oleh senyawa asam dan basa.

Banyak enzim protease serin yang menghidrolisis ikatan peptida memiliki asparagin di rantai samping situs aktifnya. Residu ini memiliki muatan negatif parsial dan bertanggung jawab untuk mengikat secara komplementer dengan muatan positif peptida target, membawa mereka lebih dekat ke lokasi pembelahan.

Enzim yang bertanggung jawab untuk sintesis oxaloacetate dari asparagine digunakan dalam perawatan kemoterapi dan dikenal sebagai L-asparaginase, yang bertanggung jawab untuk mengkatalisasi fragmentasi hidrolitik dari kelompok amida asparagine menjadi aspartate dan ammonium.

Asparaginase diekspresikan secara berlebihan dan dimurnikan dari Escherichia coli, untuk disuntikkan ke pasien masa kanak-kanak dengan leukemia limfoblastik akut, karena limfosit normal dan ganas bergantung pada pengambilan asparagin dalam darah untuk pertumbuhan dan perbanyakannya.

Karakteristik dan struktur

Semua struktur kimia asam amino memiliki gugus karboksil (-COOH), gugus amino (-NH3 +), hidrogen (-H), dan gugus R atau substituen yang terikat pada atom karbon pusat yang sama, yang dikenal sebagai karbon. α.

Asam amino berbeda satu sama lain dengan identitas rantai sampingnya, yang dikenal sebagai gugus R dan dapat bervariasi dalam ukuran, struktur, gugus fungsi, dan bahkan muatan listrik.

Atom karbon dari kelompok R diidentifikasi dengan huruf alfabet Yunani. Jadi, dalam kasus asparagin, karbon dari rantai R diidentifikasi sebagai karbon β dan γ.

Menurut jenis nomenklatur lain, atom karbon dalam gugus karboksil (-COOH) terdaftar sebagai C-1, jadi, dilanjutkan dengan penomoran, α-karbon akan menjadi C-2 dan seterusnya.

Molekul asparagin memiliki empat atom karbon, termasuk karbon-α, karbon dari gugus karboksil, dan dua atom karbon yang merupakan bagian dari gugus R, yang dikenal sebagai karboksamida (-CH2-CO-NH2).

Gugus karboksamida ini hanya ditemukan dalam dua asam amino: dalam asparagin dan glutamin. Ia memiliki karakteristik dapat membentuk ikatan hidrogen dengan sangat mudah melalui gugus amino (-NH2) dan gugus karbonil (-CO).

Klasifikasi

Asparagine termasuk dalam kelompok asam amino polar tidak bermuatan, yang sangat larut dalam air dan asam amino yang sangat hidrofilik (karena kemampuannya untuk membentuk banyak ikatan hidrogen).

Serin, treonin, sistein, dan glutamin juga ditemukan dalam kelompok asam amino polar yang tidak bermuatan. Semua ini adalah senyawa “zwitterionik”, karena mereka memiliki gugus polar di rantai R yang berkontribusi pada netralisasi muatan.

Semua asam amino polar yang tidak bermuatan tidak dapat terionisasi pada pH mendekati 7 (netral), artinya, mereka tidak memiliki muatan positif atau negatif. Namun, dalam media asam dan basa substituen terionisasi dan memperoleh muatan.

Stereokimia

Karbon pusat atau karbon α dari asam amino adalah karbon kiral, oleh karena itu, ia memiliki empat substituen berbeda yang terpasang, yang berarti setidaknya ada dua stereoisomer yang dapat dibedakan untuk setiap asam amino.

Stereoisomer adalah bayangan cermin dari sebuah molekul yang memiliki rumus molekul yang sama, tetapi tidak dapat ditumpangkan satu sama lain, seperti tangan (kiri dan kanan). Mereka dilambangkan dengan huruf D atau L, karena secara eksperimental larutan asam amino ini memutar bidang cahaya terpolarisasi ke arah yang berlawanan.

Asimetri umum asam amino membuat stereokimia senyawa ini menjadi sangat penting, karena masing-masing memiliki sifat yang berbeda, disintesis dan berpartisipasi dalam jalur metabolisme yang berbeda.

Asparagine dapat ditemukan dalam bentuk D-asparagine atau L-asparagine, yang terakhir paling umum di alam. Ini disintesis oleh L-asparagine synthetase dan dimetabolisme oleh L-asparaginase, kedua enzim tersebut sangat melimpah di hati vertebrata.

fitur

Kemudahan ikatan hidrogen pada asparagin menjadikannya asam amino penting untuk stabilitas struktural protein, karena dapat membentuk ikatan hidrogen internal dengan rantai samping asam amino lain yang menyusunnya.

Asparagine biasanya ditemukan di permukaan protein khas di media air, menstabilkan strukturnya.

Banyak glikoprotein dapat melekat pada karbohidrat atau karbohidrat melalui residu asparagin, treonin, atau serin. Dalam kasus asparagin, asetil galaktosamin umumnya pertama kali terikat pada gugus amino oleh N-glikosilasi.

Penting untuk dicatat bahwa di semua glikoprotein N-terglikosilasi, karbohidrat mengikatnya melalui residu asparagin yang ditemukan di wilayah tertentu yang dilambangkan sebagai Asn-X-Ser / Thr, di mana X adalah asam amino.

Glikoprotein ini berkumpul di retikulum endoplasma, di mana glikosilasi saat diterjemahkan.

Biosintesis

Semua organisme eukariotik mengasimilasi amonia dan mengubahnya menjadi glutamat, glutamin, karbamil fosfat, dan asparagin. Asparagin dapat disintesis dari zat antara glikolitik, dalam siklus asam sitrat (dari oksaloasetat) atau dari prekursor yang dikonsumsi dalam makanan.

Enzim asparagine sintetase adalah glutamin dan ATP-dependent Amongotransferase yang membelah ATP menjadi AMP dan anorganik pirofosfat (PPi) dan menggunakan amonia atau glutamin untuk mengkatalisasi reaksi amidasi dan mengubah aspartat menjadi asparagin.

Baik bakteri dan hewan memiliki sintetase asparagin, namun pada bakteri, enzim menggunakan ion amonium sebagai donor nitrogen, sedangkan pada mamalia, sintetase asparagin menggunakan glutamin sebagai donor utama kelompok nitrogen.

Pemecahan enzimatik molekul ATP menjadi AMP dan pirofosfat anorganik (PPi), bersama dengan glutamin sebagai donor gugus amida, adalah perbedaan utama sehubungan dengan biosintesis L-glutamin antara organisme yang berbeda.

Degradasi

Sebagian besar studi tentang metabolisme asparagin telah dilakukan pada tumbuhan, karena pada awalnya studi pada mamalia terhambat oleh kurangnya metodologi yang cukup sensitif untuk pengujian asam amino pada tingkat sistem yang lebih kompleks.

L-asparagin secara konstan dihidrolisis pada mamalia oleh L-asparaginase untuk menghasilkan asam aspartat dan amonium. Ini digunakan untuk sintesis glikoprotein dan merupakan salah satu prekursor oksaloasetat utama untuk siklus asam sitrat.

Enzim asparaginase mengkatalisis hidrolisis asparagin menjadi aspartat, kemudian aspartat ditransaminasi dengan α-ketoglutarat untuk menghasilkan glutamat dan oksaloasetat.

Asparagine synthetase, juga dikenal sebagai aspartate-ammonia ligase, ditemukan berlimpah di sel-sel otak mamalia dewasa.

Ketika level rendah dari enzim ini terlihat di dalam tubuh, apa yang dikenal sebagai “aminoacidopathies” terbentuk, karena substrat prekursor terakumulasi dalam sitoplasma sel otak.

Makanan kaya asparagin

Orang dengan leukemia limfoblastik akut biasanya mengalami kekurangan enzim asparagine synthetase dan bergantung pada asparagin yang bersirkulasi, jadi diet yang kaya asparagin atau suplai eksogennya dianjurkan.

Di antara banyak makanan dengan kandungan asparagin yang tinggi adalah kerang, unggas dan telurnya, sapi potong, produk susu dan turunannya, serta sayuran seperti asparagus, kentang, umbi-umbian, dll.

Ada konsentrat L-asparagine yang diformulasikan untuk atlet yang sangat kompetitif, karena konsumsinya membantu meregenerasi protein yang membentuk jaringan.

Selain itu, orang yang mengalami defisiensi sintesis asam amino juga mengonsumsi tablet ini untuk menghindari gangguan pada sistem saraf pusatnya.

Asparagine lebih mudah untuk dimetabolisme melalui bentuk L-asparagine-nya, karena banyak enzim yang terlibat dalam metabolismenya tidak mengenali bentuk D-asparagine dan, oleh karena itu, tidak semua asparagine yang dicerna dalam makanan tersedia untuk yang berbeda. proses tubuh.

Asupan asparagin yang melimpah dapat bermanfaat, namun disarankan untuk tidak mengkonsumsinya secara berlebihan dalam bentuk tablet, karena telah ditentukan bahwa konsentrasi L-asparagine yang melimpah dari obat-obatan meningkatkan perkembangan sel tumor.

Referensi

1. Cooney, DA, Capizzi, RL, & Handschumacher, RE (1970). Evaluasi metabolisme L-asparagine pada hewan dan manusia. Penelitian kanker, 30 (4), 929-935
2. Dunlop, PC, Roon, RJ, & Even, HL (1976). Pemanfaatan D-asparagine oleh Saccharomyces cerevisiae. Jurnal Bakteriologi, 125 (3), 999-1004.
3. Kambhampati, S., Ajewole, E., & Marsolais, F. (2017). Kemajuan dalam metabolisme asparagin. Dalam Progress in Botany Vol. 79 (hlm. 49-74). Springer, Cham.
4. Kornfeld, R., & Kornfeld, S. (1985). Perakitan oligosakarida terkait asparagin. Ulasan tahunan Biokimia, 54 (1), 631-664
5. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokimia. Pendidikan Pearson.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
7. Yamada, K., Hashizume, D., Shimizu, T., & Yokoyama, S. (2007). l-asparagine. Acta Crystallographica Bagian E: Laporan Struktur Online, 63 (9), 3802-3803.