Aspartátaminotransferáza

Aspartátaminotransferáza je transaminačný enzým využívajúci pyridoxalfosfát (PLP), ktorý bol prvýkrát popísaný Arthurom Karmenom a jeho kolegami v roku 1954. 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.
Názvy.
Aspartátaminotransferáza sa označuje i ako aspartáttransamináza, AST/AspAT/AAT alebo (sérová) glutamátoxalacetáttransamináza (GOT, SGOT). Jej systémový názov je -aspartát:2-oxoglutarátaminotransferáza.
Funkcia.
Aspartátaminotransferáza katalyzuje konverziu aspartátu a α-ketoglutarátu na oxalacetát a glutamát:
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. 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.
Izoenzýmy.
V mnohých eukaryotoch sú prítomné dva izoenzýmy. U ľudí su to konkrétne:
Tieto izoenzýmy sa pravdepodobne vyvinuli zo spoločného predka AST cez duplikáciu génov a ich sekvenčná homológia je asi 45%.
AST sa takisto našla u mnohých mikroorganizmov, napríklad "E. coli", "H. mediterranei", a "T. thermophilus". U "E. coli" je AST kódovaná génom "aspC" a bolo preukázané, že takisto vykazuje aktivitu transaminácie aromatických aminokyselín.
Štruktúra.
Štruktúra AST z rôznych zdrojov (napríklad kuracie mitochondrie, cytozol srdca z prasaťa, "E. coli") 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. 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.
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).
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.
Mechanizmus.
Aspartátaminotrasferáza, tak ako všetky transaminázy, využíva rozpoznanie dvoch rôznych substrátov - rozpoznáva a selektívne viaže dve aminokyseliny (Asp a Glu) s rôznymi postrannými reťazcami. 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. -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 (-Glu), čím sa regeneruje pôvodný komplex enzým-PLP. Tvorba racemického produktu (-Glu) je veľmi vzácna.
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.
Predpokladá sa, že tento mechanizmus má niekoľko čiastočne rýchlosť určujúcich krokov. Bolo však preukázané, že väzba substrátu (transaldiminácia) posúva katalytickú reakciu smerom dopredu.
Klinický význam.
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. 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.
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.
Laboratórne testy by vždy mali byť interpretované s využitím referenčného rozpätia od laboratória, ktoré vykonalo meranie. Príklad je uvedený nižšie: