stringtranslate.com

Аспарагиновая кислота

Аспарагиновая кислота (символ Asp или D ; [4] ионная форма известна как аспартат ) — это α- аминокислота , которая используется в биосинтезе белков. [5] L -изомер аспарагиновой кислоты — одна из 22 протеиногенных аминокислот , т. е. строительных блоков белков . D -аспарагиновая кислота — одна из двух D -аминокислот, обычно встречающихся у млекопитающих. [ 6] [7] За исключением нескольких редких исключений, D -аспарагиновая кислота не используется для синтеза белков, но входит в состав некоторых пептидов и играет роль нейротрансмиттера / нейромодулятора . [ 6]

Как и все другие аминокислоты, аспарагиновая кислота содержит аминогруппу и карбоновую кислоту. Ее α-аминогруппа находится в протонированном –NH+
3образуются в физиологических условиях, в то время как его α-карбоновая кислотная группа депротонируется −COO − в физиологических условиях. Аспарагиновая кислота имеет кислую боковую цепь (CH 2 COOH), которая реагирует с другими аминокислотами, ферментами и белками в организме. [5] В физиологических условиях (pH 7,4) в белках боковая цепь обычно встречается в виде отрицательно заряженной формы аспартата, −COO − . [5] Это несущественная аминокислота у людей, то есть организм может синтезировать ее по мере необходимости. Она кодируется кодонами GAU и GAC.

В белках боковые цепи аспартата часто связаны водородными связями, образуя повороты asx или мотивы asx , которые часто встречаются на N-концах альфа-спиралей .

Аспарагиновая кислота, как и глутаминовая кислота , классифицируется как кислая аминокислота с pKa 3,9 ; однако в пептиде этот показатель сильно зависит от локальной среды и может достигать 14.

Однобуквенный код D для аспартата был назначен произвольно [8] с предложенным мнемоническим обозначением aspar D ic acid. [9]

Открытие

Аспарагиновая кислота была впервые открыта в 1827 году Огюстом-Артуром Плиссоном и Этьеном Оссианом Анри [10] [11] путем гидролиза аспарагина , который был выделен из сока спаржи в 1806 году. [12] Их оригинальный метод использовал гидроксид свинца , но теперь вместо него чаще используются различные другие кислоты или основания. [ необходима ссылка ]

Формы и номенклатура

Существует две формы или энантиомеры аспарагиновой кислоты. Название «аспарагиновая кислота» может относиться как к энантиомеру, так и к смеси двух. [13] Из этих двух форм только одна, « L -аспарагиновая кислота», напрямую включена в белки. Биологическая роль ее аналога, « D -аспарагиновой кислоты», более ограничена. Там, где ферментативный синтез будет производить одну или другую, большинство химических синтезов будут производить обе формы, « DL -аспарагиновую кислоту», известную как рацемическая смесь . [ требуется цитата ]

Синтез

Биосинтез

В организме человека аспартат чаще всего синтезируется путем трансаминирования оксалоацетата . Биосинтез аспартата осуществляется ферментом аминотрансферазой : перенос аминогруппы из другой молекулы, такой как аланин или глутамин, приводит к образованию аспартата и альфа-кетокислоты. [5]

Химический синтез

В промышленности аспартат производится путем аминирования фумарата, катализируемого L- аспартат-аммиаклиазой . [14]

Рацемическую аспарагиновую кислоту можно синтезировать из диэтилфталимидомалоната натрия, (C 6 H 4 (CO) 2 NC(CO 2 Et) 2 ). [15]

Метаболизм

В растениях и микроорганизмах аспартат является предшественником нескольких аминокислот, включая четыре, которые необходимы для человека: метионин , треонин , изолейцин и лизин . Превращение аспартата в эти другие аминокислоты начинается с восстановления аспартата до его «полуальдегида», O 2 CCH(NH 2 )CH 2 CHO. [16] Аспарагин получается из аспартата путем переамидирования:

− O 2 CCH(NH 2 )CH 2 CO 2 − + GC (O)NH 3 + → O 2 CCH(NH 2 )CH 2 CONH 3 + + GC (O)O

(где G C(O)NH 2 и G C(O)OH — глутамин и глутаминовая кислота соответственно)

Другие биохимические роли

Аспартат имеет много других биохимических ролей. Он является метаболитом в цикле мочевины [17] и участвует в глюконеогенезе . Он переносит восстановительные эквиваленты в челноке малат-аспартат , который использует готовое взаимопревращение аспартата и оксалоацетата , который является окисленным (дегидрированным) производным яблочной кислоты . Аспартат отдает один атом азота в биосинтезе инозина , предшественника пуриновых оснований. Кроме того, аспарагиновая кислота действует как акцептор водорода в цепи АТФ-синтазы. Было показано, что пищевая L-аспарагиновая кислота действует как ингибитор бета-глюкуронидазы , которая служит для регуляции энтерогепатической циркуляции билирубина и желчных кислот. [ 18]

Интерактивная карта маршрутов

Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы перейти к соответствующим статьям. [§ 1]

  1. ^ Интерактивную карту путей можно редактировать на WikiPathways: «GlycolysisGluconeogenesis_WP534».

Нейротрансмиттер

Аспартат ( сопряженное основание аспарагиновой кислоты) стимулирует рецепторы NMDA , хотя и не так сильно, как аминокислотный нейромедиатор L-глутамат . [19]

Приложения и рынок

В 2014 году мировой рынок аспарагиновой кислоты составил 39,3 тыс. коротких тонн (35,7 тыс. тонн ) [20] или около 117 млн ​​долларов в год [21] с потенциальными областями роста, составляющими адресный рынок [ необходимо разъяснение ] в размере 8,78 млрд долларов (млрд). [22] Три крупнейших сегмента рынка включают США, Западную Европу и Китай. Текущие области применения включают биоразлагаемые полимеры ( полиаспарагиновая кислота ), низкокалорийные подсластители ( аспартам ), ингибиторы накипи и коррозии, а также смолы. [ необходима цитата ]

Суперабсорбирующие полимеры

Одной из областей роста рынка аспарагиновой кислоты являются биоразлагаемые суперабсорбирующие полимеры (SAP) и гидрогели. [23] Ожидается, что рынок суперабсорбирующих полимеров будет расти с годовым темпом роста 5,5% с 2014 по 2019 год и достигнет стоимости в 8,78 млрд долларов США во всем мире. [22] Около 75% суперабсорбирующих полимеров используются в одноразовых подгузниках , а еще 20% используются для средств женской гигиены при недержании у взрослых . Полиаспарагиновая кислота , продукт полимеризации аспарагиновой кислоты, является биоразлагаемым заменителем полиакрилата . [23] [24] [25] Рынок полиаспартата составляет небольшую часть (приблизительно <1%) от общего рынка SAP. [ необходима цитата ]

Дополнительные применения

Помимо SAP, аспарагиновая кислота применяется в индустрии удобрений стоимостью 19 млрд долларов , где полиаспартат улучшает удержание воды и поглощение азота; [26] на рынке покрытий для бетонных полов стоимостью 1,1 млрд долларов (2020 г.), где полиаспарагиновая кислота является низколетучей и энергосберегающей альтернативой традиционным эпоксидным смолам; [27] и, наконец, на рынке ингибиторов накипи и коррозии стоимостью более 5 млрд долларов. [28]

Источники

Пищевые источники

Аспарагиновая кислота не является незаменимой аминокислотой , что означает, что она может быть синтезирована из промежуточных продуктов центрального метаболического пути у людей и не обязательно должна присутствовать в рационе. В эукариотических клетках примерно 1 из 20 аминокислот, включенных в белок, является аспарагиновой кислотой, [29] и, соответственно, почти любой источник пищевого белка будет включать аспарагиновую кислоту. Кроме того, аспарагиновая кислота содержится в:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Будавари, Сьюзен; Co, Merck (1989). "862. Аспарагиновая кислота" . The Merck Index (11-е изд.). Merck. стр. 132. ISBN 978-0-911910-28-5.
  2. ^ "ICSC 1439 - L-АСПАРИНОВАЯ КИСЛОТА". inchem.org .
  3. ^ Хейнс, Уильям М., ред. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (97-е изд.). CRC Press . стр. 5–89. ISBN 978-1498754286.
  4. ^ "Номенклатура и символика аминокислот и пептидов". Совместная комиссия по биохимической номенклатуре IUPAC-IUB. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Получено 5 марта 2018 года .
  5. ^ abcd G., Voet, Judith; W., Pratt, Charlotte (2016-02-29). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне . John Wiley & Sons. ISBN 9781118918401. OCLC  910538334.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  6. ^ ab D'Aniello, Antimo (1 февраля 2007 г.). "d-аспарагиновая кислота: эндогенная аминокислота с важной нейроэндокринной ролью". Brain Research Reviews . 53 (2): 215–234. doi :10.1016/j.brainresrev.2006.08.005. PMID  17118457. S2CID  12709991.
  7. ^ Huang AS, Beigneux A, Weil ZM, Kim PM, Molliver ME, Blackshaw S, Nelson RJ, Young SG, Snyder SH (март 2006 г.). «D-аспартат регулирует образование и функцию меланокортина: поведенческие изменения у мышей с дефицитом D-аспартатоксидазы». The Journal of Neuroscience . 26 (10): 2814–9. doi :10.1523/JNEUROSCI.5060-05.2006. PMC 6675153 . PMID  16525061. 
  8. ^ "IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature A One-Letter Notation for Amino Acid Sequences". Журнал биологической химии . 243 (13): 3557–3559. 10 июля 1968 г. doi : 10.1016/S0021-9258(19)34176-6 .
  9. ^ Адога, Годвин I; Николсон, Б. Х. (январь 1988 г.). «Письма редактору». Биохимическое образование . 16 (1): 49. doi :10.1016/0307-4412(88)90026-X.
  10. ^ Плиссон, А. (октябрь 1827 г.). «Sur l'identité du malate acide d'althéine avec l'asparagine (1); et sur un acide nouveau» [О идентичности малата алтеиновой кислоты с аспарагином (1); и на новой кислоте]. Journal de Pharmacie (на французском языке). 13 (10): 477–492.
  11. ^ Берцелиус JJ , Онгрен OG (1839). Traité de chimie (на французском языке). Том. 3. Брюссель: А. Wahlen et Cie. 81 . Проверено 25 августа 2015 г.
  12. ^ Plimmer R (1912) [1908]. Plimmer R, Hopkins F (ред.). Химический состав белков. Монографии по биохимии. Т. Часть I. Анализ (2-е изд.). Лондон: Longmans, Green and Co. стр. 112. Получено 18 января 2010 г.
  13. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов (рекомендации IUPAC-IUB 1983 г.)», Pure Appl. Chem. , 56 (5): 595–624, 1984, doi :10.1351/pac198456050595.
  14. ^ Карлхайнц Драуз, Ян Грейсон, Аксель Климанн, Ханс-Петер Криммер, Вольфганг Лейхтенбергер, Кристоф Векбекер (2006). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_057.pub2. ISBN 978-3527306732.{{cite encyclopedia}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  15. ^ Данн М.С., Смарт Б.В. (1950). "DL-аспарагиновая кислота". Органические синтезы . 30 : 7; Собрание томов , т. 4, стр. 55..
  16. ^ Lehninger AL, Nelson DL, Cox MM (2000). Principles of Biochemistry (3-е изд.). Нью-Йорк: W. H. Freeman. ISBN 1-57259-153-6.
  17. ^ "Биохимия - Биохимия". www.varsitytutors.com . Получено 2022-02-18 .
  18. ^ Kreamer, Siegel, & Gourley (октябрь 2001 г.). «Новый ингибитор бета-глюкуронидазы: L-аспарагиновая кислота». Pediatric Research . 50 (4): 460–466. doi : 10.1203/00006450-200110000-00007 . PMID  11568288.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  19. ^ Chen PE, Geballe MT, Stansfeld PJ, Johnston AR, Yuan H, Jacob AL, Snyder JP, Traynelis SF, Wyllie DJ (май 2005 г.). «Структурные особенности сайта связывания глутамата в рекомбинантных рецепторах N-метил-D-аспартата NR1/NR2A, определенные с помощью направленного мутагенеза и молекулярного моделирования». Молекулярная фармакология . 67 (5): 1470–84. doi :10.1124/mol.104.008185. PMID  15703381. S2CID  13505187.
  20. ^ "Глобальный рынок аспарагиновой кислоты по применению". Grand View Research . Получено 30 ноября 2019 г.
  21. ^ Эванс Дж. (2014). Коммерческие аминокислоты. BCC Research. С. 101–103.
  22. ^ ab Transparency Market Research. Рынок суперабсорбирующих полимеров — глобальный отраслевой анализ, размер, доля, рост, тенденции и прогноз, 2014–2020 гг. (2014).
  23. ^ ab Adelnia, Hossein; Blakey, Idriss; Little, Peter J.; Ta, Hang T. (2019). «Гидрогели на основе полиаспарагиновой кислоты: синтез и применение». Frontiers in Chemistry . 7 : 755. Bibcode : 2019FrCh....7..755A. doi : 10.3389 /fchem.2019.00755 . ISSN  2296-2646. PMC 6861526. PMID  31799235. 
  24. ^ Адельния, Хоссейн; Тран, Хуонг DN; Литтл, Питер Дж.; Блейки, Идрисс; Та, Ханг Т. (2021-06-14). «Поли(аспарагиновая кислота) в биомедицинских приложениях: от полимеризации, модификации, свойств, деградации и биосовместимости до приложений». ACS Biomaterials Science & Engineering . 7 (6): 2083–2105. doi :10.1021/acsbiomaterials.1c00150. hdl : 10072/404497 . PMID  33797239. S2CID  232761877.
  25. ^ Alford DD, Wheeler AP, Pettigrew CA (1994). «Биодеградация термически синтезированного полиаспартата». J Environ Polym Degr . 2 (4): 225–236. Bibcode : 1994JEPD....2..225A. doi : 10.1007/BF02071970.
  26. ^ Келлинг К (2001). Реакция культур на амисорб в северно-центральном регионе . Университет Висконсин-Мэдисон.
  27. ^ Мировой рынок бетонных напольных покрытий к 2020 году составит 1,1 млрд долларов США. Transparency Market Research (2015).
  28. ^ Анализ рынка ингибиторов коррозии по продуктам, по применению, по отраслям конечного использования и прогнозы по сегментам до 2020 года. Grand View Research (2014)
  29. ^ Kozlowski LP (январь 2017 г.). «Proteome-pI: база данных изоэлектрических точек протеома». Nucleic Acids Research . 45 (D1): D1112–D1116. doi :10.1093/nar/gkw978. PMC 5210655. PMID  27789699 . 

Внешние ссылки