Введение
Кетоглютаровая кислота (2-оксоглютаровая кислота) является кетокислотой. Ее карбоксилат, α-кетоглутарат (также называемый 2-оксоглутаратом), – важное биологическое соединение. Он образуется в результате деаминирования глутамата и является промежуточным продуктом цикла Кребса. Термин "кетоглютаровая кислота", если не указано иное, почти всегда относится к альфа-варианту. β-Кетоглютаровая кислота отличается лишь положением кетогруппы и встречается значительно реже.
Аланинтрансаминаза
Фермент аланинтрансаминаза (также называемый аланин аминотрансферазой и глутамат-пируваттрансаминазой) катализирует, то есть превращает 1) α-кетоглутарат в L-глутамат и 2) L-аланин в пируват. Обе эти катализируемые реакции полностью обратимы, то есть протекают как в прямом, так и в обратном направлении.
Цикл Кребса
α-Кетоглутарат является ключевым промежуточным веществом цикла Кребса, следующим за изоцитратом и предшествующим сукцинил-КоА. Анаплеротические реакции могут восполнить цикл на этом этапе, синтезируя α-кетоглутарат из глутамата посредством трансаминирования, или посредством действия глутаматдегидрогеназы на глутамат.
Формирование аминокислот
Глютамин синтезируется из глутамата ферментом глутаминсинтетазой, который использует аденозинтрифосфат для образования глутамилфосфата; этот промежуточный продукт подвергается нуклеофильной атаке аммиаком с образованием глутамина и неорганического фосфата. Кроме того, синтезируются пролин, аргинин и лизин (у некоторых организмов). Эти три аминокислоты происходят из глутамата посредством дополнительных стадий или ферментов, облегчающих реакции.
Транспортер азота
Еще одна функция – связываться с азотом, высвобождаемым в клетках, тем самым предотвращая перегрузку азотом. α-Кетоглутарат является одним из важнейших транспортеров азота в метаболических путях. Аминогруппы аминокислот присоединяются к нему (путем трансаминирования) и транспортируются в печень, где происходит цикл мочевины. α-Кетоглутарат трансминируется вместе с глутамином с образованием возбуждающего нейромедиатора глутамата. Глутамат затем может быть декарбоксилирован (что требует витамина B6) в ингибирующий нейромедиатор гамма-аминомасляную кислоту. Сообщается, что высокие уровни аммиака и/или азота могут возникать при высоком потреблении белка, чрезмерном воздействии алюминия, синдроме Рейе, циррозе печени и нарушениях цикла мочевины. Он играет роль в детоксикации аммиака в головном мозге.
Отношение к молекулярному кислороду
Действуя как косубстрат для α-кетоглутарат-зависимой гидроксилазы, он также играет важную роль в окислительных реакциях, включающих молекулярный кислород. Молекулярный кислород (O2) непосредственно окисляет многие соединения, образуя полезные продукты в организме, такие как антибиотики, в реакциях, катализируемых оксигеназами. Во многих оксигеназах α-кетоглутарат способствует реакции, окисляясь вместе с основным субстратом. EGLN1, одна из α-кетоглутарат-зависимых оксигеназ, является сенсором O2, сообщающим организму об уровне кислорода в окружающей среде. В сочетании с молекулярным кислородом, α-кетоглутарат является одним из необходимых компонентов для гидроксилирования пролина в гидроксипролин при синтезе многих коллагенов.
Антиоксидант
α-кетоглутарат, высвобождаемый различными типами клеток, снижает уровень перекиси водорода, при этом α-кетоглутарат истощается и превращается в сукцинат в культуральной среде.
Долговечность
Исследования выявили связь между α-кетоглутаратом и увеличением продолжительности жизни нематод, а также увеличением продолжительности здоровой жизни и общей продолжительности жизни у мышей.
Регулирование иммунитета
Исследование показало, что в условиях дефицита глутамина α-кетоглутарат стимулирует дифференцировку наивных CD4+ Т-клеток в Th1, подавляя при этом их дифференцировку в противовоспалительные Treg-клетки.
Энзимный кофактор
Было показано, что α-кетоглутарат является кофактором деметилаз, содержащих домен Jumonji C (JmjC).