Asparagina: características, estrutura, funções, biossíntese - Ciência - 2023

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o asparagina (Asn ou N) é um aminoácido importante para a sinalização celular e a ligação entre proteínas e carboidratos. Este é um dos 22 aminoácidos básicos e é classificado como não essencial, pois é sintetizado pelo organismo dos mamíferos.

Esse aminoácido é classificado no grupo dos aminoácidos polares sem carga e foi o primeiro aminoácido descoberto, fato ocorrido em 1806, onde foi isolado do suco de aspargos (espécie de planta herbácea) pelos químicos franceses Vauquelin e Robiquet.

Apesar de sua descoberta precoce, o papel biológico e nutricional da asparagina só foi reconhecido mais de 100 anos depois, quando, em 1932, foi confirmada sua presença na estrutura de uma proteína presente nas sementes de cânhamo.

A asparagina e a glutamina servem como substratos para os grupos amida de dois outros aminoácidos muito comuns nas proteínas: aspartato (ácido aspártico) e glutamato (ácido glutâmico), respectivamente. A asparagina e a glutamina são facilmente hidrolisadas nesses aminoácidos por ação enzimática ou por compostos ácidos e básicos.

Muitas enzimas serina protease que hidrolisam ligações peptídicas têm uma asparagina na cadeia lateral de seu sítio ativo. Esse resíduo possui carga parcial negativa e é responsável por se ligar de forma complementar à carga positiva dos peptídeos-alvo, aproximando-os do local de clivagem.

A enzima responsável pela síntese do oxaloacetato a partir da asparagina é utilizada em tratamentos quimioterápicos e é conhecida como L-asparaginase, responsável por catalisar a fragmentação hidrolítica do grupo amida da asparagina em aspartato e amônio.

A asparaginase é superexpressada e purificada a partir de Escherichia coli, para ser injetado em pacientes infantis com leucemia linfoblástica aguda, uma vez que tanto os linfócitos normais quanto os malignos dependem da captura de asparagina no sangue para seu crescimento e multiplicação.

Características e estrutura

Todas as estruturas químicas dos aminoácidos possuem um grupo carboxila (-COOH), um grupo amino (-NH3 +), um hidrogênio (-H) e um grupo R ou substituinte que estão ligados ao mesmo átomo de carbono central, conhecido como carbono. α.

Os aminoácidos diferem uns dos outros pela identidade de suas cadeias laterais, que são conhecidas como grupos R e que podem variar em tamanho, estrutura, grupos funcionais e até mesmo carga elétrica.

Os átomos de carbono dos grupos R são identificados por letras do alfabeto grego. Assim, no caso da asparagina, os carbonos da cadeia R são identificados como carbonos β e γ.

De acordo com outros tipos de nomenclaturas, o átomo de carbono no grupo carboxila (-COOH) é listado como C-1, então, continuando com a numeração, o carbono α seria C-2 e assim por diante.

Uma molécula de asparagina possui quatro átomos de carbono, incluindo o carbono α, o carbono do grupo carboxila e dois átomos de carbono que fazem parte do grupo R, conhecido como carboxamida (-CH2-CO-NH2).

Este grupo carboxamida é encontrado apenas em dois aminoácidos: na asparagina e na glutamina. Tem a característica de formar ligações de hidrogênio com muita facilidade através do grupo amino (-NH2) e do grupo carbonila (-CO).

Classificação

A asparagina pertence ao grupo dos aminoácidos polares sem carga, que são altamente solúveis em água e aminoácidos altamente hidrofílicos (devido à sua capacidade de formar várias ligações de hidrogênio).

Serina, treonina, cisteína e glutamina também são encontradas no grupo dos aminoácidos polares sem carga. Todos estes são compostos "zwitterionics", Já que possuem um grupo polar em sua cadeia R que contribui para a neutralização de cargas.

Todos os aminoácidos polares sem carga não são ionizáveis em pHs próximos a 7 (neutro), ou seja, não possuem cargas positivas ou negativas. No entanto, em meios ácidos e básicos, os substituintes se ionizam e adquirem uma carga.

Estereoquímica

O carbono central ou carbono α dos aminoácidos é um carbono quiral, portanto, tem quatro substituintes diferentes ligados, o que significa que existem pelo menos dois estereoisômeros distinguíveis para cada aminoácido.

Os estereoisômeros são imagens espelhadas de uma molécula que tem a mesma fórmula molecular, mas não são sobreponíveis, como as mãos (esquerda e direita). Eles são denotados pela letra D ou L, pois experimentalmente as soluções desses aminoácidos giram o plano da luz polarizada em direções opostas.

A assimetria geral de aminoácidos torna a estereoquímica desses compostos de grande importância, uma vez que cada um possui propriedades diferentes, é sintetizado e participa de diferentes vias metabólicas.

A asparagina pode ser encontrada na forma de D-asparagina ou L-asparagina, sendo a última a mais comum na natureza. É sintetizada pela L-asparagina sintetase e metabolizada pela L-asparaginase, ambas as enzimas são muito abundantes no fígado dos vertebrados.

Características

A facilidade de ligação de hidrogênio da asparagina a torna um aminoácido crucial para a estabilidade estrutural das proteínas, pois pode formar ligações de hidrogênio internas com as cadeias laterais dos outros aminoácidos que as constituem.

A asparagina é geralmente encontrada na superfície de proteínas típicas em meio aquoso, estabilizando sua estrutura.

Muitas glicoproteínas podem ser anexadas a carboidratos ou carboidratos por meio de um resíduo de asparagina, treonina ou serina. No caso da asparagina, uma acetil galactosamina é geralmente primeiro ligada ao grupo amino por N-glicosilação.

É importante notar que em todas as glicoproteínas N-glicosiladas, os carboidratos estão ligados a elas através de um resíduo de asparagina encontrado em uma região específica denominada Asn-X-Ser / Thr, onde X é qualquer aminoácido.

Essas glicoproteínas são montadas no retículo endoplasmático, onde são glicosiladas à medida que são traduzidas.

Biossíntese

Todos os organismos eucarióticos assimilam a amônia e a transformam em glutamato, glutamina, fosfato de carbamila e asparagina. A asparagina pode ser sintetizada a partir de intermediários glicolíticos, no ciclo do ácido cítrico (do oxaloacetato) ou a partir de precursores consumidos na dieta.

A enzima asparagina sintetase é uma amidotransferase dependente de glutamina e ATP que cliva ATP em AMP e pirofosfato inorgânico (PPi) e usa amônia ou glutamina para catalisar uma reação de amidação e converter aspartato em asparagina.

Tanto as bactérias quanto os animais têm uma asparagina sintetase, entretanto, nas bactérias a enzima usa o íon amônio como doador de nitrogênio, enquanto nos mamíferos a asparagina sintetase usa a glutamina como principal doador do grupo nitrogênio.

A quebra enzimática da molécula de ATP em AMP e pirofosfato inorgânico (PPi), juntamente com a glutamina como doador do grupo amida, são as principais diferenças no que diz respeito à biossíntese de L-glutamina entre diferentes organismos.

Degradação

A maior parte dos estudos sobre o metabolismo da asparagina têm sido realizados em plantas, visto que inicialmente os estudos em mamíferos foram dificultados pela falta de metodologias suficientemente sensíveis para os ensaios de aminoácidos ao nível de sistemas mais complexos.

A L-asparagina é constantemente hidrolisada em mamíferos pela L-asparaginase para produzir ácido aspártico e amônio. É utilizado para a síntese de glicoproteínas e é um dos principais precursores do oxaloacetato para o ciclo do ácido cítrico.

A enzima asparaginase catalisa a hidrólise da asparagina em aspartato, subsequentemente o aspartato é transaminado com α-cetoglutarato para produzir glutamato e oxaloacetato.

A asparagina sintetase, também conhecida como aspartato-amônia ligase, é encontrada em abundância nas células do cérebro adulto de mamíferos.

Quando baixos níveis dessa enzima são percebidos no corpo, forma-se o que se conhece como “aminoacidopatias”, pois os substratos precursores se acumulam no citoplasma das células cerebrais.

Alimentos ricos em asparagina

Pessoas com leucemia linfoblástica aguda geralmente têm deficiências na enzima asparagina sintetase e dependem da asparagina circulante, portanto, uma dieta rica em asparagina ou suprimento exógeno dela é recomendada.

Entre os muitos alimentos com alto teor de asparagina estão crustáceos, aves e seus ovos, bovinos de corte, laticínios e seus derivados e vegetais como aspargos, batatas, tubérculos, etc.

Existem concentrados de L-asparagina formulados para atletas altamente competitivos, pois seu consumo ajuda a regenerar as proteínas que compõem os tecidos.

Além disso, pessoas com déficit na síntese de aminoácidos também tomam esses comprimidos para evitar distúrbios no sistema nervoso central.

A asparagina é mais fácil de metabolizar por meio de sua forma L-asparagina, pois muitas das enzimas envolvidas em seu metabolismo não reconhecem a forma D-asparagina e, portanto, nem toda a asparagina ingerida nos alimentos está disponível para os diferentes processos corporais.

A ingestão abundante de asparagina pode ser benéfica, porém, recomenda-se não consumi-la em excesso na forma de comprimidos, pois já foi determinado que concentrações abundantes de L-asparagina dos medicamentos aumentam o desenvolvimento de células tumorais.

Referências

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