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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 del fosfato de piridoxal (PLP) ( EC 2.6.1.1) que fue descrita por primera vez por Arthur Karmen y colegas en 1954. [1] [2] [3] La AST cataliza la transferencia reversible de un grupo α-amino entre el aspartato y el 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 proporción ( proporción AST/ALT ) se miden comúnmente clínicamente como biomarcadores de la salud del hígado. Las pruebas son parte de los paneles sanguíneos .

La vida media de la AST total en la circulación se aproxima a 17 horas y, en promedio, 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 la aspartato aminotransferasa

Como transaminasa prototípica, la AST depende de 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 del grupo 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 de 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 puede sintetizarse a partir de oxaloacetato, que es un intermediario clave en el ciclo del ácido cítrico . [6]

Isoenzimas

Existen dos isoenzimas presentes en una amplia variedad de eucariotas. En los seres humanos: [ cita requerida ]

Se cree que estas isoenzimas evolucionaron a partir de un AST ancestral común a través de la duplicación genética 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 la aspartato transaminasa de las mitocondrias del corazón de pollo. Los dominios grande y pequeño están coloreados en azul y rojo, respectivamente, y los residuos N-terminales están resaltados en verde. PDB : 7AAT

Se han realizado estudios de cristalografía de rayos X para determinar la estructura de la aspartato transaminasa de varias fuentes, incluidas las mitocondrias de pollo, [11] el citosol del 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 a través de un enlace aldimina al grupo ε-amino de Lys258. Otros residuos en este dominio (Asp 222 y Tyr 225) también interactúan con PLP a través de 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 para los sustratos de ácido dicarboxílico : Arg386 interactúa con el grupo (α-)carboxilato proximal del sustrato, mientras que Arg292 forma complejos con el carboxilato distal (cadena lateral). [11] [14]

En términos de estructura secundaria, la AST contiene elementos α y β. Cada dominio tiene una lámina central de cadenas β con hélices α empaquetadas a cada lado. [ cita requerida ]

Mecanismo

La aspartato transaminasa, como todas las transaminasas, funciona mediante el reconocimiento de sustrato dual; es decir, es capaz de reconocer y unirse selectivamente a dos aminoácidos (Asp y Glu) con diferentes cadenas laterales. [16] En cualquier caso, la reacción de la transaminasa consta de dos semirreacciones similares que constituyen lo que se conoce como un mecanismo de ping-pong . En la primera semirreacción, el aminoácido 1 (p. ej., L-Asp) reacciona con el complejo enzima-PLP para generar cetoácido 1 (oxaloacetato) y la enzima modificada-PMP. En la segunda semirreacción, el cetoácido 2 (α-cetoglutarato) reacciona con la enzima-PMP para producir el aminoácido 2 (L-Glu), regenerando la enzima original-PLP 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 semirreacción (no mostrada) procede 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 ocurre a través de un ataque nucleofílico por parte del grupo amino desprotonado de Asp y procede a través de un intermediario 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 quinonoides : luego se abstrae el hidrógeno unido al carbono a de Asp (se cree que Lys258 es el aceptor de protones) para formar un intermedio quinonoide.
  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 oxalacetato.

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

Importancia clínica

La AST es similar a la alanina transaminasa (ALT) en que ambas enzimas están asociadas con las células parenquimatosas del hígado . 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 los glóbulos rojos. [ cita requerida ] Como resultado, la ALT es un indicador más específico de inflamación del hígado que la AST, ya que la AST puede estar elevada también 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 de infarto agudo de miocardio en 1954. Sin embargo, el uso de 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:

Véase también

Referencias

  1. ^ Karmen A, Wroblewski F, Ladue JS (enero de 1955). "Actividad de las transaminasas en la sangre humana". The Journal of Clinical Investigation . 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". The Journal of Clinical Investigation . 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". Science . 120 (3117): 497–499. Bibcode :1954Sci...120..497L. doi :10.1126/science.120.3117.497. PMID  13195683.
  4. ^ ab Giannini EG, Testa R, Savarino V (febrero de 2005). "Alteración de las enzimas hepáticas: una guía para los médicos". CMAJ . 172 (3): 367–379. doi :10.1503/cmaj.1040752. PMC 545762 . PMID  15684121. La depuración de las aminotransferasas se lleva a cabo dentro del hígado por las 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 sobre la base de su estructura espacial". Journal of Molecular Biology . 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". Revisión 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 la aspartato aminotransferasa de la arqueobacteria halófila Haloferax mediterranei". The Biochemical Journal . 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". Journal of Biochemistry . 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 de cerdo y su complejo con 2-metilaspartato". The Journal of Biological Chemistry . 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 sustrato dual de aminotransferasas". Chemical Record . 5 (3): 160–172. doi :10.1002/tcr.20042. PMID  15889412.
  17. ^ Kochhar S, Christen P (febrero de 1992). "Mecanismo de racemización de aminoácidos por aspartato aminotransferasa". Revista Europea de Bioquímica . 203 (3): 563–569. doi : 10.1111/j.1432-1033.1992.tb16584.x . PMID  1735441.
  18. ^ Goldberg JM, Kirsch JF (abril de 1996). "La reacción catalizada por la aspartato aminotransferasa de Escherichia coli tiene múltiples pasos que determinan parcialmente la velocidad, mientras que la catalizada por el mutante Y225F está dominada por la hidrólisis de la cetimina". Biochemistry . 35 (16): 5280–5291. doi :10.1021/bi952138d. PMID  8611515.
  19. ^ Hayashi H, Mizuguchi H, Miyahara I, Nakajima Y, Hirotsu K, Kagamiyama H (marzo de 2003). "El cambio conformacional en la aspartato aminotransferasa en la unión del sustrato induce tensión en el grupo catalítico y mejora la catálisis". The Journal of Biological Chemistry . 278 (11): 9481–9488. doi : 10.1074/jbc.M209235200 . PMID  12488449.
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  21. ^ Gaze DC (septiembre de 2007). "El papel de los biomarcadores cardíacos existentes y nuevos para la cardioprotección". Current Opinion in Investigational Drugs . 8 (9): 711–717. PMID  17729182.
  22. ^ GPnotebook > rango de referencia (AST) Recuperado el 7 de diciembre de 2009 Archivado el 7 de enero de 2017 en Wayback Machine.

Lectura adicional

Enlaces externos

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Aspartato transaminasas .