Аспартат трансаминаза - Aspartate transaminase

Аспартат трансаминаза.png
Аспартатаминотрансфераза из кишечная палочка связаны с кофактором пиридоксаль 5-фосфат.[1]
Идентификаторы
Номер ЕС2.6.1.1
Количество CAS9000-97-9
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Аспартат трансаминаза (AST) или аспартатаминотрансфераза, также известный как АспАТ / АСАТ / ААТ или (сыворотка) глутаминовая щавелевоуксусная трансаминаза (ПОЛУЧИЛ, SGOT), это пиридоксальфосфат (PLP) -зависимый трансаминаза фермент (ЕС 2.6.1.1 ), который впервые был описан Артуром Карменом и его коллегами в 1954 году.[2][3][4] AST катализирует обратимый перенос α-аминогруппы между аспартатом и глутаматом и, как таковой, является важным ферментом в метаболизме аминокислот. AST находится в печень, сердце, скелетная мышца, почки, мозг, и красные кровяные тельца. Сывороточный уровень АСТ, сывороточный АЛТ (аланин трансаминаза ) уровень, а их соотношение (Соотношение АСТ / АЛТ ) обычно измеряются клинически как биомаркеры для здоровья печени. Тесты являются частью панели крови.

В период полураспада всего AST в обращении составляет около 17 часов и, в среднем, 87 часов для митохондриальный AST.[5] Аминотрансфераза очищается синусоидальные клетки в печени.[5]

Функция

Аспартаттрансаминаза катализирует взаимное превращение аспартат и α-кетоглутарат к оксалоацетат и глутамат.

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

Реакция, катализируемая аспартатаминотрансферазой

Как прототип трансаминазы, AST полагается на PLP (витамин B6) в качестве кофактора для переноса аминогруппы от аспартата или глутамата к соответствующему кетокислота. При этом кофактор перемещается между PLP и пиридоксамин фосфат (PMP) форма.[6] Перенос аминогруппы, катализируемый этим ферментом, имеет решающее значение как для деградации аминокислот, так и для биосинтеза. При расщеплении аминокислот после превращения α-кетоглутарата в глутамат глутамат впоследствии подвергается окислительному дезаминированию с образованием аммоний ионы, которые выводятся как мочевина. В обратной реакции аспартат может быть синтезирован из оксалоацетата, который является ключевым промежуточным соединением в цикл лимонной кислоты.[7]

Изоферменты

Два изофермента присутствуют в большом количестве эукариот. В людях:

Считается, что эти изоферменты произошли от общего предкового AST посредством дупликации генов, и они имеют гомологию последовательностей примерно 45%.[8]

AST также был обнаружен у ряда микроорганизмов, включая Кишечная палочка, H. mediterranei,[9] и T. thermophilus.[10] В Кишечная палочка, фермент кодируется aspCген, а также было показано, что он проявляет активность трансаминаза ароматических аминокислот (ЕС 2.6.1.57 ).[11]

Структура

Структура аспартаттрансаминазы митохондрий сердца курицы

Рентгеновская кристаллография Были проведены исследования для определения структуры аспартаттрансаминазы из различных источников, включая митохондрии курицы,[12] цитозоль сердца свиньи,[13] и Кишечная палочка.[14][15] В целом, трехмерная структура полипептидов для всех видов очень похожа. AST - это димерный, состоящий из двух идентичных субъединиц, каждая из которых содержит примерно 400 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу примерно 45 кДа.[8] 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 альдимин связь с ε-аминогруппой Lys258. Другие остатки в этом домене - Asp 222 и Tyr 225 - также взаимодействуют с PLP через водородная связь. 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.[12][15][16]

Два независимых активных сайта расположены рядом с интерфейсом между двумя доменами. В каждом активном центре пара остатков аргинина отвечают за специфичность фермента для дикарбоновая кислота субстраты: Arg386 взаимодействует с проксимальной (α-) карбоксилатной группой субстрата, в то время как Arg292 образует комплексы с дистальной (боковой цепью) карбоксилатом.[12][15]

Что касается вторичной структуры, AST содержит как α-, так и β-элементы. Каждый домен имеет центральный лист β-тяжей с α-спиралями, упакованными с обеих сторон.

Механизм

Аспартаттрансаминаза, как и все трансаминазы, действует посредством распознавания двойного субстрата; то есть он способен распознавать и избирательно связывать две аминокислоты (Asp и Glu) с разными боковыми цепями.[17] В любом случае трансаминазная реакция состоит из двух аналогичных полуреакций, которые составляют то, что называется механизм для пинг-понга. В первой полуреакции аминокислота 1 (например, L-Asp) реагирует с комплексом фермент-PLP с образованием кетокислоты 1 (оксалоацетат) и модифицированного фермента-PMP. Во второй полуреакции кетокислота 2 (α-кетоглутарат) реагирует с ферментом-PMP с образованием аминокислоты 2 (L-Glu), регенерируя в процессе исходный фермент-PLP. Образование рацемического продукта (D-Glu) происходит очень редко.[18]

Конкретные этапы полуреакции фермент-PLP + аспартат ⇌ фермент-PMP + оксалоацетат следующие (см. Рисунок); другая полуреакция (не показана) протекает в обратном порядке с α-кетоглутаратом в качестве субстрата.[6][7]

Механизм реакции аспартатаминотрансферазы
  1. Внутренний альдимин образование: во-первых, ε-аминогруппа Lys258 образует База Шиффа связь с альдегидным углеродом с образованием внутреннего альдимина.
  2. Трансальдиминирование: внутренний альдимин затем становится внешним альдимином, когда ε-аминогруппа Lys258 замещается аминогруппой аспартата. Эта реакция трансальдиминирования происходит через нуклеофильная атака депротонированной аминогруппой Asp и протекает через тетраэдрическое промежуточное соединение. В этот момент карбоксилатные группы Asp стабилизируются гуанидиний группы остатков фермента Arg386 и Arg 292.
  3. Хиноноид Образование: водород, присоединенный к α-углероду Asp, затем извлекается (считается, что Lys258 является акцептором протонов) с образованием промежуточного хиноноида.
  4. Кетимин Образование: Хиноноид репротонируется, но теперь на углероде альдегида, с образованием промежуточного кетимина.
  5. Кетимин гидролиз: Наконец, кетимин гидролизуется с образованием PMP и оксалоацетата.

Считается, что этот механизм имеет несколько шаги по определению ставок.[19] Однако было показано, что стадия связывания субстрата (трансальдиминирование) продвигает каталитическую реакцию вперед.[20]

Клиническое значение

AST похож на аланин трансаминаза (ALT) в том, что оба фермента связаны с печенью паренхиматозный клетки. Разница в том, что АЛТ обнаруживается преимущественно в печени, при этом незначительные количества обнаруживаются в почках, сердце и скелетных мышцах, тогда как АСТ обнаруживается в печени, сердце (сердечная мышца ), скелетные мышцы, почки, мозг и эритроциты.[21] В результате АЛТ является более специфическим индикатором печени. воспаление чем AST, так как AST может быть повышен также при заболеваниях, поражающих другие органы, таких как инфаркт миокарда, острый панкреатит, острый гемолитическая анемия, сильные ожоги, острое заболевание почек, Опорно-двигательного аппарата заболевания, и травмы.[22]

AST был определен как биохимический маркер для диагностики острого инфаркта миокарда в 1954 году. Однако использование AST для такого диагноза в настоящее время является избыточным и было заменено сердечные тропонины.[23]

AST обычно измеряется клинически как часть диагностического функциональные пробы печени, чтобы определить здоровье печени. Однако важно иметь в виду, что источник AST (и, в меньшей степени, ALT) в анализах крови может отражать патологию в органах, отличных от печени. Фактически, когда АСТ выше, чем АЛТ, следует рассматривать мышечный источник этих ферментов. Например, воспаление мышц из-за дерматомиозит может вызвать AST> ALT. Это хорошее напоминание о том, что АСТ и АЛТ не являются хорошими показателями функции печени, потому что они ненадежно отражают синтетические способности печени и могут поступать из других тканей, кроме печени (например, мышц).

Лабораторные тесты всегда следует интерпретировать с использованием эталонного диапазона из лаборатории, проводившей тест. Примеры эталонных диапазонов показаны ниже:

Тип пациентаРеференсные диапазоны[24]
Мужской8–40 МЕ / л
женский6–34 МЕ / л

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ PDB: 1AAM​Алмо С.К., Смит Д.Л., Данишефски А.Т., Ринг Д. (март 1994 г.). «Структурная основа измененной субстратной специфичности мутанта активного сайта R292D аспартатаминотрансферазы из E. coli». Protein Eng. 7 (3): 405–412. Дои:10.1093 / протеин / 7.3.405. PMID  7909946.
  2. ^ КАРМЕН, А; WROBLEWSKI, F; LADUE, JS (январь 1955 г.). «Активность трансаминаз в крови человека». Журнал клинических исследований. 34 (1): 126–31. Дои:10.1172 / jci103055. ЧВК  438594. PMID  13221663.
  3. ^ КАРМЕН, А (январь 1955 г.). «Заметка о спектрометрическом анализе глутамино-щавелевоуксусной трансаминазы в сыворотке крови человека». Журнал клинических исследований. 34 (1): 131–3. Дои:10.1172 / JCI103055. ЧВК  438594. PMID  13221664.
  4. ^ LADUE, JS; WROBLEWSKI, F; КАРМЕН, А (24 сентября 1954 г.). «Сывороточная активность глутаминовой щавелевоуксусной трансаминазы при остром трансмуральном инфаркте миокарда человека». Наука. 120 (3117): 497–9. Дои:10.1126 / science.120.3117.497. PMID  13195683.
  5. ^ а б Джаннини, Э. Г. (1 февраля 2005 г.). «Изменение ферментов печени: руководство для врачей». Журнал Канадской медицинской ассоциации. 172 (3): 367–379. Дои:10.1503 / cmaj.1040752. ISSN  0820-3946. ЧВК  545762. PMID  15684121. Клиренс аминотрансфераз осуществляется в печени синусоидальными клетками. Период полувыведения из кровотока составляет около 47 часов для АЛТ, около 17 часов для общего АСТ и в среднем 87 часов для митохондриального АСТ.
  6. ^ а б Кирш Дж. Ф., Эйхеле Дж., Форд Дж., Винсент М. Г., Янсониус Дж. Н., Геринг Х. и др. (1984). «Механизм действия аспартатаминотрансферазы предложен на основе ее пространственной структуры». Дж Мол Биол. 174 (3): 497–525. Дои:10.1016/0022-2836(84)90333-4. PMID  6143829.
  7. ^ а б Берг, JM; Тимочко, JL; Страйер, Л. (2006). Биохимия. W.H. Фримен. С. 656–660. ISBN  978-0-7167-8724-2.
  8. ^ а б Хаяси Х, Вада Х, Йошимура Т., Эсаки Н., Сода К. (1990). «Последние темы в исследованиях пиридоксаль-5'-фосфатных ферментов». Анну Рев Биохим. 59: 87–110. Дои:10.1146 / annurev.bi.59.070190.000511. PMID  2197992.
  9. ^ Муриана FJ, Альварес-Оссорио MC, Relimpio AM (1991). «Очистка и характеристика аспартатаминотрансферазы из галофильной архебактерии Haloferax mediterranei». Biochem J. 278 (1): 149–54. Дои:10.1042 / bj2780149. ЧВК  1151461. PMID  1909112.
  10. ^ Окамото А., Като Р., Масуи Р., Ямагиши А., Осима Т., Курамицу С. (1996). «Аспартатаминотрансфераза из чрезвычайно термофильной бактерии Thermus thermophilus HB8». J Biochem. 119 (1): 135–44. Дои:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a021198. PMID  8907187.
  11. ^ Гельфанд Д.Х., Штейнберг Р.А. (1977). «Мутанты Escherichia coli с дефицитом аспартата и аминотрансфераз ароматических аминокислот». J Бактериол. 130 (1): 429–40. Дои:10.1128 / JB.130.1.429-440.1977. ЧВК  235221. PMID  15983.
  12. ^ а б c Макфален CA, Винсент М.Г., Янсониус Дж. Н. (1992). «Уточнение структуры рентгеновских лучей и сравнение трех форм митохондриальной аспартатаминотрансферазы». Дж Мол Биол. 225 (2): 495–517. Дои:10.1016 / 0022-2836 (92) 90935-Д. PMID  1593633.
  13. ^ Rhee S, Silva MM, Hyde CC, Rogers PH, Metzler CM, Metzler DE, et al. (1997). «Уточнение и сравнение кристаллических структур цитозольной аспартатаминотрансферазы свиньи и ее комплекса с 2-метиласпартатом». J Biol Chem. 272 (28): 17293–302. Дои:10.1074 / jbc.272.28.17293. PMID  9211866.
  14. ^ Камитори С., Хироцу К., Хигучи Т., Кондо К., Иноуэ К., Курамицу С. и др. (1988). «Трехмерная структура аспартатаминотрансферазы из Escherichia coli при разрешении 2,8 A». J Biochem. 104 (3): 317–8. Дои:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a122464. PMID  3071527.
  15. ^ а б c Данишефский А.Т., Оннуфер Дж. Дж., Петско Г. А., Ринге Д. (1991). «Активность и структура мутантов активного сайта R386Y и R386F аспартатаминотрансферазы Escherichia coli». Биохимия. 30 (7): 1980–1985. Дои:10.1021 / bi00221a035. PMID  1993208.
  16. ^ Макфален CA, Винсент М.Г., Пико Д., Янсониус Дж. Н., Леск А. М., Чотия С. (1992). «Закрытие домена в митохондриальной аспартатаминотрансферазе». Дж Мол Биол. 227 (1): 197–213. Дои:10.1016 / 0022-2836 (92) 90691-С. PMID  1522585.
  17. ^ Хироцу К., Гото М., Окамото А., Мияхара И. (2005). «Двойное распознавание субстратов аминотрансфераз». Химический рекорд. 5 (3): 160–172. Дои:10.1002 / tcr.20042. PMID  15889412.
  18. ^ Кочхар С., Кристен П. (1992). «Механизм рацемизации аминокислот аспартатаминотрансферазой». Eur J Biochem. 203 (3): 563–569. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1992.tb16584.x. PMID  1735441.
  19. ^ Гольдберг Дж. М., Кирш Дж. Ф. (1996). «Реакция, катализируемая аспартатаминотрансферазой Escherichia coli, имеет несколько стадий, частично определяющих скорость, в то время как реакция, катализируемая мутантом Y225F, определяется гидролизом кетимина». Биохимия. 35 (16): 5280–5291. Дои:10.1021 / bi952138d. PMID  8611515.
  20. ^ Хаяси Х., Мидзугути Х., Мияхара И., Накадзима Й., Хироцу К., Кагамияма Х. (2003). «Конформационное изменение аспартатаминотрансферазы при связывании субстрата вызывает напряжение в каталитической группе и усиливает катализ». J Biol Chem. 278 (11): 9481–9488. Дои:10.1074 / jbc.M209235200. PMID  12488449.
  21. ^ http://dynaweb.ebscohost.com/Detail?sid=923b5a81-7daf-46b7-bdb2-86d8649da6ef@sessionmgr13&vid=&db=dme&ss=AN+%22316452%22&sl=ll[постоянная мертвая ссылка ]
  22. ^ «АСТ / АЛТ». www.rnceus.com.
  23. ^ Взгляд DC (2007). «Роль существующих и новых кардиологических биомаркеров для кардиопротекции». Текущее мнение об исследуемых лекарствах. 8 (9): 711–7. PMID  17729182.
  24. ^ GPnotebook> эталонный диапазон (AST) Проверено 7 декабря 2009 г.

дальнейшее чтение

  • Янсониус, JN; Винсент, MG (1987). «Структурная основа катализа аспартатаминотрансферазой». В Jurnak FA; Макферсон А (ред.). Биологические макромолекулы и сборки. 3. Нью-Йорк: Вили. С. 187–285. ISBN  978-0-471-85142-4.
  • Курамицу С., Окуно С., Огава Т., Огава Х., Кагамияма Х. (1985). «Аспартатаминотрансфераза Escherichia coli: нуклеотидная последовательность гена aspC». J. Biochem. 97 (4): 1259–62. Дои:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a135173. PMID  3897210.
  • Кондо К., Вакабаяси С., Яги Т., Кагамияма Х. (1984). «Полная аминокислотная последовательность аспартатаминотрансферазы из Escherichia coli: сравнение последовательностей с изоферментами свиньи». Biochem. Биофиз. Res. Сообщество. 122 (1): 62–67. Дои:10.1016 / 0006-291X (84) 90439-X. PMID  6378205.
  • Иноуэ К., Курамицу С., Окамото А., Хироцу К., Хигучи Т., Кагамияма Х. (1991). «Сайт-направленный мутагенез аспартатаминотрансферазы Escherichia coli: роль Tyr70 в каталитических процессах». Биохимия. 30 (31): 7796–7801. Дои:10.1021 / bi00245a019. PMID  1868057.

внешняя ссылка