The transaminasi adalah jenis reaksi kimia yang beroperasi di "redistribusi" dari gugus amino dari asam amino, karena melibatkan reversible proses aminasi (penambahan gugus amino) dan deaminasi (penghapusan gugus amino), yang dikatalisasi oleh enzim spesifik yang dikenal sebagai transaminase atau aminotransferase.
Reaksi transaminasi umum melibatkan pertukaran antara asam amino dan asam α-keto, di mana pertukaran gugus amino menghasilkan versi asam keto dari asam amino substrat pertama dan versi asam amino dari substrat pertama asam α-keto.
Skema grafik reaksi transfer aminotransfer antara asam amino dan asam alfa-keto (Sumber: Alcibiades Via Wikimedia Commons)
Gugus amino yang biasanya dipertukarkan adalah amino "alfa", yaitu amino yang berpartisipasi dalam pembentukan ikatan peptida dan yang menentukan struktur asam amino, meskipun reaksi yang melibatkan gugus amino lain yang ada di posisi berbeda juga dapat terjadi. .
Dengan pengecualian lisin, treonin, prolin, dan hidroksiprolin, semua asam amino berpartisipasi dalam reaksi transaminasi, meskipun transaminase telah dijelaskan untuk histidin, serin, metionin, dan fenilalanin, tetapi jalur metaboliknya tidak melibatkan jenis ini. reaksi.
Reaksi transaminasi antara asam amino dan asam α-keto ditemukan pada tahun 1937 oleh Braunstein dan Kritzmann, dan sejak saat itu reaksi tersebut menjadi subjek penelitian intensif, karena terjadi di banyak jaringan organisme yang berbeda dan untuk tujuan yang berbeda.
Pada manusia, misalnya, transaminase tersebar luas di jaringan tubuh dan terutama aktif di jaringan otot jantung, hati, jaringan otot rangka, dan ginjal.
Mekanisme reaksi
Reaksi transaminasi melibatkan mekanisme yang kurang lebih sama. Seperti dibahas di atas, reaksi ini terjadi sebagai pertukaran balik gugus amino antara asam amino dan asam α-keto (terdeaminasi), menghasilkan asam α-keto dari asam amino donor dan asam amino dari reseptor asam α-keto.
Reaksi ini bergantung pada senyawa yang dikenal sebagai piridoksal fosfat, turunan dari vitamin B6 yang berpartisipasi sebagai transporter gugus amino dan yang mengikat enzim transaminase melalui pembentukan basa Schiff antara gugus aldehida molekul ini. dan ε-amino dari residu lisin di sisi aktif enzim.
Ikatan antara fosfat piridoksal dan residu lisin di situs aktif tidak kovalen, tetapi terjadi melalui interaksi elektrostatis antara muatan positif nitrogen pada lisin dan muatan negatif pada gugus fosfat piridoksal.
Selama reaksi berlangsung, asam amino yang berfungsi sebagai substrat menggantikan gugus ε-amino dari residu lisin di situs aktif yang berpartisipasi dalam basa Schiff dengan piridoksal.
Sementara itu, sepasang elektron dari karbon alfa dari asam amino dikeluarkan dan dipindahkan ke cincin piridin yang membentuk piridoksal fosfat (bermuatan positif) dan kemudian "dikirim" ke asam α-keto yang berfungsi sebagai substrat kedua.
Dengan cara ini, fosfat piridoksal tidak hanya berpartisipasi dalam transfer atau pengangkutan gugus amino antara asam amino dan asam α-keto yang merupakan substrat transaminase, tetapi juga bertindak sebagai "penyerap" elektron, memfasilitasi disosiasi dari asam amino alfa hidrogen.
Singkatnya, substrat pertama, asam amino, mentransfer gugus aminonya menjadi piridoksal fosfat, dari situ kemudian dipindahkan ke substrat kedua, asam α-keto, sementara itu, membentuk senyawa antara yang dikenal sebagai piridoksamin fosfat.
Fungsi transaminasi
Enzim transaminase umumnya ditemukan di sitosol dan mitokondria dan berfungsi dalam integrasi jalur metabolisme yang berbeda.
Glutamat dehidrogenase dalam reaksi kebalikannya, misalnya, dapat mengubah glutamat menjadi amonium, NADH (atau NADPH), dan α-ketoglutarat, yang dapat memasuki siklus asam trikarboksilat dan berfungsi dalam produksi energi.
Enzim ini, yang berada dalam matriks mitokondria, merupakan titik cabang yang menghubungkan asam amino dengan metabolisme energi, sehingga ketika sel kekurangan energi dalam bentuk karbohidrat atau lemak untuk berfungsi, sel tersebut dapat menggunakan beberapa asam amino untuk tujuan yang sama.
Pembentukan enzim (glutamat dehidrogenase) selama perkembangan otak sangat penting untuk pengendalian detoksifikasi amonium, karena telah ditunjukkan bahwa beberapa kasus keterbelakangan mental berkaitan dengan aktivitas rendah ini, yang menyebabkan penumpukan amonium, yang merusak kesehatan otak.
Dalam beberapa sel hati, reaksi transaminasi juga dapat digunakan untuk sintesis glukosa dengan glukoneogenesis.
Glutamin diubah menjadi glutamat dan amonium oleh enzim glutaminase. Selanjutnya, glutamat diubah menjadi α-ketoglutarat, yang memasuki siklus Krebs dan kemudian glukoneogenesis. Langkah terakhir ini terjadi berkat fakta bahwa malat, salah satu produk dari rute tersebut, diangkut ke luar mitokondria dengan menggunakan pesawat ulang-alik.
Pesawat ulang-alik ini meninggalkan α-ketoglutarat pada belas kasihan enzim malat, yang mengubahnya menjadi piruvat. Dua molekul piruvat kemudian dapat diubah menjadi satu molekul glukosa melalui glukoneogenesis.
Contoh
Reaksi transaminasi yang paling umum terkait dengan asam amino alanin, asam glutamat, dan asam aspartat.
Beberapa enzim aminotransferase, selain piridoksal fosfat, dapat menggunakan piruvat sebagai "koenzim", seperti kasus transaminase glutamat-piruvat, yang mengkatalisis reaksi berikut:
glutamat + piruvat ↔ alanin + α-ketoglutarate
Sel otot bergantung pada reaksi ini untuk menghasilkan alanin dari piruvat dan untuk mendapatkan energi melalui siklus Krebs melalui α-ketoglutarat. Dalam sel ini, penggunaan alanin sebagai sumber energi bergantung pada penghapusan gugus amino sebagai ion amonium di hati, melalui siklus urea.
Reaksi transaminasi alanin (Sumber: Tomas Drab via Wikimedia Commons)
Reaksi transaminasi lain yang sangat penting pada spesies berbeda adalah yang dikatalisis oleh enzim aspartat aminotransferase:
L-Aspartate + α-Ketoglutarate ↔ Oxaloacetate + L-Glutamate
Last but not least, reaksi transaminasi asam γ-aminobutyric (GABA), asam amino non-protein penting untuk sistem saraf pusat yang berfungsi sebagai neurotransmitter penghambat. Reaksinya dikatalisis oleh asam γ-aminobutyric transaminase dan kurang lebih sebagai berikut:
α-Ketoglutarate + 4-aminobutanoic acid ↔ Glutamate + Succinic semialdehyde
Semialdehida suksinat diubah menjadi asam suksinat melalui reaksi oksidasi dan yang terakhir dapat memasuki siklus Krebs untuk produksi energi.
Referensi
- Bhagawan, NV, & Ha, CE (2002). Metabolisme protein dan asam amino. Medical Biochemistry (4th ed.), Academic Press: San Diego, CA, USA, 331.
- Cammarata, PS, & Cohen, PP (1950). Ruang lingkup reaksi transaminasi pada jaringan hewan. Jurnal Kimia Biologi, 187, 439-452.
- Ha, CE, & Bhagawan, NV (2011). Dasar-dasar biokimia medis: dengan kasus klinis. Pers Akademik.
- Litwack, G. (2017). Biokimia manusia. Pers Akademik.
- Rowsell, EV (1956). Transaminasi dengan piruvat dan asam α-keto lainnya. Jurnal Biokimia, 64 (2), 246.
- Snell, EE, & Jenkins, WT (1959). Mekanisme reaksi transaminasi. Jurnal fisiologi seluler dan komparatif, 54 (S1), 161-177.