ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ

ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ (син. переаминирование) — обратимый межмолекулярный перенос аминогруппы (NH₂-группы) вместе с протоном и парой электронов от аминокислот или аминов к оксокислотам или другим карбонильным соединениям (альдегидам, кетонам).

Т. происходит в соответствии со следующей принципиальной схемой:

Т. является процессом, имеющим чрезвычайно большое общебиол. значение. Определение активности, изучение свойств ферментов, катализирующих реакции Т., исследование закономерностей этих реакций играют существенную роль в расшифровке патогенеза, а также в клинико-биохим. диагностике и прогнозировании течения нек-рых заболеваний. Генетически детерминированный дефект нек-рых ферментов, участвующих в Т., является причиной ряда наследственных болезней (см. Энзимопатии).

Ферментативное Т. было открыто в 1937 г. советскими биохимиками А. Е. Браунштейном и М. Г. Крицман. Исследуя превращения L-глутаминовой к-ты в скелетных мышцах и миокарде, они установили быстрое перемещение ее NH₂-группы на пировиноградную (альфа-оксопропионовую) к-ту с образованием альфа-оксоглутаровой к-ты и L-аланина; реакция столь же легко шла в обратном направлении (до определенной точки равновесия). В этой системе NH₂-группу глутамата акцептировали и нек-рые другие альфа-оксокислоты.

При биологическом, ферментативном, Т. наиболее часто исходными субстратами являются альфа-аминокислоты (см. Аминокислоты) и альфа-оксокислоты (см. Кетокислоты). От строения их молекул зависит положение равновесия в ферментативных реакциях Т. Первоначально предполагали, что в биол. Т. одной из субстратных пар должны быть дикарбоновые аминокислота и оксокислота (преимущественно пара глутамат — оксоглутарат). В дальнейшем было установлено существование в клетках любых организмов реакций Т. между монокарбоновыми донорами и акцепторами NH2-rpynn без участия аминодикарбоновых к-т. Позже было обнаружено существование ферментных систем, действующих на субстраты с NH₂— и соответственно CO-группами не в альфа-положении, a в бета-, гамма- или дельта-положении. В реакциях Т. альфа-аминокиелот у человека, животных и растений участвуют только L-изомеры, причем в клетках этих эукариотических организмов наиболее активно превращаемой обычно является донорно-акцепторная пара L-глутамат — альфа-оксоглутарат.

Торном (С. В. Thorne) было открыто трансамнннрование D-изомеров аминокислот у микроорганизмов, в частности у бацилл; этим путем образуются D-аминокнслотные остатки, содержащиеся в клеточной стенке микроорганизмов.

Ферменты, катализирующие реакции трансаминирования

Реакции Т. катализируют ферменты аминотранеферазы, или трансаминазы (см. Аминотрансферазы). Известно ок. 60 индивидуальных, отличающихся по субстратной специфичности аминотрансфераз, объединенных в Номенклатуре ферментов под кодовым шифром КФ 2.6.1…, не считая множественных форм этих ферментов, специфических в видовом отношении и различных по внутриклеточной локализации (напр., митохондриальные и цитоплазматические) и отдельным физ. и хим. признакам (см. Изоферменты). Одни аминотранеферазы обладают строгой субстратной специфичностью к определенным донорно-акцепторным парам, субстратная специфичность других относительна и направлена на группу родственных субстратных пар, содержащих, напр., ароматические циклы в бета-положении; при этом тот или иной субстрат может обладать особенно высоким сродством к ферменту. Так, аминотранеферазы, катализирующие перенос альфа-NH₂-группы глутамина или аспарагина, имеют к соответствующему амиду значительно большее сродство, чем к другим NH₂-донорам (альфа-аминомонокарбоновым к-там).

Аминотранеферазы относятся к числу ферментов, молекула к-рых состоит из белка (апофермента), определяющего субстратную специфичность и тип катализируемой реакции, и кофактора, или простетической группы (см. Коферменты) — в данном случае пиридоксальфосфата (см.) — производного витамина B₆ (см. Пиридоксин). Уже в 40-х гг. 20 в. было показано, что при недостаточности витамина В6 у животных и нек-рых бактерий активность аминотрансфераз в клетках снижается, и ее можно восстановить добавлением к бесклеточным экстрактам фосфорного эфира пиридоксаля. Впервые в конце 50-х гг. 20 в. в виде практически чистого, индивидуального белка из сердечной мышцы свиней была выделена аспартат-аминотрансфераза (глутамат-аспартат-трансаминаза; КФ 2.6.1.1). Удалось отделить кофактор от апофермента и присоединением к последнему синтетического пиридоксаль-5′-фосфата регенерировать активную аминотрансферазу; аналогичные результаты позже были получены для всех исследованных специфических аминотрансфераз. Наиболее детально изучены физ. и хим. свойства, а также каталитическое действие аспартатаминотрансферазы миокарда и аспартатаминотрансфераз из других биол. источников. В лабораториях А. Е. Браунштейна, Ю. А. Овчинникова, Снелла (E. Е. Snell) и в нек-рых других установлены первичная и третичная структуры молекулы этого фермента, его оптические и другие физ. свойства и основные хим. стадии катализируемой им реакции.

Механизм ферментативного трансаминирования

В реакции Т. пиридоксаль-фосфат играет роль переносчика NH₂-групп. Природа промежуточных реакций, из к-рых складывается сам процесс переноса, выяснена А. Е. Браунштейном и Снеллом. Процесс протекает по следующей схеме, представленной в несколько упрощенном виде (символом O=CH•Pyr обозначен протеид пиридоксальфосфата, R¹ и R² — соответствующие радикалы):

В предложенной схеме не учтено состояние ионизации карбоксильных групп (COOH-групп) и атомов азота, а также то, что в молекуле фермента пиридоксальфосфат находится не в свободной форме, а в виде имина ε-NH₂-группы остатка лизина ферментного белка.

В первой полуреакции (1a) NH₂-группа аминокислоты переносится на альдегидную группу аминотрансферазы путем образования и перегруппировки иминов (шиффовых оснований) с образованием кетокислоты и протеида пиридоксаминфосфата. Последний во второй полуреакции (1б) реагирует по тому же типу с другой оксокислотой, образуя новую аминокислоту и исходный протеид пиридоксальфосфата.

Роль трансаминирования в энергетическом и азотистом обмене

В растительных и животных тканях наиболее активны реакции Т., при к-рых NH₂-группы переносятся на три образующиеся в процессах гликолиза (см.) и тканевого дыхания (см. Окисление биологическое) альфа-оксокислоты: пировиноградную, щавелево-уксусную и альфа-оксоглутаровую (и в обратную сторону — от трех соответствующих альфа-аминокислот). Одна из важных физиол. функций Т. состоит во взаимопревращениях этих шести метаболитов и регуляции гликолиза и тканевого дыхания путем устранения или образования промежуточных оксокислот, а тем самым — в регуляции образования углеродных скелетов аминокислот и их использования в процессах полного окисления, глюконеогенеза (см. Глюкоза, Углеводный обмен) или кетогенеза (см. Кетоновые тела) без сопутствующей потери ценного для организма аминного азота. Одноименные, но по-разному локализованные в клетке (напр., в цитозоле и в митохондриях) аминотрансферазы исполняют в тканевом обмене неодинаковые роли. Установлено, что любые состояния, требующие срочной мобилизации компонентов белка для покрытия энергетических затрат организма (такие, как недостаточное или несбалансированное питание, все виды стресса), связаны с адаптивным, гормонально-стимулированным биосинтезом определенных аминотрансфераз, в особенности участвующих в глюконеогенезе (аланин- и аспартатаминотрансфераз, аминотрансфераз ароматических аминокислот).

В тканях человека и других млекопитающих NH₂-группы природных аминокислот, кроме L-глутаминовой, недоступны или трудно поддаются прямой диссимиляции путем окислительного дезаминирования (см.), равно как и синтезу посредством прямого аминирования оксокислот. Открытие Т. на первых же порах привело к появлению гипотезы, позже всесторонне обоснованной, о преобладании непрямых, опосредованных через Т. с оксоглутаратом — глутаматом путях дезаминирования и соответственно синтеза большинства аминокислот (кроме глутамата). Было показано, что эти процессы подавляются в rie-реживающих тканях и in vivo всеми воздействиями, к-рые нарушают реакции Т. (гиповитаминозом В₆, ингибиторами аминотрансфераз) или же отдельные стадии образования альфа-оксокислот в цикле трикарбоно-вых к-т (см. Трикарбоновых кислот цикл), и восстанавливаются при компенсации блокированной реакции. Образующийся в ходе непрямого дезаминирования глутамат либо окисляется глутаматдегидрогеназой до аммиака, либо его NH₂-группа переходит путем Т. и других ферментативных превращений в состав L-аспартата, глицина, глутамина и различных азотистых соединений, представляющих собой ближайшие источники азота в процессах мочевино-образования (см. Мочевина), синтеза пуринов (см. Пуриновые основания), пиримидинов (см. пиримидиновые основания), мочевой кислоты (см.) и других важных азотсодержащих метаболитов (см. Азотистый обмен).

Значение исследования трансаминирования для клинической медицины

Поступление в кровь определенных аминотрансфераз из тканей (миокарда и скелетных мышц, печени и др.) позволяет распознавать патол. состояния, сопровождающиеся некробиотическими изменениями, и оценивать степень таких изменений. Так, при острой коронарной недостаточности, сопровождающейся инфарктом миокарда (см.), в отличие от приступа стенокардии (см.) активность аспартат-аминотрансферазы в сыворотке крови больного резко повышается (в 5—10 раз в первые 2 дня после возникновения инфаркта), а затем постепенно снижается, достигая обычно нормы на 5-й день. Повторный подъем активности фермента указывает на расширение участка некробиоза миокарда (или на появление нового), что прогностически неблагоприятно. Активность аланин-аминотрансферазы в сыворотке крови при инфаркте миокарда повышается лишь незначительно (очевидно, вследствие относительно малого содержания этого фермента в миокарде). Деструктивные поражения скелетных мышц (при травмах, тромбоэмболии, кессонной болезни и ишемии и др.) сопровождаются поступлением в кровь как аспартат-, так и аланин-аминотрансфераз.

Значительное повышение активности этих двух и нек-рых других аминотрансфераз в крови больного имеет значение при дифференциальном диагнозе поражений паренхимы печени, сопровождающихся желтухой: аминотрансферазы поступают в плазму крови из ткани печени при инфекционном гепатите (см. Гепатит вирусный), но не в случае механической желтухи, напр., при желчнокаменной болезни (см.).

Известен ряд относительно редких наследственных заболеваний, в основе к-рых лежит генетически обусловленный дефект биосинтеза тех или иных белков-ферментов, в частности нек-рых аминотрансфераз. Расшифрован патогенез своеобразной формы прогрессирующей кольцевидной дистрофии сосудистой оболочки и сетчатки глаза (хориоретинопатии), обычно приводящей еще в юношеском возрасте к практически полной слепоте. Группа финских клиницистов обнаружила у этих больных резко выраженную орнитинемию. Причиной накопления в крови и тканях орнитина оказался врожденный дефект биосинтеза орнитин-оксокислота — аминотрансферазы (КФ 2.6.1.13). Далее было установлено, что орнитин, в свою очередь, подавляет важную ферментативную реакцию, одним из продуктов к-рой является эта аминокислота; а именно перенос гуанидиновой группы аргинина на глицин с образованием гуанидинуксусной к-ты. Это соединение — ближайший биосинтетический предшественник креатина (см.) и, далее, креатинфосфата. Описанный каскад биохим. нарушений приводит к существенному подавлению синтеза креатинфосфата; клетки зрительного анализатора оказались особо чувствительными к такой недостаточности энергетического обеспечения их трофики. Подавление активности аминобутират-амино-трансферазы (трансаминазы гамма-аминомасляной к-ты; КФ 2.6.1.19) при гиповитаминозе B₆ или вследствие генетического дефекта является одной из важнейших причин перевеса процессов торможения в мозге над процессами возбуждения, наблюдаемого при этих состояниях.

Библиогр.: Браунштейн А. Е. Главные пути ассимиляции и диссимиляции азота у животных, М., 1957; Браунштейн А. Е. и Шемякин М. М. Теория процессов аминокислотного обмена, катализируемых пиридок-салевыми энзимами, Биохимия, т. 18, в. 4, с. 393, 1953; Номенклатура ферментов, пер. с англ., под ред. А. Е. Браун-штейна, М., 1979; Овчинников Ю. А. и др. Полная первичная структура аспартат-аминотрансферазы, Докл. АН СССР, т. 207, № 3, с. 728, 1972; Braun-stein А. Е. Amino group transfer, в кн.: The enzymes, ed. by P. D. Boyer, v. 9, p. 379, N. Y.—L., 1973; Meister A. Biochemistry of the amino acids, v. 1—2, N. Y.— L., 1965; Thorne C.B. Transamination of D-amino acids, в кн.: A symposium on amino acid metabolism, ed. by W. D. McElroy a. H. B. Glass, p. 41, Baltimore, 1955.

А. Б. Браунштейн.