アスパラギン酸トランスアミナーゼ

アスパラギン酸トランスアミナーゼ（AST）またはアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ（AspAT/ASAT/AATまたは（血清）グルタミン酸オキサロ酢酸トランスアミナーゼ（GOT、SGOT ）とも呼ばれる）は、ピリドキサールリン酸（PLP）依存性トランスアミナーゼ酵素（EC 2.6.1.1）であり、1954年にアーサー・カーメンらが初めて報告した。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} ASTは、アスパラギン酸とグルタミン酸の間でα-アミノ基の可逆的な転移を触媒し、アミノ酸代謝において重要な酵素である。ASTは、肝臓、心臓、骨格筋、腎臓、脳、赤血球、胆嚢に存在する。血清AST値、血清ALT（アラニンアミノトランスフェラーゼ）値、およびそれらの比（AST/ALT比）は、肝臓の健康状態を示すバイオマーカーとして臨床的に一般的に測定されます。これらの検査は血液検査パネルに含まれています。

血中における総ASTの半減期は約17時間であり、ミトコンドリアASTの平均半減期は約87時間である。[ 4 ]^{アミノトランスフェラーゼは}肝臓の類洞細胞によって除去される。 ^{[ 4 ]}

アスパラギン酸トランスアミナーゼは、天然アミノ酸であるL-アスパラギン酸とα-ケトグルタル酸の相互変換を触媒し、オキサロ酢酸とL-グルタミン酸を生成する。

アスパラギン酸

+

 

α-ケトグルタル酸

 

 

 

 

 

 

オキサロ酢酸

+

 

グルタミン酸

典型的なトランスアミナーゼであるASTは、補因子としてPLP（ビタミン_B6）に依存し、アスパラギン酸またはグルタミン酸から対応するケト酸にアミノ基を転移します。この過程で、補因子はPLPとピリドキサミンリン酸（PMP）型の間を往復します。^{[ 5 ]}この酵素によって触媒されるアミノ基転移は、アミノ酸の分解と生合成の両方において重要です。アミノ酸の分解では、α-ケトグルタル酸がグルタミン酸に変換された後、グルタミン酸は酸化的脱アミノ化を受けてアンモニウムイオンを形成し、これが尿素として排泄されます。逆反応では、アスパラギン酸はクエン酸回路の重要な中間体であるオキサロ酢酸から合成される可能性があります。^{[ 6 ]}

2種類のアイソザイムは、様々な真核生物に存在します。ヒトでは：

• GOT1 /cASTは、主に赤血球と心臓から得られる細胞質アイソザイムです。
• GOT2 /mASTはミトコンドリアのアイソザイムであり、主に肝臓に存在する。

これらのアイソザイムは、遺伝子重複によって共通の祖先ASTから進化したと考えられており、配列相同性は約45%である。^{[ 7 ]}

ASTは、大腸菌、H. mediterranei ^{[ 8 ]}、T. thermophilus ^{[ 9 ]}など、多くの微生物でも見つかっています。大腸菌では、この酵素はaspC遺伝子によってコードされており、芳香族アミノ酸トランスアミナーゼ（EC 2.6.1.57 ）の活性も示すことが示されています。^{[ 10 ]}

X線結晶構造解析研究により、ニワトリミトコンドリア^{[ 11 ]} 、ブタ心臓サイトゾル^{[ 12 ]} 、大腸菌^{[ 13 ] [ 14 ]}など、さまざまな由来のアスパラギン酸トランスアミナーゼの構造が決定されている。 全体として、すべての種の3次元ポリペプチド構造は非常によく似ている。ASTは二量体であり、それぞれ約400個のアミノ酸残基と約45 kDの分子量を持つ2つの同一のサブユニットから構成されている^{[ 7 ]} 。 各サブユニットは、大きなドメインと小さなドメイン、およびN末端残基3～14からなる第3のドメインから構成されている。これらの少数の残基は、二量体の2つのサブユニットを連結して安定化させる鎖を形成している。残基48～325を含む大きなドメインは、アルジミン結合を介してLys258のε-アミノ基にPLP補因子を結合する。このドメイン内の他の残基であるAsp222とTyr225も、水素結合を介してPLPと相互作用する。小さなドメインは15～47番目と326～410番目の残基からなり、基質結合時に酵素を「開いた」コンフォメーションから「閉じた」コンフォメーションに変化させる柔軟な領域を表している。^{[ 11 ] [ 14 ] [ 15 ]}

2 つの独立した活性部位は、2 つのドメイン間の界面付近に位置している。各活性部位内では、2 つのアルギニン残基がジカルボン酸基質に対する酵素の特異性を担っている。Arg386 は基質の近位 (α-) カルボキシル基と相互作用し、Arg292 は遠位 (側鎖) カルボキシル基と複合体を形成する。^{[ 11 ] [ 14 ]}

二次構造に関して言えば、ASTはα要素とβ要素の両方を含んでいる。各ドメインは、中央にβストランドからなるシートを持ち、その両側にαヘリックスが密集している。

アスパラギン酸トランスアミナーゼは、他のすべてのトランスアミナーゼと同様に、二重基質認識を介して作用します。つまり、異なる側鎖を持つ 2 つのアミノ酸 (Asp と Glu) を認識して選択的に結合することができます。^{[ 16 ]}いずれの場合も、トランスアミナーゼ反応は、ピンポン機構と呼ばれるものを構成する 2 つの類似した半反応からなります。最初の半反応では、アミノ酸 1 (例えば、L -Asp) が酵素-PLP 複合体と反応して、ケト酸 1 (オキサロ酢酸) と修飾酵素-PMP を生成します。2 番目の半反応では、ケト酸 2 (α-ケトグルタル酸) が酵素-PMP と反応してアミノ酸 2 ( L -Glu) を生成し、その過程で元の酵素-PLP を再生します。ラセミ体 ( D -Glu) の生成は非常にまれです。^{[ 17 ]}

酵素-PLP + アスパラギン酸の半反応の具体的なステップ${\displaystyle \rightleftharpoons }$酵素-PMP + オキサロ酢酸の反応は以下の通りである（図を参照）。もう一方の半反応（図示せず）は、α-ケトグルタル酸を基質として逆の反応で進行する。^{[ 5 ] [ 6 ]}

1. 内部アルジミン形成：まず、Lys258のε-アミノ基がアルデヒド炭素とシッフ塩基結合を形成し、内部アルジミンを生成する。
2. トランスアルジミン化：Lys258のε-アミノ基がアスパラギン酸のアミノ基に置換されると、内部アルジミンは外部アルジミンに変化する。このトランスアルジミン化反応は、アスパラギン酸の脱プロトン化されたアミノ基による求核攻撃によって起こり、四面体中間体を経て進行する。この時点で、アスパラギン酸のカルボキシル基は、酵素のArg386およびArg292残基のグアニジニウム基によって安定化されている。
3. キノノイド形成：次に、アスパラギン酸のα炭素に結合した水素が引き抜かれ（リジン258がプロトン受容体であると考えられている）、キノノイド中間体が形成される。
4. ケチミン生成：キノノイドは再びプロトン化されるが、今度はアルデヒド炭素でプロトン化され、ケチミン中間体が形成される。
5. ケチミン加水分解：最後に、ケチミンは加水分解されてPMPとオキサロ酢酸を生成します。

このメカニズムには、複数の部分律速段階があると考えられている。^{[ 18 ]} しかし、基質結合段階（トランスアルジミン化）が触媒反応を前進させることが示されている。^{[ 19 ]}

ASTは、アラニンアミノトランスフェラーゼ（ALT）と同様に、肝実質細胞に関連する酵素です。違いは、ALTは主に肝臓に存在し、腎臓、心臓、骨格筋には臨床的に無視できるほどの量しか存在しないのに対し、ASTは肝臓、心臓（心筋）、骨格筋、腎臓、脳、赤血球に存在することです。その結果、ASTは心筋梗塞、急性膵炎、急性溶血性貧血、重度の熱傷、急性腎疾患、筋骨格疾患、外傷など、他の臓器に影響を与える疾患でも上昇する可能性があるため、ALTはASTよりも肝臓の炎症のより特異的な指標となります。^{[ 20 ]}

クリミア・コンゴ出血熱ウイルスによる出血熱におけるAST値の上昇は、高い死亡率と関連している。^{[ 21 ]}

ASTは1954年に急性心筋梗塞の診断のための生化学的マーカーとして定義されました。しかし、現在ではそのような診断にASTを使用することは不要となり、心筋トロポニンに取って代わられています。^{[ 22 ]}

臨床検査の結果は、必ず検査を実施した検査機関が提示する基準範囲に基づいて解釈する必要があります。基準範囲の例を以下に示します。

• アラニントランスアミナーゼ(ALT/ALAT/SGPT)
• トランスアミナーゼ

• 米国国立医学図書館の医学主題見出し（MeSH）におけるアスパラギン酸トランスアミナーゼ
• AST - オンライン検査
• AST：メドラインプラス医学百科事典