Aspartát transamináza - Aspartate transaminase

Aspartát transamináza.png
Aspartátaminotransferáza z Escherichia coli svázán s kofaktorem pyridoxal 5-fosfát.[1]
Identifikátory
EC číslo2.6.1.1
Číslo CAS9000-97-9
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Aspartát transamináza (AST) nebo aspartátaminotransferáza, také známý jako AspAT / ASAT / AAT nebo (sérum) glutamová oxalooctová transamináza (MÁM, SGOT), je pyridoxal fosfát (PLP) -závislé transamináza enzym (ES 2.6.1.1 ), který poprvé popsal Arthur Karmen a jeho kolegové v roce 1954.[2][3][4] AST katalyzuje reverzibilní přenos a-aminoskupiny mezi aspartátem a glutamátem a jako takový je důležitým enzymem v metabolismu aminokyselin. AST se nachází v játra, srdce, kosterní sval, ledviny, mozek a červené krvinky. Hladina AST v séru, ALT v séru (alanin transamináza ) úroveň a jejich poměr (Poměr AST / ALT ) se běžně klinicky měří jako biomarkery pro zdraví jater. Testy jsou součástí krevní panely.

The poločas rozpadu z celkového AST v oběhu přibližně 17 hodin a v průměru 87 hodin za rok mitochondriální AST.[5] Aminotransferáza je vymazáno sinusové buňky v játrech.[5]

Funkce

Aspartát transamináza katalyzuje interkonverzi aspartát a α-ketoglutarát na oxaloacetát a glutamát.

L-aspartát (Asp) + α-ketoglutarát ↔ oxaloacetát + L-glutamát (Glu)

Reakce katalyzovaná aspartátaminotransferázou

Jako prototypová transamináza se AST spoléhá na PLP (vitamin B6) jako kofaktor pro přenos aminoskupiny z aspartátu nebo glutamátu na odpovídající ketokyselina. V tomto procesu kofaktor přepravuje mezi PLP a pyridoxamin fosfát (PMP).[6] Přenos aminoskupin katalyzovaný tímto enzymem je zásadní jak při degradaci aminokyselin, tak při biosyntéze. Při degradaci aminokyselin následuje po přeměně a-ketoglutarátu na glutamát a následně glutamát oxidačně deaminuje za vzniku amonný ionty, které se vylučují jako močovina. V reverzní reakci může být aspartát syntetizován z oxaloacetátu, který je klíčovým meziproduktem v cyklus kyseliny citronové.[7]

Isoenzymy

Dva izoenzymy jsou přítomny v široké škále eukaryot. U lidí:

Předpokládá se, že tyto izoenzymy se vyvinuly ze společného AST předků prostřednictvím duplikace genů a sdílejí sekvenční homologii přibližně 45%.[8]

AST byl také nalezen v řadě mikroorganismů, včetně E-coli, H. mediterranei,[9] a T. thermophilus.[10] v E-colije enzym kódován aspCgen a bylo také prokázáno, že vykazuje aktivitu aromaticko-aminokyselinová transamináza (ES 2.6.1.57 ).[11]

Struktura

Struktura aspartát transaminázy z mitochondrií kuřecího srdce

Rentgenová krystalografie byly provedeny studie ke stanovení struktury aspartátaminotransferázy z různých zdrojů, včetně kuřecích mitochondrií,[12] cytosol z vepřového srdce,[13] a E-coli.[14][15] Celkově je trojrozměrná struktura polypeptidů pro všechny druhy docela podobná. AST je dimerní, skládající se ze dvou identických podjednotek, každá s přibližně 400 aminokyselinovými zbytky a molekulovou hmotností přibližně 45 kD.[8] Každá podjednotka je složena z velké a malé domény a také ze třetí domény sestávající z N-koncových zbytků 3-14; těchto několik zbytků tvoří vlákno, které spojuje a stabilizuje dvě podjednotky dimeru. Velká doména, která zahrnuje zbytky 48 - 325, váže kofaktor PLP prostřednictvím aldimin vazba na e-aminoskupinu Lys258. Další zbytky v této doméně - Asp 222 a Tyr 225 - také interagují s PLP prostřednictvím vodíkové vazby. Malá doména sestává ze zbytků 15-47 a 326-410 a představuje flexibilní oblast, která posune enzym z "otevřené" do "uzavřené" konformace po navázání na substrát.[12][15][16]

Dva nezávislé aktivní weby jsou umístěny poblíž rozhraní mezi dvěma doménami. V každém aktivním místě je za specifičnost enzymu zodpovědný pár argininových zbytků dikarboxylová kyselina substráty: Arg386 interaguje s proximální (α-) karboxylátovou skupinou substrátu, zatímco Arg292 komplexy s distálním (postranním řetězcem) karboxylátu.[12][15]

Pokud jde o sekundární strukturu, AST obsahuje jak α, tak β prvky. Každá doména má centrální list β-řetězců s a-helixy zabalenými na obou stranách.

Mechanismus

Aspartát transamináza, stejně jako všechny transaminázy, funguje prostřednictvím duálního rozpoznávání substrátu; to znamená, že je schopen rozpoznat a selektivně vázat dvě aminokyseliny (Asp a Glu) s různými postranními řetězci.[17] V obou případech se transaminázová reakce skládá ze dvou podobných polovičních reakcí, které tvoří to, co se označuje jako a ping-pongový mechanismus. V první poloreakci reaguje aminokyselina 1 (např. L-Asp) s komplexem enzym-PLP za vzniku ketokyseliny 1 (oxaloacetát) a modifikovaného enzymu-PMP. Ve druhé poloreakci reaguje ketokyselina 2 (α-ketoglutarát) s enzymem-PMP za vzniku aminokyseliny 2 (L-Glu) a regeneruje původní enzym-PLP v procesu. Tvorba racemického produktu (D-Glu) je velmi vzácná.[18]

Specifické kroky pro poloviční reakci enzym-PLP + aspartát ⇌ enzym-PMP + oxaloacetát jsou následující (viz obrázek); druhá poloviční reakce (není zobrazena) probíhá obráceně, přičemž substrátem je α-ketoglutarát.[6][7]

Reakční mechanismus pro aspartátaminotransferázu
  1. Vnitřní aldimin tvorba: Nejprve ε-aminoskupina Lys258 tvoří a Schiffova základna vazbou s aldehydovým uhlíkem za vzniku interního aldiminu.
  2. Transaldiminace: Interní aldimin se poté stává externím aldiminem, když je ε-aminoskupina Lys258 vytlačena aminoskupinou aspartátu. K této transaldiminační reakci dochází prostřednictvím a nukleofilní útok deprotonovanou aminoskupinou Asp a probíhá přes čtyřboký meziprodukt. V tomto bodě jsou karboxylátové skupiny Asp stabilizovány guanidinium skupiny zbytků enzymu Arg386 a Arg 292.
  3. Chinonoid tvorba: Vodík navázaný na a-uhlík Asp se poté oddělí (Lys258 je považován za akceptor protonů) za vzniku chinonoidního meziproduktu.
  4. Ketimin tvorba: Chinonoid je reprotonován, ale nyní na aldehydovém uhlíku, za vzniku ketiminového meziproduktu.
  5. Ketimin hydrolýza: Nakonec se ketimin hydrolyzuje za vzniku PMP a oxaloacetátu.

Předpokládá se, že tento mechanismus má několik částečných kroky určující rychlost.[19] Ukázalo se však, že krok vázání substrátu (transaldiminace) pohání katalytickou reakci vpřed.[20]

Klinický význam

AST je podobný alanin transamináza (ALT) v tom, že oba enzymy jsou spojeny s játry parenchymální buňky. Rozdíl je v tom, že ALT se nachází převážně v játrech, klinicky zanedbatelné množství se nachází v ledvinách, srdci a kosterním svalu, zatímco AST se nachází v játrech, srdci (srdeční sval ), kosterní svalstvo, ledviny, mozek a červené krvinky.[21] Výsledkem je, že ALT je konkrétnějším indikátorem jater zánět než AST, protože AST může být zvýšen také u onemocnění postihujících jiné orgány, jako je např infarkt myokardu, akutní pankreatitida, akutní hemolytická anémie těžké popáleniny, akutní onemocnění ledvin, nemoci pohybového ústrojí a trauma.[22]

AST byl definován jako biochemický marker pro diagnostiku akutního infarktu myokardu v roce 1954. Použití AST pro takovou diagnózu je však nyní nadbytečné a bylo nahrazeno srdeční troponiny.[23]

AST se běžně klinicky měří jako součást diagnostiky jaterní funkční testy, k určení zdraví jater. Je však důležité mít na paměti, že zdroj AST (a v menší míře ALT) v krevních testech může odrážet patologii v jiných orgánech než játrech. Ve skutečnosti, když je AST vyšší než ALT, měl by se zvážit svalový zdroj těchto enzymů. Například zánět svalů v důsledku dermatomyozitida může způsobit AST> ALT. To je dobrá připomínka, že AST a ALT nejsou dobrým měřítkem funkce jater, protože spolehlivě neodrážejí syntetickou schopnost jater a mohou pocházet z jiných tkání než z jater (například ze svalu).

Laboratorní testy by měly být vždy interpretovány pomocí referenčního rozsahu od laboratoře, která test provedla. Níže jsou uvedeny příklady referenčních rozsahů:

Typ pacientaReferenční rozsahy[24]
mužský8–40 IU / l
ženský6–34 IU / l

Viz také

Reference

  1. ^ PDB: 1AAM​Almo SC, Smith DL, Danishefsky AT, Ringe D (březen 1994). "Strukturální základ pro změněnou substrátovou specificitu mutantu aktivního místa R292D aspartátaminotransferázy z E. coli". Protein Eng. 7 (3): 405–412. doi:10.1093 / protein / 7.3.405. PMID  7909946.
  2. ^ KARMEN, A; WROBLEWSKI, F; LADUE, JS (leden 1955). "Aktivita transaminázy v lidské krvi". The Journal of Clinical Investigation. 34 (1): 126–31. doi:10.1172 / jci103055. PMC  438594. PMID  13221663.
  3. ^ KARMEN, A (leden 1955). „Poznámka ke spektrometrické analýze glutamino-oxalacetické transaminázy v lidském krevním séru“. The Journal of Clinical Investigation. 34 (1): 131–3. doi:10.1172 / JCI103055. PMC  438594. PMID  13221664.
  4. ^ LADUE, JS; WROBLEWSKI, F; KARMEN, A (24. září 1954). "Sérová glutamová oxalooctová transaminázová aktivita u lidského akutního transmurálního infarktu myokardu". Věda. 120 (3117): 497–9. doi:10.1126 / science.120.3117.497. PMID  13195683.
  5. ^ A b Giannini, E. G. (1. února 2005). „Změna jaterních enzymů: průvodce pro lékaře“. Canadian Medical Association Journal. 172 (3): 367–379. doi:10,1503 / cmaj.1040752. ISSN  0820-3946. PMC  545762. PMID  15684121. Clearance aminotransferázy se provádí v játrech sinusovými buňkami. Poločas v oběhu je asi 47 hodin pro ALT, asi 17 hodin pro celkovou AST a v průměru 87 hodin pro mitochondriální AST.
  6. ^ A b Kirsch JF, Eichele G, Ford G, Vincent MG, Jansonius JN, Gehring H a kol. (1984). „Mechanismus účinku aspartátaminotransferázy navržený na základě jeho prostorové struktury“. J Mol Biol. 174 (3): 497–525. doi:10.1016/0022-2836(84)90333-4. PMID  6143829.
  7. ^ A b Berg, JM; Tymoczko, JL; Stryer, L (2006). Biochemie. W.H. Freemane. str. 656–660. ISBN  978-0-7167-8724-2.
  8. ^ A b Hayashi H, Wada H, Yoshimura T, Esaki N, Soda K (1990). "Nedávná témata ve studiích pyridoxal 5'-fosfátových enzymů". Annu Rev Biochem. 59: 87–110. doi:10.1146 / annurev.bi.59.070190.000511. PMID  2197992.
  9. ^ Muriana FJ, Alvarez-Ossorio MC, Relimpio AM (1991). „Čištění a charakterizace aspartátaminotransferázy z halofilní archaebakterie Haloferax mediterranei“. Biochem J.. 278 (1): 149–54. doi:10.1042 / bj2780149. PMC  1151461. PMID  1909112.
  10. ^ Okamoto A, Kato R, Masui R, Yamagishi A, Oshima T, Kuramitsu S (1996). „Aspartátaminotransferáza z extrémně termofilní bakterie, Thermus thermophilus HB8“. J. Biochem. 119 (1): 135–44. doi:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a021198. PMID  8907187.
  11. ^ Gelfand DH, Steinberg RA (1977). „Mutanti Escherichia coli deficitní v aspartátových a aromatických aminokyselinách aminotransferázách“. J Bacteriol. 130 (1): 429–40. doi:10.1128 / JB.130.1.429-440.1977. PMC  235221. PMID  15983.
  12. ^ A b C McPhalen CA, Vincent MG, Jansonius JN (1992). „Zlepšení rentgenové struktury a srovnání tří forem mitochondriální aspartátaminotransferázy“. J Mol Biol. 225 (2): 495–517. doi:10.1016 / 0022-2836 (92) 90935-D. PMID  1593633.
  13. ^ Rhee S, Silva MM, Hyde CC, Rogers PH, Metzler CM, Metzler DE a kol. (1997). „Vylepšení a srovnání krystalových struktur vepřové cytosolické aspartátaminotransferázy a jejího komplexu s 2-methylaspartátem“. J Biol Chem. 272 (28): 17293–302. doi:10.1074 / jbc.272.28.17293. PMID  9211866.
  14. ^ Kamitori S, Hirotsu K, Higuchi T, Kondo K, Inoue K, Kuramitsu S a kol. (1988). „Trojrozměrná struktura aspartátaminotransferázy z Escherichia coli v rozlišení 2,8 A“. J. Biochem. 104 (3): 317–8. doi:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a122464. PMID  3071527.
  15. ^ A b C Danishefsky AT, Onnufer JJ, Petsko GA, Ringe D (1991). "Aktivita a struktura mutantů aktivního místa R386Y a R386F z aspartátaminotransferázy z Escherichia coli". Biochemie. 30 (7): 1980–1985. doi:10.1021 / bi00221a035. PMID  1993208.
  16. ^ McPhalen CA, Vincent MG, Picot D, Jansonius JN, Lesk AM, Chothia C (1992). "Uzavření domény v mitochondriální aspartátaminotransferáze". J Mol Biol. 227 (1): 197–213. doi:10.1016 / 0022-2836 (92) 90691-C. PMID  1522585.
  17. ^ Hirotsu K, Goto M, Okamoto A, Miyahara I (2005). "Duální rozpoznávání substrátu aminotransferáz". Chemický záznam. 5 (3): 160–172. doi:10.1002 / tcr.20042. PMID  15889412.
  18. ^ Kochhar S, Christen P (1992). "Mechanismus racemizace aminokyselin aspartátaminotransferázou". Eur J Biochem. 203 (3): 563–569. doi:10.1111 / j.1432-1033.1992.tb16584.x. PMID  1735441.
  19. ^ Goldberg JM, Kirsch JF (1996). „Reakce katalyzovaná aspartátaminotransferázou Escherichia coli má několik kroků určujících rychlost, zatímco reakce katalyzovaná mutantem Y225F dominuje hydrolýzou ketiminu.“ Biochemie. 35 (16): 5280–5291. doi:10.1021 / bi952138d. PMID  8611515.
  20. ^ Hayashi H, Mizuguchi H, Miyahara I, Nakajima Y, Hirotsu K, Kagamiyama H (2003). „Konformační změna aspartátaminotransferázy na vázání substrátu indukuje napětí v katalytické skupině a zvyšuje katalýzu“. J Biol Chem. 278 (11): 9481–9488. doi: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[trvalý mrtvý odkaz ]
  22. ^ „AST / ALT“. www.rnceus.com.
  23. ^ Pohled DC (2007). "Role stávajících a nových srdečních biomarkerů pro kardioprotekci". Současný názor na vyšetřovací drogy. 8 (9): 711–7. PMID  17729182.
  24. ^ GPnotebook> referenční rozsah (AST) Citováno 7. prosince 2009

Další čtení

  • Jansonius, JN; Vincent, MG (1987). "Strukturální základ pro katalýzu aspartátaminotransferázou". V Jurnaku FA; McPherson A (eds.). Biologické makromolekuly a sestavy. 3. New York: Wiley. 187–285. ISBN  978-0-471-85142-4.
  • Kuramitsu S, Okuno S, Ogawa T, Ogawa H, Kagamiyama H (1985). „Aspartátaminotransferáza z Escherichia coli: nukleotidová sekvence genu aspC“. J. Biochem. 97 (4): 1259–62. doi:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a135173. PMID  3897210.
  • Kondo K, Wakabayashi S, Yagi T, Kagamiyama H (1984). „Kompletní aminokyselinová sekvence aspartátaminotransferázy z Escherichia coli: srovnání sekvencí s prasečími izoenzymy“. Biochem. Biophys. Res. Commun. 122 (1): 62–67. doi:10.1016 / 0006-291X (84) 90439-X. PMID  6378205.
  • Inoue K, Kuramitsu S, Okamoto A, Hirotsu K, Higuchi T, Kagamiyama H (1991). „Místně zaměřená mutageneze aspartátaminotransferázy z Escherichia coli: role Tyr70 v katalytických procesech“. Biochemie. 30 (31): 7796–7801. doi:10.1021 / bi00245a019. PMID  1868057.

externí odkazy