Введение
Фермент, участвующий в метаболизме аминокислот, аспартат-трансаминаза (AST) или аспартат-аминотрансфераза, также известный как AspAT/ASAT/AAT или (сывороточная) глутаминовая оксалоацетическая трансаминаза (GOT, SGOT), является пиридоксалофосфатным (PLP) зависимым ферментом трансаминазы, который был впервые описан Артуром Карменом и его коллегами в 1954 году. AST катализирует обратимую передачу α-аминогруппы между аспартатом и глутаматом и, таким образом, является важным ферментом в метаболизме аминокислот. AST содержится в печени, сердце, скелетных мышцах, почках, мозге, эритроцитах и желчном пузыре. Уровень AST в сыворотке крови, уровень ALT (аланин-трансаминазы) в сыворотке крови и их соотношение (AST/ALT) обычно измеряются клинически как биомаркеры состояния печени. Эти тесты входят в состав панелей анализов крови. Период полувыведения общей AST в кровообращении составляет приблизительно 17 часов, а для митохондриальной AST – в среднем 87 часов. Аминотрансфераза выводится из организма синусоидными клетками печени. Перенос аминогруппы, катализируемый этим ферментом, имеет решающее значение как в деградации, так и в биосинтезе аминокислот. При деградации аминокислот, после превращения α-кетоглутарата в глутамат, глутамат впоследствии подвергается окислительному деаминированию с образованием ионов аммония, которые выводятся в виде мочевины. В обратной реакции аспартат может быть синтезирован из оксалоацетата, который является ключевым промежуточным продуктом цикла Кребса.
Aspartate transaminase (AST) or aspartate aminotransferase, also known as AspAT/ASAT/AAT or (serum) glutamic oxaloacetic transaminase (GOT, SGOT), is a pyridoxal phosphate (PLP) dependent transaminase enzyme that was first described by Arthur Karmen and colleagues in 1954. AST catalyzes the reversible transfer of an α amino group between aspartate and glutamate and, as such, is an important enzyme in amino acid metabolism. AST is found in the liver, heart, skeletal muscle, kidneys, brain, red blood cells and gall bladder. Serum AST level, serum ALT (alanine transaminase) level, and their ratio (AST/ALT ratio) are commonly measured clinically as biomarkers for liver health. The tests are part of blood panels. The half life of total AST in the circulation approximates 17 hours and, on average, 87 hours for mitochondrial AST. Aminotransferase is cleared by sinusoidal cells in the liver. The amino group transfer catalyzed by this enzyme is crucial in both amino acid degradation and biosynthesis. In amino acid degradation, following the conversion of α ketoglutarate to glutamate, glutamate subsequently undergoes oxidative deamination to form ammonium ions, which are excreted as urea. In the reverse reaction, aspartate may be synthesized from oxaloacetate, which is a key intermediate in the citric acid cycle.
Изоферменты
Два изофермента обнаружены у широкого спектра эукариот. У человека: GOT1/cAST, цитозольный изофермент в основном содержится в эритроцитах и сердце. GOT2/mAST, митохондриальный изофермент, преобладает в печени. Предполагается, что эти изоферменты произошли от общего предка АСТ в результате дупликации генов, и демонстрируют примерно 45% гомологии последовательностей. АСТ также был обнаружен у ряда микроорганизмов, включая E. coli, H. mediterranei и T. thermophilus. У E. coli фермент кодируется геном aspC и также проявляет активность ароматической аминотрансферазы.
GOT1/cAST, the cytosolic isoenzyme derives mainly from red blood cells and heart. GOT2/mAST, the mitochondrial isoenzyme is present predominantly in liver. These isoenzymes are thought to have evolved from a common ancestral AST via gene duplication, and they share a sequence homology of approximately 45%. AST has also been found in a number of microorganisms, including E. coli, H. mediterranei, and T. thermophilus. In E. coli, the enzyme is encoded by the aspCgene and has also been shown to exhibit the activity of an aromatic amino acid transaminase .
Структура
Для определения структуры аспартаттрансаминазы из различных источников, включая митохондрии курицы, цитозоль сердца свиньи и *E. coli*, были проведены исследования рентгеновской кристаллографии. В целом, трехмерная полипептидная структура для всех видов достаточно сходна. AST является димером, состоящим из двух идентичных субъединиц, каждая из которых содержит приблизительно 400 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу около 45 кД. Два независимых активных центра расположены вблизи границы между двумя доменами. В каждом активном центре пара остатков аргинина отвечает за специфичность фермента к дикарбоновым кислотам: Arg386 взаимодействует с проксимальной (α) карбоксильной группой субстрата, а Arg292 образует комплекс с дистальной (боковой цепью) карбоксильной группой. В любом случае, трансаминазная реакция состоит из двух сходных полуреакций, составляющих так называемый механизм «пинг-понг». В первой полуреакции аминокислота 1 (например, L-аспарагиновая кислота) реагирует с ферментным комплексом PLP с образованием кетокислоты 1 (оксалоацетата) и модифицированного фермента PMP. Во второй полуреакции кетокислота 2 (α-кетоглутарат) реагирует с ферментом PMP с образованием аминокислоты 2 (L-глутаминовая кислота), восстанавливая исходный фермент PLP в процессе. Образование рацемического продукта (D-глутаминовая кислота) встречается крайне редко. Конкретные этапы полуреакции фермента PLP + аспартат ⇌ фермента PMP + оксалоацетат представлены ниже (см. рисунок); другая полуреакция (не показана) протекает в обратном направлении, с α-кетоглутаратом в качестве субстрата. Однако было показано, что стадия связывания субстрата (трансальдиминация) продвигает каталитическую реакцию вперед.