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aspartato transaminasa

La aspartato transaminasa ( AST ) o aspartato aminotransferasa , también conocida como AspAT / ASAT / AAT o transaminasa glutámico oxalacética ( sérica ) ( GOT , SGOT ), es una enzima transaminasa dependiente de piridoxal fosfato (PLP) ( EC 2.6.1.1) que fue primero descrita por Arthur Karmen y colegas en 1954. [1] [2] [3] La AST cataliza la transferencia reversible de un grupo α-amino entre aspartato y glutamato y, como tal, es una enzima importante en el metabolismo de los aminoácidos. La AST se encuentra en el hígado , el corazón , el músculo esquelético , los riñones , el cerebro , los glóbulos rojos y la vesícula biliar. El nivel sérico de AST, el nivel sérico de ALT ( alanina transaminasa ) y su relación ( relación AST/ALT ) se miden comúnmente clínicamente como biomarcadores de la salud del hígado. Las pruebas son parte de los paneles de sangre .

La vida media de la AST total en la circulación se aproxima a 17 horas y, en promedio, a 87 horas para la AST mitocondrial . [4] La aminotransferasa es eliminada por las células sinusoidales del hígado. [4]

Función

La aspartato transaminasa cataliza la interconversión de aspartato y α-cetoglutarato en oxaloacetato y glutamato .

L-aspartato (Asp) + α-cetoglutarato ↔ oxaloacetato + L-glutamato (Glu)

Reacción catalizada por aspartato aminotransferasa.

Como transaminasa prototípica, la AST depende de la PLP (vitamina B6) como cofactor para transferir el grupo amino del aspartato o glutamato al cetoácido correspondiente . En el proceso, el cofactor se desplaza entre PLP y la forma de fosfato de piridoxamina (PMP). [5] La transferencia de grupos amino catalizada por esta enzima es crucial tanto en la degradación como en la biosíntesis de aminoácidos. En la degradación de aminoácidos, tras la conversión del α-cetoglutarato en glutamato, el glutamato sufre posteriormente una desaminación oxidativa para formar iones de amonio , que se excretan como urea . En la reacción inversa, el aspartato se puede sintetizar a partir de oxalacetato, que es un intermediario clave en el ciclo del ácido cítrico . [6]

Isoenzimas

Dos isoenzimas están presentes en una amplia variedad de eucariotas. En humanos: [ cita necesaria ]

Se cree que estas isoenzimas evolucionaron a partir de una AST ancestral común mediante duplicación de genes y comparten una homología de secuencia de aproximadamente el 45%. [7]

También se ha encontrado AST en varios microorganismos, incluidos E. coli , H. mediterranei , [8] y T. thermophilus . [9] En E. coli , la enzima está codificada por el gen aspC y también se ha demostrado que exhibe la actividad de una transaminasa de aminoácidos aromáticos ( EC 2.6.1.57). [10]

Estructura

Estructura del dímero de aspartato transaminasa de las mitocondrias del corazón de pollo. Los dominios grande y pequeño están coloreados en azul y rojo, respectivamente, con los residuos N-terminales resaltados en verde. PDB : 7AAT

Se han realizado estudios de cristalografía de rayos X para determinar la estructura de la aspartato transaminasa de diversas fuentes, incluidas las mitocondrias de pollo, [11] el citosol de corazón de cerdo, [12] y E. coli . [13] [14] En general, la estructura polipeptídica tridimensional de todas las especies es bastante similar. La AST es dimérica y consta de dos subunidades idénticas, cada una con aproximadamente 400 residuos de aminoácidos y un peso molecular de aproximadamente 45 kD. [7] Cada subunidad está compuesta por un dominio grande y uno pequeño, así como un tercer dominio que consta de los residuos N-terminales 3-14; Estos pocos residuos forman una hebra que une y estabiliza las dos subunidades del dímero. El dominio grande, que incluye los residuos 48-325, une el cofactor PLP mediante un enlace aldimina al grupo ε-amino de Lys258. Otros residuos en este dominio (Asp 222 y Tyr 225) también interactúan con el PLP mediante enlaces de hidrógeno . El dominio pequeño consta de los residuos 15-47 y 326-410 y representa una región flexible que cambia la enzima de una conformación "abierta" a una "cerrada" tras la unión del sustrato. [11] [14] [15]

Los dos sitios activos independientes están ubicados cerca de la interfaz entre los dos dominios. Dentro de cada sitio activo, un par de residuos de arginina son responsables de la especificidad de la enzima por los sustratos del ácido dicarboxílico : Arg386 interactúa con el grupo carboxilato (α-) proximal del sustrato, mientras que Arg292 forma complejos con el carboxilato distal (cadena lateral). [11] [14]

En términos de estructura secundaria, AST contiene elementos α y β. Cada dominio tiene una hoja central de hebras β con hélices α empaquetadas a cada lado. [ cita necesaria ]

Mecanismo

La aspartato transaminasa, como ocurre con todas las transaminasas, funciona mediante el reconocimiento de sustrato dual; es decir, es capaz de reconocer y unir selectivamente dos aminoácidos (Asp y Glu) con diferentes cadenas laterales. [16] En cualquier caso, la reacción de las transaminasas consta de dos semirreacciones similares que constituyen lo que se conoce como mecanismo de ping-pong . En la primera media reacción, el aminoácido 1 (p. ej., L-Asp) reacciona con el complejo enzima-PLP para generar el cetoácido 1 (oxalacetato) y la enzima modificada-PMP. En la segunda mitad de la reacción, el cetoácido 2 (α-cetoglutarato) reacciona con la enzima PMP para producir el aminoácido 2 (L-Glu), regenerando la enzima PLP original en el proceso. La formación de un producto racémico (D-Glu) es muy rara. [17]

Los pasos específicos para la semirreacción de Enzima-PLP + aspartato ⇌ Enzima-PMP + oxaloacetato son los siguientes (ver figura); la otra media reacción (no mostrada) se desarrolla de manera inversa, con α-cetoglutarato como sustrato. [5] [6]

Mecanismo de reacción de la aspartato aminotransferasa.
  1. Formación de aldimina interna : Primero, el grupo ε-amino de Lys258 forma un enlace de base de Schiff con el carbono del aldehído para generar una aldimina interna.
  2. Transaldiminación: la aldimina interna se convierte en una aldimina externa cuando el grupo ε-amino de Lys258 es desplazado por el grupo amino del aspartato. Esta reacción de transaldiminación se produce mediante un ataque nucleofílico por parte del grupo amino desprotonado de Asp y avanza a través de un intermedio tetraédrico. En este punto, los grupos carboxilato de Asp son estabilizados por los grupos guanidinio de los residuos Arg386 y Arg 292 de la enzima.
  3. Formación de quinonoide : el hidrógeno unido al carbono a de Asp luego se extrae (se cree que Lys258 es el aceptor de protones) para formar un quinonoide intermedio.
  4. Formación de cetimina : el quinonoide se reprotona, pero ahora en el carbono aldehído, para formar el intermedio de cetimina.
  5. Hidrólisis de cetimina : finalmente, la cetimina se hidroliza para formar PMP y oxaloacetato.

Se cree que este mecanismo tiene múltiples pasos que determinan parcialmente la tasa . [18] Sin embargo, se ha demostrado que el paso de unión del sustrato (transaldiminación) impulsa la reacción catalítica. [19]

Significación clínica

La AST es similar a la alanina transaminasa (ALT) en que ambas enzimas están asociadas con las células del parénquima hepático . La diferencia es que la ALT se encuentra predominantemente en el hígado, con cantidades clínicamente insignificantes en los riñones, el corazón y el músculo esquelético, mientras que la AST se encuentra en el hígado, el corazón ( músculo cardíaco ), el músculo esquelético, los riñones, el cerebro y el tejido rojo. células de sangre. [ cita necesaria ] Como resultado, ALT es un indicador más específico de inflamación hepática que AST, ya que AST también puede estar elevado en enfermedades que afectan a otros órganos, como infarto de miocardio , pancreatitis aguda , anemia hemolítica aguda , quemaduras graves, enfermedad renal aguda. , enfermedades musculoesqueléticas y traumatismos. [20]

La AST se definió como un marcador bioquímico para el diagnóstico del infarto agudo de miocardio en 1954. Sin embargo, el uso de la AST para dicho diagnóstico ahora es redundante y ha sido reemplazado por las troponinas cardíacas . [21]

Las pruebas de laboratorio siempre deben interpretarse utilizando el rango de referencia del laboratorio que realizó la prueba. A continuación se muestran ejemplos de rangos de referencia:

Ver también

Referencias

  1. ^ Karmen A, Wroblewski F, Ladue JS (enero de 1955). "Actividad de las transaminasas en sangre humana". La Revista de Investigación Clínica . 34 (1): 126-131. doi :10.1172/jci103055. PMC  438594 . PMID  13221663.
  2. ^ Karmen A (enero de 1955). "Una nota sobre el ensayo espectrométrico de la transaminasa glutámico-oxalacética en suero sanguíneo humano". La Revista de Investigación Clínica . 34 (1): 131-133. doi :10.1172/JCI103055. PMC 438594 . PMID  13221664. 
  3. ^ Ladue JS, Wroblewski F, Karmen A (septiembre de 1954). "Actividad de la transaminasa glutámico oxalacética sérica en el infarto agudo de miocardio transmural humano". Ciencia . 120 (3117): 497–499. Código Bib : 1954 Ciencia... 120.. 497L. doi : 10.1126/ciencia.120.3117.497. PMID  13195683.
  4. ^ ab Giannini EG, Testa R, Savarino V (febrero de 2005). "Alteración de las enzimas hepáticas: una guía para médicos". CMAJ . 172 (3): 367–379. doi :10.1503/cmaj.1040752. PMC 545762 . PMID  15684121. La eliminación de aminotransferasas se lleva a cabo en el hígado mediante células sinusoidales. La vida media en la circulación es de aproximadamente 47 horas para la ALT, aproximadamente 17 horas para la AST total y, en promedio, 87 horas para la AST mitocondrial. 
  5. ^ ab Kirsch JF, Eichele G, Ford GC, Vincent MG, Jansonius JN, Gehring H, Christen P (abril de 1984). "Mecanismo de acción de la aspartato aminotransferasa propuesto en base a su estructura espacial". Revista de biología molecular . 174 (3): 497–525. doi :10.1016/0022-2836(84)90333-4. PMID  6143829.
  6. ^ ab Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2006). Bioquímica . WH Freeman. págs. 656–660. ISBN 978-0-7167-8724-2.
  7. ^ ab Hayashi H, Wada H, Yoshimura T, Esaki N, Soda K (1990). "Temas recientes en estudios de la enzima piridoxal 5'-fosfato". Revista Anual de Bioquímica . 59 : 87-110. doi :10.1146/annurev.bi.59.070190.000511. PMID  2197992.
  8. ^ Muriana FJ, Alvarez-Ossorio MC, Relimpio AM (agosto de 1991). "Purificación y caracterización de aspartato aminotransferasa de la arquebacteria halófila Haloferax mediterranei". La revista bioquímica . 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 (enero de 1996). "Una aspartato aminotransferasa de una bacteria extremadamente termófila, Thermus thermophilus HB8". Revista de Bioquímica . 119 (1): 135-144. doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a021198. PMID  8907187.
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  12. ^ Rhee S, Silva MM, Hyde CC, Rogers PH, Metzler CM, Metzler DE, Arnone A (julio de 1997). "Refinamiento y comparaciones de las estructuras cristalinas de la aspartato aminotransferasa citosólica porcina y su complejo con 2-metilaspartato". La Revista de Química Biológica . 272 (28): 17293–17302. doi : 10.1074/jbc.272.28.17293 . PMID  9211866.
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  16. ^ Hirotsu K, Goto M, Okamoto A, Miyahara I (2005). "Reconocimiento de doble sustrato de aminotransferasas". Registro químico . 5 (3): 160-172. doi :10.1002/tcr.20042. PMID  15889412.
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  22. ^ GPnotebook> rango de referencia (AST) Obtenido el 7 de diciembre de 2009 Archivado el 7 de enero de 2017 en Wayback Machine.

Otras lecturas

enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con las aspartato transaminasas .