78. Трансаминирование: аминотрансферазы; коферментная функция витамина в6. Специфичность аминотрансфераз.
Из реакциипереноса NH2 наиболее важныреакциитрансаминирования. Они катализируются трансаминазами и участвуют в катаболических и анаболических процессах с участиемаминокислот. Притрансаминированииаминогруппааминокислоты(аминокислота1) переносится на 2-кетокислоту (кетокислота2). Изаминокислотыпри этом образуется 2-кетокислота (а), а из первоначальнойкетокислоты—аминокислота(b). Переносимая NH2-группа временно присоединяется к связанному сферментомпиридоксальфосфату, который вследствие этого переходит в пиридоксаминофосфат.
Механизм трансаминирования. В отсутствиесубстратовальдегидная группапиридоксальфосфатаковалентно связана с остаткомлизинатрансаминазы (1). Этот тип соединения, найденный также вродопсинах(см. с.346), относится кальдиминамилишиффовым основаниям, во времяреакцииаминокислота1 вытесняет остатоклизинаи образуется новыйальдимин(2). Затем за счетизомеризациипроисходит перемещениедвойной связи. Полученныйкетимин(3) гидролизуется до 2-кетокислоты и пиридоксаминфосфата (4). На второй частиреакциите же стадии протекают в противоположном направлении: пиридоксаминфосфат и вторая 2-кетокислота образуюткетимин, который иэомеризуется вальдимин. Наконец, отщепляется втораяаминокислотаи регенерируетсякофермент.
Аминотрансфера́зы (трансаминазы) —ферментыиз группытрансфераз, переносящиеаминогруппыбез образования свободногоаммиака. Аминотрансферазы также называют трансаминазами, а реакцию —трансаминированием. Для аминотрансфераз донором аминогрупп являютсяаминокислоты, а акцептором —кетокислоты:
AK1 + KK2 ↔ KK1 + AK2
В составе простетической группыаминотрансферазы содержат производныевитамина B6. Во время переноса аминогруппы простетическая группа переходит из пиридоксаль-5-фосфатной формы в пиридосамино-5-фосфатную форму. Механизм реакции трансаминирования открыт в1937году советскими учеными А.Е. Браунштейном и М.Г.Крицман. Процесс протекает в две стадии.Альдегидная группапиридоксальфостфата (-СНО) взаимодействует с аминогруппой аминокислоты с образованием иминной связи восновании Шиффа: сначала α-аминогруппа аминокислоты-донора замещает ε-аминогруппуапофермента, а затем происходит перегруппировка черезкетимини в результатегидролизаобразуется пиридосамино-5-фосфат и α-кетокислота. Реакции повторяются в обратном порядке
Аминотрансферазы являются каталитически совершенными ферментами. Аминотрансферазы содержаться практически во всех органах, но наиболее активно реакции трансаминирования идут в печени. К этой группе ферментов относятся такие важные для клинической лабораторной диагностики ферменты, какАСТиАЛТ.
Пиридоксальфосфатявляется простетической группой аминотранс-фераз, катализирующих обратимый переносаминогруппы(NH2-группы) отаминокислотна α-кетокислоту, и декарбоксилазаминокислот, осуществляющих необратимое отщепление СО2откарбоксильной группыаминокислотс образованием биогенныхаминов. Установлена кофер-ментная рольпиридоксальфосфатав ферментативныхреакцияхнеокислительногодезаминированиясеринаитреонина,окислениятриптофана, кинуренина, превращениясеросодержащих аминокислот, взаимопревращениясеринаиглицина, а также в синтезе δ-аминолевулиновойкислоты, являющейсяпредшественникоммолекулыгемагемоглобина. В последние годы число вновь открытых пиридокса-левыхферментовбыстро увеличивалось. Так, для действия гликогенфос-форилазы существенной оказалась фосфорильная, а не альдегидная группапиридоксальфосфата. Вследствие широкого участияпиридоксальфосфатав процессах обмена при недостаточностивитаминаВ6отмечаются разнообразные нарушенияметаболизма аминокислот.
79. Аминокислоты, участвующие в трансаминировании; особая роль глутаминовой кислоты. Биологическое значение реакций трансаминирования. Определение трансаминаз в сыворотке крови при инфаркте миокарда и болезнях печени.
Чрезвычайно широкое распространение трансаминаз в животных тканях, умикроорганизмови растений, их высокая резистентность к физическим, химическим и биологическим воздействиям, абсолютная стереохимическаяспецифичностьпо отношению к L-аминокислотам, а также высокая каталитическаяактивностьв процессахтрансаминированияпослужили предметом детального исследования роли этихферментовв обменеаминокислот. Ранее было указано, что при физиологических значениях рН средыактивностьоксидазы L-аминокислот резко снижена. Учитывая это обстоятельство, а также высокую скорость протеканияреакциитрансами-нирования, А.Е. Браунштейн выдвинул гипотезу о возможности существования в животныхтканяхнепрямого путидезаминирования аминокислотчерезреакциитрансаминирования, названного имтрансдезаминированием. Основой для выдвижения этой гипотезы послужили также данные Г. Эйлера о том, что в животныхтканяхиз всех природныхаминокислотс высокой скоростью дезаминируется толькоL-глутаминовая кислотавреакции, катализируемой высокоактивной и специфической глутамат-дегидрогеназой.
Согласно гипотезе, получившей экспериментальное подтверждение, все или почти все природные аминокислоты(исключение составляетметионин) сначала реагируют с α-кетоглутаровойкислотойвреакциитрансами-нирования с образованиемглутаминовой кислотыи соответствующейкетокислоты. Образовавшаясяглутаминовая кислотазатем подвергается непосредственному окислительномудезаминированиюпод действием глу-таматдегидрогеназы. Суммарнаяреакцияпри этом следующая:
R,—CH(NH2)—COOH + НАД++H20-> R,—CO—СООН + НАДН2 + NH3.
Поскольку обе реакции(трансаминированиеидезаминированиеглу-таминовойкислоты) являются обратимыми, создаются условия для синтеза по существу любойаминокислоты, если ворганизмеимеются соответствующие α-кетокислоты. Известно, чтоорганизмживотных и человека не наделен способностью синтеза углеродных скелетов (α-кетокислот), так называемых незаменимыхаминокислот; этой способностью обладают только растения и многиемикроорганизмы. Механизм, при помощи которого в живыхорганизмахосуществляется синтез природныхаминокислотиз α-кетокислот иаммиака, был назван А.Е. Браунштейномтрансреаминированием.Сущность его сводится квосстановительному аминированиюα-кетоглутаровойкислотыс образованиемглутаминовой кислоты(реакциюкатализирует НАДФ-зависимая глута-матдегидрогеназа, работающая в режиме синтеза) и к последующемутрансаминированиюглутамата с любой α-кетокислотой. В результате образуется L-аминокислота, соответствующая исходнойкетокислоте, и вновь освобождается α-кетоглутароваякислота, которая может акцептировать новуюмолекулуаммиака. Таким образом, трансаминазы катализируют опосредованное черезглутаматдегидрогеназудезаминированиеприродныхаминокислотибиосинтез аминокислот.
Получены доказательства существования в организметеплокровных животных еще одного механизма непрямого (опосредованного) дезаминирования L-аминокислот, при котором Глу, Асп иАМФвыполняют роль системы переноса NН2-группы; гидролитическоедезаминированиеАМФприводит к образованию инозинмонофосфата (ИМФ) иаммиака:
Возможно, что в аналогичной системе в качестве промежуточного переносчика NH2-группы вместоАМФучаствует НАД.
Клиническое значение определения активности трансаминаз. Широкое распространение и высокаяактивностьтрансаминаз в органах итканяхчеловека, а также сравнительно низкие величиныактивностиэтихферментоввкровипослужилиоснованиемдля определения уровня ряда трансаминаз всыворотке кровичеловека при органических и функциональных поражениях разных органов. Для клинических целей наибольшее значение имеют две трансаминазы –аспартат-аминотрансфераза (AcAT)и аланин-аминотрансфераза (АлАТ), катализирующие соответственно следующие обратимыереакции:
В сыворотке кровиздоровых людейактивностьэтих трансаминаз в тысячи раз ниже, чем в паренхиматозных органах. Поэтому органические поражения при острых и хронических заболеваниях, сопровождающиеся деструкциейклеток, приводят к выходу трансаминаз из очага поражения вкровь. Так, уже через 3–5 ч после развития инфаркта миокарда уровень АсАТ всыворотке кровирезко повышается (в 20–30 раз). Максимумактивностиобеих трансаминазкровиприходится на конец первых суток, а уже через 2–3 дня при благоприятном исходе болезни уровень сывороточных трансаминаз возвращается к норме. Напротив, при затяжном процессе или наступлении повторного инфаркта миокарда наблюдается новый пик повышенияактивностиэтихферментоввкрови. Этим объясняется тот факт, что в клинике трансаминазныйтестиспользуется не только для постановки диагноза, но и для прогноза и проверки эффективности лечения . При пораженияхклетокпечени, например при гепатитах, также наблюдается гипертрансаминаземия (за счет преимущественного повышения уровня АлАТ), но она имеет более умеренный и затяжной характер, а повышениеактивноститрансаминазы всыворотке кровипроисходит медленно. При различного рода коронарной недостаточности (стенокардия, пороки сердца и др., кроме инфаркта миокарда) гипертрансаминаземия или не наблюдается, или незначительна. Определениеактивноститрансаминаз всыворотке кровипри заболеваниях сердца следует отнести к дифференциально-диагностическим лабораторнымтестам. Повышение уровня трансаминаз всыворотке кровиотмечено, кроме того, при некоторых заболеваниях мышц, в частности при обширных травмах, гангрене конечностей и прогрессивной мышечной дистрофии.