stringtranslate.com

Аспартаттрансаминаза

Аспартаттрансаминаза ( АСТ ) или аспартатаминотрансфераза , также известная как AspAT/ASAT/AAT или (сывороточная) глутаминовая щавелевоуксусная трансаминаза ( GOT , SGOT ), является ферментом пиридоксальфосфатной (ПЛП)-зависимой трансаминазы ( EC 2.6.1.1), который был впервые описан Артуром Карменом и коллегами в 1954 году. [1] [2] [3] АСТ катализирует обратимый перенос α-аминогруппы между аспартатом и глутаматом и, как таковой, является важным ферментом в метаболизме аминокислот. АСТ обнаружен в печени , сердце , скелетных мышцах , почках , мозге , эритроцитах и ​​желчном пузыре. Уровень сывороточной АСТ, уровень сывороточной АЛТ ( аланинтрансаминазы ) и их соотношение ( соотношение АСТ/АЛТ ) обычно измеряются клинически как биомаркеры здоровья печени. Тесты являются частью анализа крови .

Период полураспада общего АСТ в кровотоке составляет около 17 часов, а для митохондриального АСТ — в среднем 87 часов. [4] Аминотрансфераза очищается синусоидальными клетками в печени. [4]

Функция

Аспартаттрансаминаза катализирует взаимопревращение аспартата и α-кетоглутарата в оксалоацетат и глутамат .

L-аспартат (Asp) + α-кетоглутарат ↔ оксалоацетат + L-глутамат (Glu)

Реакция, катализируемая аспартатаминотрансферазой

Как прототипическая трансаминаза, АСТ использует PLP (витамин B6) в качестве кофактора для переноса аминогруппы от аспартата или глутамата к соответствующей кетокислоте . В этом процессе кофактор перемещается между PLP и формой пиридоксаминфосфата (PMP). [5] Перенос аминогруппы, катализируемый этим ферментом, имеет решающее значение как для деградации аминокислот, так и для биосинтеза. При деградации аминокислот после превращения α-кетоглутарата в глутамат глутамат впоследствии подвергается окислительному дезаминированию с образованием ионов аммония , которые выводятся в виде мочевины . В обратной реакции аспартат может синтезироваться из оксалоацетата, который является ключевым промежуточным продуктом в цикле лимонной кислоты . [6]

Изоферменты

Два изофермента присутствуют у большого разнообразия эукариот. У людей: [ необходима цитата ]

Предполагается, что эти изоферменты произошли от общего предка АСТ посредством дупликации генов, и их последовательность имеет гомологию приблизительно в 45% [7] .

АСТ также был обнаружен в ряде микроорганизмов, включая E. coli , H. mediterranei , [8] и T. thermophilus . [9] В E. coli фермент кодируется геном aspC и, как было показано, также проявляет активность трансаминазы ароматических аминокислот ( EC 2.6.1.57). [10]

Структура

Структура димера аспартаттрансаминазы из митохондрий куриного сердца. Большие и малые домены окрашены в синий и красный цвета соответственно, а N-концевые остатки выделены зеленым цветом. PDB : 7AAT

Исследования рентгеновской кристаллографии были проведены для определения структуры аспартаттрансаминазы из различных источников, включая митохондрии курицы, [11] цитозоль сердца свиньи, [12] и E. coli . [13] [14] В целом, трехмерная структура полипептида для всех видов довольно схожа. AST является димерной , состоящей из двух идентичных субъединиц, каждая из которых содержит приблизительно 400 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу приблизительно 45 кДа. [7] Каждая субъединица состоит из большого и малого домена, а также третьего домена, состоящего из N-концевых остатков 3-14; эти несколько остатков образуют цепь, которая связывает и стабилизирует две субъединицы димера. Большой домен, который включает остатки 48-325, связывает кофактор PLP через альдиминовую связь с ε-аминогруппой Lys258. Другие остатки в этом домене – Asp 222 и Tyr 225 – также взаимодействуют с PLP через водородные связи . Малый домен состоит из остатков 15-47 и 326-410 и представляет собой гибкую область, которая переводит фермент из «открытой» в «закрытую» конформацию при связывании субстрата. [11] [14] [15]

Два независимых активных центра расположены вблизи интерфейса между двумя доменами. В каждом активном центре пара остатков аргинина отвечает за специфичность фермента к субстратам дикарбоновой кислоты : Arg386 взаимодействует с проксимальной (α-)карбоксилатной группой субстрата, в то время как Arg292 образует комплексы с дистальным (боковой цепью) карбоксилатом. [11] [14]

С точки зрения вторичной структуры, AST содержит как α, так и β элементы. Каждый домен имеет центральный слой β-тяжей с α-спиралями, упакованными с обеих сторон. [ необходима цитата ]

Механизм

Аспартаттрансаминаза, как и все трансаминазы, действует посредством двойного распознавания субстрата; то есть она способна распознавать и селективно связывать две аминокислоты (Asp и Glu) с различными боковыми цепями. [16] В любом случае реакция трансаминазы состоит из двух схожих полуреакций, которые составляют то, что называется механизмом пинг-понга . В первой полуреакции аминокислота 1 (например, L-Asp) реагирует с комплексом фермент-PLP, образуя кетокислоту 1 (оксалоацетат) и модифицированный фермент-PMP. Во второй полуреакции кетокислота 2 (α-кетоглутарат) реагирует с ферментом-PMP, образуя аминокислоту 2 (L-Glu), восстанавливая в процессе исходный фермент-PLP. Образование рацемического продукта (D-Glu) происходит очень редко. [17]

Конкретные этапы полуреакции фермента-PLP + аспартат ⇌ фермента-PMP + оксалоацетат следующие (см. рисунок); другая полуреакция (не показана) протекает в обратном порядке, с α-кетоглутаратом в качестве субстрата. [5] [6]

Механизм реакции аспартатаминотрансферазы
  1. Образование внутреннего альдимина : сначала ε-аминогруппа Lys258 образует связь основания Шиффа с альдегидным углеродом, образуя внутренний альдимин.
  2. Трансальдиминирование: Внутренний альдимин затем становится внешним альдимином, когда ε-аминогруппа Lys258 замещается аминогруппой аспартата. Эта реакция трансальдиминирования происходит посредством нуклеофильной атаки депротонированной аминогруппы Asp и протекает через тетраэдрический промежуточный продукт. На этом этапе карбоксилатные группы Asp стабилизируются гуанидиновыми группами остатков Arg386 и Arg 292 фермента.
  3. Образование хиноидного соединения : водород, присоединенный к α-углероду Asp, затем отщепляется (считается, что Lys258 является акцептором протонов) с образованием хиноидного промежуточного соединения.
  4. Образование кетимина : хиноид репротонируется, но теперь уже по альдегидному углероду, образуя промежуточное соединение кетимин.
  5. Гидролиз кетимина : Наконец, кетимин гидролизуется с образованием ПМП и оксалоацетата.

Предполагается, что этот механизм имеет несколько частично определяющих скорость стадий . [18] Однако было показано, что стадия связывания субстрата (трансальдиминирование) продвигает каталитическую реакцию вперед. [19]

Клиническое значение

АСТ похож на аланинаминотрансферазу (АЛТ) в том, что оба фермента связаны с паренхиматозными клетками печени. Разница в том, что АЛТ обнаруживается преимущественно в печени, а клинически незначительные количества обнаруживаются в почках, сердце и скелетных мышцах, тогда как АСТ обнаруживается в печени, сердце ( сердечной мышце ), скелетных мышцах, почках, мозге и эритроцитах. [ необходима цитата ] В результате АЛТ является более специфичным индикатором воспаления печени , чем АСТ, поскольку АСТ может быть повышен также при заболеваниях, поражающих другие органы, таких как инфаркт миокарда , острый панкреатит , острая гемолитическая анемия , тяжелые ожоги, острая почечная недостаточность , заболевания опорно-двигательного аппарата и травмы. [20]

АСТ был определен как биохимический маркер для диагностики острого инфаркта миокарда в 1954 году. Однако использование АСТ для такой диагностики в настоящее время является излишним и было заменено сердечными тропонинами . [21]

Лабораторные тесты всегда следует интерпретировать с использованием референтного диапазона лаборатории, которая проводила тест. Примеры референтных диапазонов приведены ниже:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Karmen A, Wroblewski F, Ladue JS (январь 1955). «Трансаминазная активность в крови человека». Журнал клинических исследований . 34 (1): 126–131. doi :10.1172/jci103055. PMC  438594. PMID  13221663 .
  2. ^ Karmen A (январь 1955 г.). «Заметка о спектрометрическом анализе глутаминово-оксалоацетатной трансаминазы в сыворотке крови человека». Журнал клинических исследований . 34 (1): 131–133. doi :10.1172/JCI103055. PMC 438594. PMID  13221664 . 
  3. ^ Ladue JS, Wroblewski F, Karmen A (сентябрь 1954 г.). "Активность сывороточной глутамат-оксалоацетат-трансаминазы при остром трансмуральном инфаркте миокарда у человека". Science . 120 (3117): 497–499. Bibcode :1954Sci...120..497L. doi :10.1126/science.120.3117.497. PMID  13195683.
  4. ^ ab Giannini EG, Testa R, Savarino V (февраль 2005 г.). «Изменение ферментов печени: руководство для врачей». CMAJ . 172 (3): 367–379. doi :10.1503/cmaj.1040752. PMC 545762 . PMID  15684121. Клиренс аминотрансфераз осуществляется в печени синусоидальными клетками. Период полураспада в кровотоке составляет около 47 часов для АЛТ, около 17 часов для общей АСТ и, в среднем, 87 часов для митохондриальной АСТ. 
  5. ^ ab Kirsch JF, Eichele G, Ford GC, Vincent MG, Jansonius JN, Gehring H, Christen P (апрель 1984 г.). «Механизм действия аспартатаминотрансферазы, предложенный на основе ее пространственной структуры». Журнал молекулярной биологии . 174 (3): 497–525. doi :10.1016/0022-2836(84)90333-4. PMID  6143829.
  6. ^ аб Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2006). Биохимия . У. Х. Фриман. стр. 656–660. ISBN 978-0-7167-8724-2.
  7. ^ ab Hayashi H, Wada H, Yoshimura T, Esaki N, Soda K (1990). «Современные темы в исследованиях фермента пиридоксаль-5'-фосфата». Annual Review of Biochemistry . 59 : 87–110. doi :10.1146/annurev.bi.59.070190.000511. PMID  2197992.
  8. ^ Muriana FJ, Alvarez-Ossorio MC, Relimpio AM (август 1991 г.). «Очистка и характеристика аспартатаминотрансферазы из галофильной архебактерии Haloferax mediterranei». The Biochemical Journal . 278 (1): 149–154. doi :10.1042/bj2780149. PMC 1151461. PMID  1909112 . 
  9. ^ Okamoto A, Kato R, Masui R, Yamagishi A, Oshima T, Kuramitsu S (январь 1996 г.). «Аспартатаминотрансфераза из чрезвычайно термофильной бактерии Thermus thermophilus HB8». Журнал биохимии . 119 (1): 135–144. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a021198. PMID  8907187.
  10. ^ Гельфанд ДХ, Стейнберг РА (апрель 1977 г.). «Мутанты Escherichia coli, дефицитные по аспартатным и ароматическим аминокислотным аминотрансферазам». Журнал бактериологии . 130 (1): 429–440. doi :10.1128/JB.130.1.429-440.1977. PMC 235221. PMID  15983 . 
  11. ^ abc McPhalen CA, Vincent MG, Jansonius JN (май 1992). «Уточнение рентгеновской структуры и сравнение трех форм митохондриальной аспартатаминотрансферазы». Журнал молекулярной биологии . 225 (2): 495–517. doi :10.1016/0022-2836(92)90935-D. PMID  1593633.
  12. ^ Rhee S, Silva MM, Hyde CC, Rogers PH, Metzler CM, Metzler DE, Arnone A (июль 1997 г.). «Уточнение и сравнение кристаллических структур цитозольной аспартатаминотрансферазы свиньи и ее комплекса с 2-метиласпартатом». Журнал биологической химии . 272 ​​(28): 17293–17302. doi : 10.1074/jbc.272.28.17293 . PMID  9211866.
  13. ^ Камитори С., Хироцу К., Хигучи Т., Кондо К., Иноуэ К., Курамицу С. и др. (сентябрь 1988 г.). «Трехмерная структура аспартатаминотрансферазы из Escherichia coli при разрешении 2,8 А». Журнал биохимии . 104 (3): 317–318. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a122464. PMID  3071527.
  14. ^ abc Danishefsky AT, Onnufer JJ, Petsko GA, Ringe D (февраль 1991). "Активность и структура мутантов R386Y и R386F аспартатаминотрансферазы Escherichia coli с активным сайтом". Биохимия . 30 (7): 1980–1985. doi :10.1021/bi00221a035. PMID  1993208.
  15. ^ McPhalen CA, Vincent MG, Picot D, Jansonius JN, Lesk AM, Chothia C (сентябрь 1992 г.). «Закрытие домена в митохондриальной аспартатаминотрансферазе». Журнал молекулярной биологии . 227 (1): 197–213. doi :10.1016/0022-2836(92)90691-C. PMID  1522585.
  16. ^ Хироцу К, Гото М, Окамото А, Мияхара И (2005). «Двойное субстратное распознавание аминотрансфераз». Chemical Record . 5 (3): 160–172. doi :10.1002/tcr.20042. PMID  15889412.
  17. ^ Kochhar S, Christen P (февраль 1992). «Механизм рацемизации аминокислот аспартатаминотрансферазой». European Journal of Biochemistry . 203 (3): 563–569. doi : 10.1111/j.1432-1033.1992.tb16584.x . PMID  1735441.
  18. ^ Goldberg JM, Kirsch JF (апрель 1996 г.). «Реакция, катализируемая аспартатаминотрансферазой Escherichia coli, имеет несколько частично определяющих скорость стадий, тогда как реакция, катализируемая мутантом Y225F, доминирует за счет гидролиза кетимина». Биохимия . 35 (16): 5280–5291. doi :10.1021/bi952138d. PMID  8611515.
  19. ^ Хаяси Х, Мидзугучи Х, Мияхара И, Накадзима И, Хироцу К, Кагамияма Х (март 2003 г.). «Конформационное изменение аспартатаминотрансферазы при связывании субстрата вызывает напряжение в каталитической группе и усиливает катализ». Журнал биологической химии . 278 (11): 9481–9488. doi : 10.1074/jbc.M209235200 . PMID  12488449.
  20. ^ "AST/ALT". www.rnceus.com .
  21. ^ Gaze DC (сентябрь 2007 г.). «Роль существующих и новых сердечных биомаркеров для кардиопротекции». Current Opinion in Investigational Drugs . 8 (9): 711–717. PMID  17729182.
  22. ^ GPnotebook > диапазон значений (AST) Получено 7 декабря 2009 г. Архивировано 7 января 2017 г. на Wayback Machine

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Аспартаттрансаминазы .