Трансаминазы — ферменты переноса аминогрупп¶
Трансаминазы — группа ферментов класса трансфераз, catalyzирующих перенос аминогруппы от аминокислоты на кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Этот процесс, называемый трансаминированием или аминотрансферазной реакцией, является ключевым звеном азотистого обмена: он связывает белковый и углеводный метаболизм, обеспечивая синтез заменимых аминокислот и превращение продуктов распада в вещества, участвующие в цикле Кребса. Трансаминазы широко распространены в тканях человека и животных, наибольшая их активность выявлена в печени, сердечной мышце, скелетных мышцах и почках.
¶Механизм реакции
Реакция трансаминирования катализируется в два этапа и требует участия кофермента — пиридоксаль-5-фосфата (активной формы витамина B6). На первом этапе аминокислота отдаёт аминогруппу пиридоксаль-фосфату с образованием пиридоксамин-5-фосфата и соответствующей кетокислоты. На втором этапе аминогруппа переносится с пиридоксаминфосфата на другую кетокислоту, в результате чего образуется новая аминокислота, а кофермент регенерируется. Общий вид реакции:
α-аминокислота₁ + α-кетокислота₂ ⇄ α-кетокислота₁ + α-аминокислота₂
Такой двухступенчатый механизм обеспечивает обратимость процесса, что позволяет трансаминазам участвовать как в биосинтезе аминокислот, так и в их катаболизме.
¶Основные виды
В организме человека наиболее изучены две трансаминазы:
- Аланинаминотрансфераза (АЛТ, ALT) — катализирует перенос аминогруппы между аланином и α-кетоглутаровой кислотой с образованием пирувата и глутамата. Наибольшая активность АЛТ обнаружена в клетках печени (гепатоцитах), поэтому этот фермент считается наиболее специфичным маркером повреждения печёночной ткани.
- Аспартатаминотрансфераза (АСТ, AST) — переносит аминогруппу между аспарагиновой кислотой и α-кетоглутаровой кислотой с образованием оксалоацетата и глутамата. АСТ содержится не только в печени, но и в миокарде, скелетных мышцах, почках и эритроцитах, поэтому её повышение менее специфично.
Кроме этих двух ферментов, в различных тканях действуют другие трансаминазы: лейцинаминотрансфераза, тирозинаминотрансфераза, метионинаминотрансфераза, γ-аминомасляная кислота-трансаминаза и ряд других, каждая из которых работает с определённой парой субстратов.
¶Биологическая роль
Трансаминазы выполняют несколько ключевых функций в метаболизме:
- Связь белкового и углеводного обмена. При распаде аминокислот их углеродный скелет превращается в кетокислоты — интермедиаты цикла Кребса (пируват, оксалоацетат, α-кетоглутарат). Это позволяет продуктам белкового распада участвовать в энергетическом обмене.
- Глюконеогенез. Аланин, синтезируемый в мышцах при трансаминировании пирувата, по крови поступает в печень, где обратная реакция再生ирует пируват для синтеза глюкозы (аланин-глюкозный цикл).
- Обезвреживание аммиака. Трансаминазы переносят аминогруппы на глутамат, который далее используется в глутаминсинтетазной реакции или в цикле мочевины.
- Биосинтез заменимых аминокислот из соответствующих кетокислот.
¶Трансаминазы в клинической диагностике
Определение активности АЛТ и АСТ в сыворотке крови — один из самых распространённых биохимических тестов. В норме активность АЛТ составляет около 7–41 Ед/л, АСТ — около 10–38 Ед/л (референсные значения различаются в зависимости от лаборатории и используемого метода).
Повышение активности трансаминаз свидетельствует о повреждении клеток, содержащих эти ферменты, так как при разрушении клеточной мембраны ферменты выходят в кровоток. Клиническое значение имеют следующие состояния:
- Повышение АЛТ — вирусные и токсические гепатиты, жировая болезнь печени, цирроз, приём гепатотоксичных препаратов (парацетамол, статины, антибиотики).
- Повышение АСТ — инфаркт миокарда (АСТ повышается раньше АЛТ в первые часы), повреждение скелетных мышц, гемолиз.
- Отношение АСТ/АЛТ (коэффициент де Ритиса) — в норме составляет около 1,33. Значение выше 2 характерно для алкогольного поражения печени, ниже 1 — для вирусных гепатитов.
Для дифференциальной диагностики используют также определение креатинкиназы, щелочной фосфатазы, γ-глутамилтранспептидазы и других ферментов в сочетании с трансаминазами.
¶Определение активности в лаборатории
Активность трансаминаз измеряют в единицах активности на литр (Ед/л). Основные методики:
- Кинетический фотометрический метод — наиболее распространённый; основан на измерении скорости изменения оптической плотности при окислении НАДН в присутствии малатдегидрогеназы и лактатдегидрогеназы, работающих в связке с трансаминазой.
- Цветовой метод с реактивом Райтмана-Френкеля — классический колориметрический подход, основанный на определении пирувата с 2,4-динитрофенилгидразином.
¶Трансаминазы в биотехнологии
Рекомбинантные трансаминазы применяются в промышленном биосинтезе L-аминокислот, в частности L-треонина и L-валина. Широко используются трансаминазы-шаблоны (transaminase engineering), модифицированные методами направленной эволюции для синтеза хиральных аминов — прекурсоров фармацевтических субстанций.
¶История
Открытие трансаминаз относится к 1930-м годам. В 1937 году немецкий биохимик Шонхаймер и его сотрудники установили, что аминогруппы аминокислот обмениваются с кетокислотами. Систематическое изучение ферментов началось в работах немецкого биохимика Кристиана Шенхеймер (Friedrich Kretschmer) и особенно Виктора Глинки (Viktor Glinka). Основной вклад в выделение и характеристику АСТ и АЛТ внесли японские исследователи в конце 1940-х — начале 1950-х годов, в частности Синъитиро Касахара и Горо Камияма. В 1955 году Международной биохимической комиссией были приняты единые номенклатурные обозначения ферментов, закрепившие названия «аланинаминотрансфераза» и «аспартатаминотрансфераза».
¶Источники
- Ленинджер А. Биохимия. — М.: Мир, 1974.
- Струкова М. А., Ткачук В. А. Биохимия: учебник. — М.: ГЭОТАР-Медиа.
- Новикова И. Н. Биохимия: конспект лекций. — М.: Феникс.
- Ройт И., Бродский Дж., Долби Дж. Иммунология: учебник. — М.: Практика.
- Медицинская биохимия / под ред. В. Н. Быкова. — М.: ГЭОТАР-Медиа.