Aspartátaminotransferáza

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie

Aspartátaminotransferáza z E. coli viazaná na kofaktor pyridoxalfosfát.[1]
Identifikátory
Číslo ECEC 2.6.1.1
Číslo CAS9000-97-9
Databázy
IntEnzhľadať v IntEnz
BRENDAhľadať v BRENDA
ExPASyhľadať v ExPASy
KEGGhľadať v KEGG
MetaCychľadať v MetaCyc
PDB štruktúryRSCB PDB PDBe PDBsum

Aspartátaminotransferáza[2] je transaminačný enzým využívajúci pyridoxalfosfát (PLP), ktorý bol prvýkrát popísaný Arthurom Karmenom a jeho kolegami v roku 1954.[3][4][5] AST katalyzuje reverzibilný prenos α-amínoskupiny medzi aspartátom a glutamátom, čo z neho robí významný enzým v metabolizme aminokyselín. AST sa nachádza v pečeni, srdci, kostrových svaloch, obličkách, mozgu a červených krvinkách. Hladina AST v krvi, hladina ALT (alanínaminotransferáza) v krvi a ich pomer (pomer AST/ALT) sú bežne merané klinické biomarkery pre poruchy pečene. Tieto skúšky sú bežne súčasťou krvných testov.

Polčas celkového AST v obehu je asi 17 hodín a asi 87 hodín (v priemere) pre mitochondriálnu AST.[6]

Názvy[upraviť | upraviť zdroj]

Aspartátaminotransferáza sa označuje i ako aspartáttransamináza, AST/AspAT/AAT alebo (sérová) glutamátoxalacetáttransamináza (GOT, SGOT). Jej systémový názov je L-aspartát:2-oxoglutarátaminotransferáza.[2]

Funkcia[upraviť | upraviť zdroj]

Reakcia katalyzovaná AST

Aspartátaminotransferáza katalyzuje konverziu aspartátu a α-ketoglutarátu na oxalacetát a glutamát:

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

Ako typická transamináza využíva PLP (vitamín B6) ako kofaktor na prenos amínovej skupiny z aspartátu alebo glutamátu na príslušnú ketokyselinu. Počas tejto reakcie sa kofaktor mení z PLP na pyridoxamínfosfát (PMP) a naspäť.[7] Prenos amínoskupiny katalyzovaný týmto enzýmom je rozhodujúci pre degradáciu aminokyselín aj ich biosyntézu. Pri degradácii po premene z α-ketoglutarátu na glutamát prebieha oxidatívna deaminácia glutamátu, čím vznikajú amónne ióny, ktoré sa následne vylučujú v podobe močoviny. V opačnej reakcii sa syntetizuje aspartát z oxalacetátu, čo je kľúčový intermediát citrátového cyklu.[8]

Izoenzýmy[upraviť | upraviť zdroj]

V mnohých eukaryotoch sú prítomné dva izoenzýmy. U ľudí su to konkrétne:[chýba zdroj]

Tieto izoenzýmy sa pravdepodobne vyvinuli zo spoločného predka AST cez duplikáciu génov a ich sekvenčná homológia je asi 45%.[9]

AST sa takisto našla u mnohých mikroorganizmov, napríklad E. coli, H. mediterranei,[10] a T. thermophilus.[11] U E. coli je AST kódovaná génom aspC a bolo preukázané, že takisto vykazuje aktivitu transaminácie aromatických aminokyselín.[12]

Štruktúra[upraviť | upraviť zdroj]

Štruktúra AST z mitochondrií z kuracieho srdca

Štruktúra AST z rôznych zdrojov (napríklad kuracie mitochondrie,[13] cytozol srdca z prasaťa,[14] E. coli[15][16]) bola určená v rôznych výskumoch pomocou röntgenovej kryštalografie. Celkovo je trojdimenzionálna štruktúra polypeptidu pre všetky organizmy veľmi podobná. AST existuje v podobe diméru, zloženého z dvoch identických podjednotiek, z ktorých každá má 400 aminokyselín a molekulovú hmotnosť asi 45 kDa.[9] Obe podjednotky sa skladajú z veľkej a malej domény a k tomu ešte z tretej domény pozostávajúcej z N-terminálnych reziduí 3-14; týchto pár reziduí tvorí vlákno, ktoré spája a stabilizuje podjednotky diméru. Veľká doména, ktorá sa skladá z reziduí 48-325, viaže kofaktor PLP cez aldimínovú väzbu na ε-amínovej skupine Lys258. Ďalšie reziduá tejto domény - Asp222 a Tyr225 - takisto interagujú s PLP pomocou vodíkových väzieb. Malá doména pozostáva z reziduí 15-47 a 326-410 a reprezentuje flexibilný región, ktorý mení enzým z "otvorenej" do "zatvorenej" konformácie po naviazaní substrátu.[13][16][17]

Dve nezávislé aktívne miesta sa nachádzajú poblíž rozhrania medzi doménami. V každom aktívnom mieste je dvojica arginínových reziduí, ktoré sú zodpovedné za špecificitu pre dikarboxylové kyseliny: Arg386 interaguje s proximálnou (α-)karboxylovou skupinou substrátu, zatiaľ čo Arg292 interaguje s distálnou karboxylovou skupinou (vo vedľajšom reťazci).[13][16]

Čo sa týka sekundárnej štruktúry, AST obsahuje α i β prvky. Každá doména má centrálny list tvorený β-vláknami, ktorý je obklopený α-helixmi na oboch stranách.[chýba zdroj]

Mechanizmus[upraviť | upraviť zdroj]

Aspartátaminotrasferáza, tak ako všetky transaminázy, využíva rozpoznanie dvoch rôznych substrátov - rozpoznáva a selektívne viaže dve aminokyseliny (Asp a Glu) s rôznymi postrannými reťazcami.[18] V oboch prípadoch pozostáva transaminačná reakcia z dvoch podobných polreakcií, čo sa zvyčajne označuje ako ping-pongový mechanizmus. V prvej polreakcii sa viaže aminokyselina 1 (napr. L-Asp), ktorá reaguje s komplexom enzým-PLP za vzniku ketokyseliny 1 (oxalacetátu) a modifikovaného komplexu enzým-PMP. V druhej polreakcii sa viaže ketokyselina 2 (α-ketoglutarát) a reaguje s komplexom enzým-PMP za vzniku aminokyseliny 2 (L-Glu), čím sa regeneruje pôvodný komplex enzým-PLP. Tvorba racemického produktu (D-Glu) je veľmi vzácna.[19]

Špecifické kroky polreakcie enzým-PLP + aspartát ⇌ enzým-PMP + oxalacetát sú v obrázku nižšie; druhá polreakcia (nie je na obrázku) prebieha v opačnom poradí a jej substrátom je α-ketoglutarát.[7][8]

Reakčný mechanizmus aspartátaminotransferázy
  1. Tvorba interného aldimínu: Najprv sa vytvorí Schiffova báza z ε-amínoskupiny Lys258 a aldehydového uhlíka PLP, čím vznikne interný aldimín.
  2. Transaldiminácia: Interný aldimín sa následne stáva externým aldimínom, keď sa ε-amínoskupina Lys258 nahradí za amínoskupinu aspartátu. Táto reakcia prebieha cez nukleofilný atak deprotonovanou amínoskupinou Asp a prebieha cez tetraedrický intermediát. V tomto kroku sú karboxylové skupiny Asp stabilizované guanidínovými skupinami reziduí Arg386 a Arg292.
  3. Tvorba chinonoidu: Vodík viazaný na α-uhlík Asp sa následne štiepi (predpokladá sa, že Lys258 je akceptorom protónu) za tvorby chinonoidového intermediátu.
  4. Tvorba ketimínu: Chinonoid sa znovu protonuje, ale teraz na aldehydovom uhlíku, čím vzniká ketimínový intermediát.
  5. Hydrolýza ketimínu: Nakoniec sa ketimín hydrolyzuje a vznika PMP a oxalacetát.

Predpokladá sa, že tento mechanizmus má niekoľko čiastočne rýchlosť určujúcich krokov.[20] Bolo však preukázané, že väzba substrátu (transaldiminácia) posúva katalytickú reakciu smerom dopredu.[21]

Klinický význam[upraviť | upraviť zdroj]

AST je podobná alanínaminotransferáze (ALT) v tom, že oba enzýmy sú asociované s parenchymatickými bunkami. Rozdiel je v tom, že ALT sa nachádza hlavne v pečeni a jeho koncentrácia v obličkách, srdci a kostrových svaloch je klinicky zanedbateľná. Naproti tomu sa AST nachádza v pečeni, srdci (srdcovom svale), kostrových svaloch, obličkách, mozgu a červených krvinkách.[chýba zdroj] ALT je teda špecifickejším ukazateľom zápalu pečene oproti AST, keďže AST môže byť zvýšená i pri poruchách ostatných orgánov, ako sú infarkt myokardu, akútna pankreatitída, akútna hemolytická anémia, vážne popáleniny, akútna renálna choroba, choroby kostrových svalov, alebo trauma.[22]

AST bola definovaná ako biochemický marker pre diagnózu akútneho infarktu myokardu v roku 1954. Stanovenie AST pre túto diagnózu je však aktuálne už redundantné a bolo nahradené srdcovými troponínmi.[23]

Laboratórne testy by vždy mali byť interpretované s využitím referenčného rozpätia od laboratória, ktoré vykonalo meranie. Príklad je uvedený nižšie:

Pohlavie pacienta Referenčné hodnoty[24]
Muž 8–40 IU/l
Žena 6–34 IU/l

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. ↑ The structural basis for the altered substrate specificity of the R292D active site mutant of aspartate aminotransferase from E. coli. Protein Eng., March 1994, s. 405–412. DOI: 10.1093/protein/7.3.405. PMID 7909946.
  2. ↑ a b ŠKÁRKA, Bohumil; FERENČÍK, Miroslav. Biochémia. 3. vyd. [s.l.] : [s.n.], 1992. ISBN 80-05-01076-1.
  3. ↑ Transaminase activity in human blood.. The Journal of Clinical Investigation, January 1955, s. 126–31. DOI: 10.1172/jci103055. PMID 13221663.
  4. ↑ A note on the spectrometric assay of glutamic-oxalaceticñnn transaminase in human blood serum.. The Journal of Clinical Investigation, January 1955, s. 131–3. DOI: 10.1172/JCI103055. PMID 13221664.
  5. ↑ Serum glutamic oxaloacetic transaminase activity in human acute transmural myocardial infarction.. Science, 24 September 1954, s. 497–9. DOI: 10.1126/science.120.3117.497. PMID 13195683.
  6. ↑ GIANNINI, E. G.. Liver enzyme alteration: a guide for clinicians. Canadian Medical Association Journal, 2005-02-01, s. 367–379. ISSN 0820-3946. DOI: 10.1503/cmaj.1040752. PMID 15684121.
  7. ↑ a b Kirsch JF; Eichele G; Ford G. Mechanism of action of aspartate aminotransferase proposed on the basis of its spatial structure. J Mol Biol, 1984, s. 497–525. DOI: 10.1016/0022-2836(84)90333-4. PMID 6143829.
  8. ↑ a b BERG, JM; TYMOCZKO, JL; STRYER, L. Biochemistry. [s.l.] : W.H. Freeman, 2006. ISBN 978-0-7167-8724-2. S. 656–660.
  9. ↑ a b Recent topics in pyridoxal 5'-phosphate enzyme studies. Annu Rev Biochem, 1990, s. 87–110. DOI: 10.1146/annurev.bi.59.070190.000511. PMID 2197992.
  10. ↑ Purification and characterization of aspartate aminotransferase from the halophile archaebacterium Haloferax mediterranei. Biochem J, 1991, s. 149–54. DOI: 10.1042/bj2780149. PMID 1909112.
  11. ↑ An aspartate aminotransferase from an extremely thermophilic bacterium, Thermus thermophilus HB8. J Biochem, 1996, s. 135–44. DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a021198. PMID 8907187.
  12. ↑ Escherichia coli mutants deficient in the aspartate and aromatic amino acid aminotransferases. J Bacteriol, 1977, s. 429–40. DOI: 10.1128/JB.130.1.429-440.1977. PMID 15983.
  13. ↑ a b c X-ray structure refinement and comparison of three forms of mitochondrial aspartate aminotransferase. J Mol Biol, 1992, s. 495–517. DOI: 10.1016/0022-2836(92)90935-D. PMID 1593633.
  14. ↑ Rhee S; Silva MM; Hyde CC. Refinement and comparisons of the crystal structures of pig cytosolic aspartate aminotransferase and its complex with 2-methylaspartate. J Biol Chem, 1997, s. 17293–302. DOI: 10.1074/jbc.272.28.17293. PMID 9211866.
  15. ↑ Kamitori S; Hirotsu K; Higuchi T. Three-dimensional structure of aspartate aminotransferase from Escherichia coli at 2.8 A resolution. J Biochem, 1988, s. 317–8. DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a122464. PMID 3071527.
  16. ↑ a b c Activity and structure of the active-site mutants R386Y and R386F of Escherichia coli aspartate aminotransferase. Biochemistry, 1991, s. 1980–1985. DOI: 10.1021/bi00221a035. PMID 1993208.
  17. ↑ Domain closure in mitochondrial aspartate aminotransferase. J Mol Biol, 1992, s. 197–213. DOI: 10.1016/0022-2836(92)90691-C. PMID 1522585.
  18. ↑ Dual substrate recognition of aminotransferases. The Chemical Record, 2005, s. 160–172. DOI: 10.1002/tcr.20042. PMID 15889412.
  19. ↑ Mechanism of racemization of amino acids by aspartate aminotransferase. Eur J Biochem, 1992, s. 563–569. DOI: 10.1111/j.1432-1033.1992.tb16584.x. PMID 1735441.
  20. ↑ The reaction catalyzed by Escherichia coli aspartate aminotransferase has multiple partially rate-determining steps, while that catalyzed by the Y225F mutant is dominated by ketimine hydrolysis. Biochemistry, 1996, s. 5280–5291. DOI: 10.1021/bi952138d. PMID 8611515.
  21. ↑ Conformational change in aspartate aminotransferase on substrate binding induces strain in the catalytic group and enhances catalysis. J Biol Chem, 2003, s. 9481–9488. DOI: 10.1074/jbc.M209235200. PMID 12488449.
  22. ↑ AST/ALT [online]. . Dostupné online.
  23. ↑ Gaze DC. The role of existing and novel cardiac biomarkers for cardioprotection. Current Opinion in Investigational Drugs, 2007, s. 711–7. PMID 17729182.
  24. ↑ GPnotebook > reference range (AST) Retrieved on Dec 7, 2009 Archivované 7 január 2017 na Wayback Machine

Literatúra[upraviť | upraviť zdroj]

  • JANSONIUS, JN; VINCENT, MG. Biological Macromolecules and Assemblies. Ed. Jurnak FA. New York : Wiley, 1987. ISBN 978-0-471-85142-4. Structural basis for catalysis by aspartate aminotransferase, s. 187–285.
  • Aspartate aminotransferase of Escherichia coli: nucleotide sequence of the aspC gene. J. Biochem., 1985, s. 1259–62. DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a135173. PMID 3897210.
  • The complete amino acid sequence of aspartate aminotransferase from Escherichia coli: sequence comparison with pig isoenzymes. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1984, s. 62–67. DOI: 10.1016/0006-291X(84)90439-X. PMID 6378205.
  • Site-directed mutagenesis of Escherichia coli aspartate aminotransferase: role of Tyr70 in the catalytic processes. Biochemistry, 1991, s. 7796–7801. DOI: 10.1021/bi00245a019. PMID 1868057.

Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]

Zdroj[upraviť | upraviť zdroj]

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Aspartate transaminase na anglickej Wikipédii.

Zdroj: „https://sk.wikipedia.org/w/index.php?title=Aspartátaminotransferáza&oldid=7493122“