Asparaginsyre

Asparaginsyre
IUPAC navn
2-amino-1,4-butandisyre
Forkortelser
D
Asp
Alternative navn
Asparaginsyre

Aminoravsyre

Generelle funksjoner
Molekylær eller rå formelC 4 H 7 NO 4
Molekylmasse ( u )133,10
Utseendehvitt krystallinsk fast stoff
CAS-nummer56-84-8 (racemisk blanding CAS-nummer: 617-45-8)
EINECS-nummer200-291-6
PubChem5960
DrugBankDB00128
SMILC(C(C(=O)O)N)C(=O)O
Fysisk-kjemiske egenskaper
Syredissosiasjonskonstant ved 293 K.pK1 : 1,99

pK2 : 9,90 pKr :
3,90

Isoelektrisk punkt2,85
Løselighet i vann4 g/l ved 293 K
Smeltepunkt270 °C (543 K)
Termokjemiske egenskaper
Δ f H 0 (kJ mol −1 )−973,3
Sikkerhetsinformasjon
Fraser H---
Råd P--- [1]

Asparaginsyre er en aminosyre som brukes av levende vesener for syntese av proteiner . Det er ofte indikert med forkortelsene D eller Asp og er kodet på messenger-RNA av kodonene GAU og GAC.

Det er også involvert i ureasyklusen og er inkludert blant de glukoneogene aminosyrene da det ved transaminering omdannes til oksalacetat . [2]

Historie

Den franske farmasøyten Auguste-Arthur Plisson isolerte i 1827 asparaginsyre etter å ha reagert asparagin , hentet fra aspargesjuice , med blyhydroksid . Han kalte den oppnådde syren "acid aspartique" (fra latin aspăragus , "asparges") asparaginsyre på italiensk. [3]

Ritthausen i 1868 isolerte asparaginsyre fra et hydrolysert protein. [3]

Struktur

Den er sammensatt av en aminogruppe , en karboksylgruppe og en sur sidekjede ( ), som gjør molekylet polart . Under fysiologiske forhold oppstår aminosyren i form av anion , siden α-karboksyl- og α-aminogruppene er negativt og positivt ladet, mens sidekjeden er negativt ladet ( ), følgelig er den globale ladningen til molekylet negativ. I denne formen kalles asparaginsyre aspartat , og er i stand til å samhandle elektrisk med andre ladede molekyler.

Den zwitterioniske formen nås i stedet ved sur pH, når aminogruppen er protonert og bare en av de to karboksylgruppene deprotoneres. Siden de to karboksylgruppene har forskjellige syredissosiasjonskonstanter , er det mulig å identifisere det isoelektriske punktet ved en pH på 2,85.

Asparaginsyre er, som de fleste aminosyrer, utsatt for stereoisomerisme . Karbon 2, også kalt α-karbon, er et stereosenter som bærer 4 forskjellige substituenter (,, og ) koblet sammen . Avhengig av hvordan disse substituentene er tredimensjonalt orientert, kan to enantiomerer identifiseres : 2( S )-amino-1,4-butandisyre og 2( R )-amino-1,4-butandisyre. Disse to molekylene har optisk aktivitet og følgelig kan L-asparaginsyre og D-asparaginsyre skilles . Deres anioniske form har også optisk aktivitet og derfor gjenkjenner de hverandre: L-aspartat og D-aspartat .

Navnene "asparaginsyre" og "aspartat" betyr vanligvis de racemiske blandingene .

L-asparaginsyre

L-enantiomeren av asparaginsyre er den som brukes av levende vesener som byggestein for å bygge proteiner . Det syntetiseres naturlig i kroppen vår, så det faller inn i den kategorien av ikke-essensielle aminosyrer, som kan unngås med mat. [4]

En studie viste at venstrehendte asparaginsyrekrystaller (L-enantiomerer) ble dannet lettere og i større mengder enn høyrehendte, under forhold som ligner på de som antas å eksistere på den tidlige jorden. Dette kan være grunnen til at vår genetiske kode inkluderte L-enantiomeren og ikke D. [5]

L-aspartat virker i hjernen som en eksitatorisk nevrotransmitter som stimulerer NMDA-reseptorer , men ikke så mye som glutamat gjør . [6]

Biosyntese

I menneskekroppen syntetiseres det gjennom transamineringsreaksjonen av oksaloacetat , et mellomprodukt i Krebs-syklusen . Reaksjonen katalyseres av enzymet aspartattransaminase , som finnes fritt i cytosolen til mange celler. Overføringen av aminogruppen fra molekyler som alanin eller glutamin produserer aspartat og en alfa-ketosyre . [2]

Industriell produksjon

Fra industrielt synspunkt syntetiseres L-asparaginsyre med utgangspunkt i fumarsyre . Reaksjonen involverer bruk av ammoniakk og en enzymatisk katalysator : aspartat ammoniakklyase , også kalt aspartase. [7]

Den første bruken av denne katalysatoren går tilbake til en diskontinuerlig prosess [7] fra 1953 som deretter ble omgjort, i 1973, til en kontinuerlig prosess for produksjon av L-asparaginsyre. Denne nye syntesen involverte bruk av en kolonne som inneholder E.Coli -celler immobilisert i et polyakrylamidgitter . [8] [9] For å oppnå forbedringer i prosessen ble κ-karragenan startet i 1978 som en innfangningsgel. [10] I 1983 begynte imidlertid EAPC-7-celler immobilisert i χ-karragenan å bli brukt, og eliminerte også omdannelsen av fumarsyre til L-eplesyre . [11]

Det er derfor gjort forskjellige forsøk på å forbedre produksjonen av L-asparaginsyre: fra bruk av E.Coli-celler fanget i polyazetidin [12] [13] , til bruk av intakte celler fra en coryneform bakterie, Brevibacterium flavum MJ-233 , med en ultrafiltreringsmembran. [14] Alle disse prosessene har til felles bruken av et overskudd av ammoniakk for å prøve å flytte likevekten i reaksjonen mot produksjonen av L-asparaginsyre. [7] [15]

Vi prøvde deretter å forbedre biokatalysatoren som ble brukt: aspartase. Eksempler er: fremstilling av en ny mikroorganisme av slekten E.Coli , integrering av et plasmid med en deoksyribonukleinsyre som bærer genet for aspartase [16] [17] (som førte til en mer fordelaktig syntese av aminosyren) og identifisering av en svært termostabil aspartase i Bacillus sp. YM55-1. [18] Påfølgende studier av røntgenstrukturen til aspartase av E.Coli [19] og Bacillus sp. YM55-1 [20] har tillatt proteinteknikk å forbedre seg på dette feltet, mer og mer.

Kontinuerlig optimalisering av de enkelte prosesskomponentene har sikret at aspartasebaserte prosesser er blant de mest effektive og kostnadseffektive enzymatiske prosessene kjent til dags dato. [7] [21]

Metabolisme

Asparaginsyre brukes som en forløper i syntesen av andre aminosyrer, som asparagin , arginin , lysin , metionin , treonin og isoleucin . I tillegg brukes det til å syntetisere noen nukleotider . Asparaginsyre fungerer også som en nevrotransmitter. [22]

Biosynteseprosessen av aminosyrer starter fra en fosforylering av aspartat katalysert av aspartat-kinase som produserer aspartyl-β-fosfat; fra sistnevnte produseres β-aspartat-semialdehyd hvorfra til slutt forskjellige metabolske veier følges for produksjon av aminosyrer. [2] Syntesen av alanin innebærer også bruk av L-asparaginsyre som en forløper, i denne prosessen brukes Aspartat-β-dekarboksylase som katalysator.

Aspartat brytes ned til oksaloacetat , som er en forløper for glukose og er derfor klassifisert som en glukogen aminosyre. [2] Reaksjonen er en transaminering av aspartat. Asparagin som hydrolyseres til aspartat via L-asparaginase fører også til dannelse av oksaloacetat. [2]

Industriell bruk

L-asparaginsyre er mye brukt i parenteral og enteral ernæring som surgjører, som en forløper for L-alanin og aspartam . [7] Det brukes også som et utgangsmateriale for stereoselektiv syntese av forskjellige kirale organiske kjemiske forbindelser. [23]

Polyasparaginsyre er en vannløselig , biologisk nedbrytbar polymer av asparaginsyre , verdifull i mange industrielle, medisinske og landbruksapplikasjoner for å erstatte mange ikke-biologisk nedbrytbare polymerer i bruk. [24] [25] Anvendelser av polyasparaginsyre inkluderer faktisk vannbehandlingssystemer, antimikrobielle behandlinger [26] , skogbruk , oljeutvinning , bruk i vaskemiddelformuleringer [27] og som en bestanddel av biologisk nedbrytbare superabsorberende polymerer (SAP) , brukt i engangsbleier, vokseninkontinensprodukter og hygieneprodukter for kvinner. [28]

Det globale asparaginsyremarkedet (som derfor inkluderer: kosttilskudd, medisin, polyasparaginsyre, aspartam, L-alanin) forventes å nå $101,0 millioner innen 2022. Global etterspørsel etter asparaginsyre var 35,6 millioner kilo - tonn i 2012. [ 27] I 1996, derimot, var den industrielle produksjonen av asparaginsyre 7 kilotonn per år, via enzymer. [29]

D-asparaginsyre

D-asparaginsyre brukes ikke av proteinsyntesemaskineriet til å bygge proteiner, derfor omtales den som en ikke-proteinogen aminosyre . Det er en av hovedregulatorene for nevrogenese hos voksne og spiller en viktig rolle i utviklingen av endokrin funksjon. D-Asp er tilstede i endokrine, nevroendokrine og testikelvev og regulerer syntese og sekresjon av hormoner og spermatogenese . Matproteiner inneholder også D-aminosyrer som er naturlig oppstått eller indusert av prosesser som involverer høye temperaturer, syrebehandlinger eller fermenteringsprosesser . Faktisk indikerer tilstedeværelsen av D-aminosyrer i meieriprodukter en varmebehandling eller mikrobiell forurensning. [30]

Under det embryonale stadiet til fugler og det tidlige postnatale livet til pattedyr, er en forbigående høy konsentrasjon av D-Asp tilstede i hjernen og netthinnen . Denne aminosyren er påvist i synaptosomer og synaptiske vesikler, hvor den frigjøres etter kjemiske (ioner ( ), ionomycin ) eller elektriske stimuli. Videre øker D-Asp cAMP i nevronale celler og transporteres fra synaptiske kløfter til presynaptiske nerveceller via en spesifikk transportør. I det endokrine systemet , derimot, er D-Asp involvert i reguleringen av hormonell syntese og frigjøring. For eksempel, i rottehypothalamus øker det frigjøringen av gonadotropin (GnRH) og induserer syntesen av mRNA, oksytocin og vasopressin . I hypofysen stimulerer det utskillelsen av følgende hormoner: prolaktin (PRL), luteiniserende hormon (LH) og veksthormon (GH) I testiklene er det tilstede i Leydig-cellene og er involvert i frigjøringen av testosteron og progesteron . [31]

Biosyntese

D-asparaginsyre syntetiseres i kroppen vår fra L-asparaginsyre. Racemiseringsreaksjonen katalyseres av et isomeraseenzym kalt : aspartat-racemase . [32]

Bruker

D-Asp er involvert i syntese og frigjøring av testosteron , og av denne grunn antas det at det kan brukes til å øke testosteron hos menn. Studier har avslørt at eksogen D-Asp faktisk øker testosteronnivået hos dyr, mens studier på mennesker har gitt inkonsekvente resultater på grunn av det lille antallet forskning som er utført. [33]

Tilstedeværelsen av D-asparaginsyre i matprodukter, for eksempel i oster, kan brukes til å kvantifisere enhver mikrobiell forurensning eller enhver termisk eller alkalisk behandling av produktet. [30]

Racemisering av asparaginsyre er en av hovedtypene av ikke-enzymatisk kovalent modifikasjon som fører til aldersavhengig akkumulering av D-Asp i humant vev. Racemisering skjer under proteinaldring og korrelerer med alderen til langlivede proteiner. Racemisering kan resultere i tap av proteinfunksjon på grunn av proteolyse eller på grunn av endringer i molekylstrukturen. In vivo racemisering kan også øke under patologiske forhold. Faktisk er denne prosessen relevant i patogenesen av sykdommer i alderdommen som aterosklerose , lungeemfysem , presbyopi , grå stær , degenerative sykdommer i brusk og dysfunksjoner relatert til hjernealderen. [34]

Racemisering av L-aspartat kan også brukes til å beregne alderen på tennene . Denne metoden er basert på den konstante aldersrelaterte økningen i mengden av D-asparaginsyre i dentin , et langlivet protein. [35]

Overflod i mat

Nedenfor er bare noen av matvarene som inneholder asparaginsyre. [36] For en fullstendig liste se kilden.

Mat Dose (g / 100 g)
Soyaproteinisolat 10.203
Eggehviter 8.253
Forsegle kjøtt 6.887
Tørrfisk 6.433
Tørket spirulina 5.793
Soyabønner 5.112
Peanøttmel 4.123
Bacon 3.649
Bifffilet 3.386
Peanøtter 3.299
Røkt stør 3.195
Valnøtter 3.096
Kylling 3.021

Merknader

  1. ^ asparaginsyreark på [1]
  2. ^ a b c d e ( EN ) Voet, Donald, e Pratt, Charlotte W. ,, Fundamentals of biochemistry: life at the molecular level , Fifth edition, ISBN  9781118918401 , OCLC  910538334 . Hentet 15. november 2018 .
  3. ^ a b ( EN ) Alton Meister, Biochemistry of the Amino acids , bind 1, andre utgave, Academic Press, 1965.
  4. ^ PubChem , Asparaginsyre , på pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Hentet 6. august 2021 .
  5. ^ Tu Lee og Yu Kun Lin, Livets opprinnelse og krystalliseringen av asparaginsyre i vann , i Crystal Growth & Design , vol. 10, nei. 4, 7. april 2010, s. 1652–1660, DOI : 10.1021 / cg901219f . Hentet 15. november 2018 .
  6. ^ Philip E. Chen, Matthew T. Geballe og Phillip J. Stansfeld, Strukturelle trekk ved glutamatbindingsstedet i rekombinante NR1 / NR2A N-metyl-D-aspartatreseptorer bestemt ved stedsrettet mutagenese og molekylær modellering , i Molecular Pharmacology , vol. 67, n. 5, 2005-5, s. 1470–1484, DOI : 10,1124 / mol. 104,008185 . Hentet 15. november 2018 .
  7. ^ a b c d e ( EN ) Hughes, Andrew B., Aminosyrer, peptider og proteiner i organisk kjemi , Wiley-VCH, © 2009-, ISBN  9783527320967 , OCLC  436262310 . Hentet 15. november 2018 .
  8. ^ Ichiro Chibata , Tetsuya Tosa og Tadashi Sato, Kontinuerlig produksjon av L-asparaginsyre , i Applied Biochemistry and Biotechnology , vol. 13, n. 3, 1986-12, s. 231–240, DOI : 10.1007 / bf02798461 . Hentet 15. november 2018 .
  9. ^ T. Tosa , T. Sato og T. Mori, Grunnleggende studier for kontinuerlig produksjon av L-asparaginsyre av immobiliserte Escherichia coli-celler , i Applied Microbiology , vol. 27, n. 5, 1974-5, s. 886–889. Hentet 30. november 2018 .
  10. ^ Tadashi Sato, Yutaka Nishida og Tetsuya Tosa, Immobilisering av Escherichia coli-celler som inneholder aspartaseaktivitet med κ-karrageenan. Enzymiske egenskaper og anvendelse for l-asparaginsyreproduksjon , i Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymology , vol. 570, n. 1, 1979-09, s. 179–186, DOI : 10.1016 / 0005-2744 (79) 90212-2 . Hentet 30. november 2018 .
  11. ^ Isao Umemura , Satoru Takamatsu og Tadashi Sato, Forbedring av produksjonen av l-asparaginsyre ved bruk av immobiliserte mikrobielle celler , i Applied Microbiology and Biotechnology , vol. 20, nei. 5, 1984-11, s. 291–295, DOI : 10.1007 / bf00270588 . Hentet 30. november 2018 .
  12. ^ Louis L. Wood og Gary J. Calton, En ny metode for immobilisering og dens bruk i asparaginsyreproduksjon , i Bio / Technology , vol. 2, nei. 12, 1984-12, s. 1081-1084, DOI : 10.1038 / nbt1284-1081 . Hentet 30. november 2018 .
  13. ^ Louis L. Wood; Gary J. Calton, Purification Engineering, Inc., Columbia, Md., IMMOBILISERING AV CELLER MED EN POLYAZETDNE PREPOLYMER , US4732851A .
  14. ^ H. Yamagata , M. Terasawa og H. Yukawa, En ny industriell prosess for produksjon av l-asparaginsyre ved bruk av en ultrafiltreringsmembran , i Catalysis Today , vol. 22, n. 3, 1994-12, s. 621–627, DOI : 10.1016 / 0920-5861 (94) 80127-4 . Hentet 30. november 2018 .
  15. ^ Almuth - Sigrun Jandel, Helmut Hustedt og Christian Wandrey, Kontinuerlig produksjon av L-alanin fra fumarat i en totrinns membranreaktor , i European Journal of Applied Microbiology and Biotechnology , vol. 15, nei. 2, 1982, s. 59–63, DOI : 10.1007 / bf00499507 . Hentet 30. november 2018 .
  16. ^ Noriyuki Nishimura, Tomoyasu Taniguchi og Saburo Komatsubara, Hyperproduksjon av aspartase av en katabolitt-undertrykkingsresistent mutant av Escherichia coli B som inneholder multikopi aspA og par-rekombinante plasmider , i Journal of Fermentation and Bioengineering , vol. 67, n. 2, 1989-01, s. 107-110, DOI : 10.1016 / 0922-338x (89) 90189-x . Hentet 30. november 2018 .
  17. ^ Masahiko Kisumi ; Saburo Komatsubara; Tomoyasu Taniguchi, Tanabe Seiyaku Co., Ltd., Osaka, Japan, METODE FOR PRODUKSJON AV LASPARTINSYRE , US4692409A .
  18. ^ Yasushi Kawata , Koichi Tamura og Shigeru Yano, Rensing og karakterisering av termostabil aspartase fra Bacillussp. YM55-1 , i Archives of Biochemistry and Biophysics , vol. 366, n. 1, 1999-06, s. 40–46, DOI : 10.1006 / abbi.1999.1186 . Hentet 30. november 2018 .
  19. ^ Wuxian Shi , Jennifer Dunbar og Maithri MK Jayasekera, The Structure ofl-Aspartate Ammonia-Lyase from Escherichia coli †, ‡ , in Biochemistry , vol. 36, n. 30, 1997-07, s. 9136–9144, DOI : 10.1021 / bi9704515 . Hentet 30. november 2018 .
  20. ^ Tomomi Fujii , Hisanobu Sakai og Yasushi Kawata, Crystal Structure of Thermostable Aspartase fra Bacillus sp. YM55-1: Strukturbasert undersøkelse av funksjonelle steder i aspartasefamilien , i Journal of Molecular Biology , vol. 328, n. 3, 2003-05, s. 635–654, DOI : 10.1016 / s0022-2836 (03) 00310-3 . Hentet 30. november 2018 .
  21. ^ Bommarius , AS, Schwarm, M. og Drauz, K., Sammenligning av forskjellige kjemoenzymatiske prosessruter til Enantiomerically Pure Amino Acids , i Chimia , vol. 55, s. 50-59.
  22. ^ NCI Thesaurus , på ncit.nci.nih.gov . Hentet 6. august 2021 .
  23. ^ Coppola, Gary M. ( Gary Mark), 1948-, Asymmetrisk syntese: konstruksjon av kirale molekyler ved bruk av aminosyrer , Wiley, 1987, ISBN  0471828742 , OCLC  14212737 . Hentet 16. november 2018 .
  24. ^ Sunita M. Thombre og Bhimrao D. Sarwade, Syntese og biologisk nedbrytbarhet av polyasparaginsyre: En kritisk gjennomgang , i Journal of Macromolecular Science, del A , vol. 42, n. 9, 2005-09, s. 1299-1315, DOI : 10.1080 / 10601320500189604 . Hentet 15. november 2018 .
  25. ^ VL Goosey , IG Campbell og NE Fowler, Effekt av skyvefrekvens på økonomien til rullestolkjørere , i Medicine and Science in Sports and Exercise , vol. 32, nei. 1, 2000-1, s. 174–181. Hentet 15. november 2018 .
  26. ^ N. Mithil Kumar, K. Varaprasad og K. Madhusudana Rao, A Novel Biodegradable Green Poly (l-Aspartic Acid-Citric Acid) Copolymer for Antimicrobial Applications , i Journal of Polymers and the Environment , vol. 20, nei. 1, 24. august 2011, s. 17–22, DOI : 10.1007 / s10924-011-0335-z . Hentet 16. november 2018 .
  27. ^ a b ( EN ) Markedsanalyse av asparaginsyre etter bruk (fôrtilskudd, medisin, polyasparaginsyre, aspartam, L-alanin) og segmentprognoser til 2022 , på grandviewresearch.com .
  28. ^ MJ Zohuriaan - Mehr, A. Pourjavadi og H. Salimi, Protein- og homopoly (aminosyre)-baserte hydrogeler med supersvellende egenskaper , i Polymers for Advanced Technologies , vol. 20, nei. 8, 2009-08, s. 655–671, DOI : 10.1002 / pat.1395 . Hentet 16. november 2018 .
  29. ^ Masato Ikeda, Aminosyreproduksjonsprosesser , i Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology , vol. 79, 2003, s. 1–35. Hentet 15. november 2018 .
  30. ^ a b ( EN ) Giuseppe Genchi, En oversikt over d-aminosyrer , i Amino Acids , vol. 49, n. 9, 5. juli 2017, s. 1521–1533, DOI : 10.1007 / s00726-017-2459-5 . Hentet 15. november 2018 .
  31. ^ Antimo D'Aniello, d - Asparaginsyre: En endogen aminosyre med en viktig nevroendokrin rolle , i Brain Research Reviews , vol. 53, n. 2, 2007-02, s. 215-234, DOI : 10.1016 / j.brainresrev . 2006.08.005 . Hentet 15. november 2018 .
  32. ^ RCSB Protein Data Bank, RCSB PDB - 5HRA: Krystallstruktur av en aspartat/glutamat racemase i kompleks med D-aspartat , på rcsb.org . Hentet 6. august 2021 .
  33. ^ Farzad Roshanzamir og Seyyed Morteza Safavi, De antatte effektene av D-asparaginsyre på blodtestosteronnivåer: En systematisk gjennomgang , i International Journal of Reproductive Biomedicine (Yazd, Iran) , vol. 15, nei. 1, 2017-1, s. 1-10. Hentet 15. november 2018 .
  34. ^ S RITZTIMME og M COLLINS, Racemization of asparaginsyre i humane proteiner , i Aging Research Reviews , vol. 1, nei. 1, 2002-02, s. 43–59, DOI : 10.1016 / s0047-6374 (01) 00363-3 . Hentet 15. november 2018 .
  35. ^ S. Ohtani , Y. Yamada og I. Yamamoto, [Estimering av alder fra tenner ved bruk av racemisering av asparaginsyre (racemiseringsmetode)] , i Nihon Hoigaku Zasshi = The Japanese Journal of Legal Medicine , vol. 54, n. 2, 2000-8, s. 207-218. Hentet 15. november 2018 .
  36. ^ FoodData Central , på fdc.nal.usda.gov . Hentet 2. august 2021 .

Relaterte elementer

Andre prosjekter