아미노산에서 질소 제거 1. 아미노기 전이반응, Removal of nitrogen from amino acids, transamination

이전 블로그 글에서 많은 조직, 특히 간은 aminotransferase와 glutamate dehydrogenase reactions을 통해 아미노산으로부터 암모니아를 생성함을 언급하였습니다.

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암모니아의 원천, Sources of ammonia

: https://blog.naver.com/sjloveu2/221495014934

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아미노산(amino acid)에서 nitrogen의 제거

모든 아미노산의 catabolism 첫 단계는 α-amino group을 제거하는 것입니다. 일단 제거되면 이 nitrogen은 다른 합성물로 혼합되거나 배설됩니다. 앞으로 transamination과 oxidative deamination, 즉 urea nitrogen의 두 가지 성분인 ammonia와 aspartate를 궁극적으로 제공하는 반응에 대해 다룰 예정입니다. 이 글의 끝부분에는 간질환에서 사용되는 AST, ALT의 진단적 가치에 대해 언급하였습니다.

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1. Transamination

2. Oxidative deamination

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Transamination

대부분 아미노산의 이화작용 첫 단계는 α-amino group이 α-ketoglutarate로 전달되는 것입니다. 이 반응 생성물은 α-keto acid(이것은 원래 amino acid에서 변형)와 glutamate입니다. α-ketoglutarate는 다른 아미노산들로부터 amino group을 받음으로써 아미노산 대사에서 독특한 역할을 하며 glutamate가 됩니다.

Transamination에 의해 생성된 glutamate는 oxidative deamination되거나 nonessential amino acids 합성에서 aminogroup donor로 사용될 수 있습니다. 이와 같이 하나의 carbon skeleton에서 다른 skeleton으로 amino groups이 전달되는 것은 aminotransferase라 불리는 효소 그룹에 의해 촉매화됩니다. Lysine과 threonine을 제외한 모든 아미노산들은 이화작용의 어느 지점에서 transamination에 참여합니다.

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1) Aminotransferase의 기질(substrate) 특이성

각각의 aminotransferase는 하나 또는 기껏해야 몇 개의 amino group donors에 특이적입니다. Aminotransferase는 특정한 amino group의 이름을 따서 짓습니다. 왜냐하면 amino group의 acceptor는 거의 항상 α-ketoglutarate이기 때문입니다. 2개의 가장 중요한 aminotransferase reactions은 alanine aminotransferase과 aspartate aminotransferase에 의해 촉매화 됩니다.

① Glutamate-pyruvate transaminase(GPT)라 불리는 alanine aminotransferase(ALT)는 많은 조직에 존재합니다. 이 효소는 alanine의 amino group을 α-ketoglutarate로 전달한는 것을 촉매화하며 pyruvate와 glutamate을 만들어 냅니다. 이 반응은 쉽게 가역적입니다. 그러나 아미노산 이화작용 동안, 대부분의 aminotransferase처럼 이 효소는 glutamate 합성 방향으로 작용합니다. 따라서 실제로는 glutamate는 alanine으로부터 nitrogen의 collector로서 작용을 합니다.

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② Glutamate:oxaloacetate transaminase(GOT)라 불리는 aspartate aminotransferase(AST)는 aminotransferase가 glutamate를 형성하기 위해 amino groups을 이송시킨다는 규칙의 예외입니다. 아미노산 이화작용 동안, aspartate aminotransferase는 amino groups을 glutamate로부터 oxaloacetate로 전달하여 aspartate를 만들고, 이것(aspartate) 자체는 urea cycle에서 nitrogen source로 사용됩니다.

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2) Aminotransferase 작용 기전

모든 aminotransferase는 coenzyme pyridoxal phosphate(a derivative of vitamin B₆)를 요구하며, pyridoxal phosphate는 enzyme의 활성 부위에 있는 특별한 lysine residue의 ε-amino group에 공유결합되어 있습니다. Aminotransferase는 아미노산의 aino group을 coenzyme의 pyridoxal part로 전달하여 pyridoxamine phosphate로 만듭니다. Coenzyme의 pyridoxamine 형태는 α-keto acid와 반응하여 아미노산을 만들고 coenzyme의 원래 aldehyde form을 재성성합니다. 다음 그림은 aspartate amino transferase에 의해 촉매화되는 변형 반응을 나타냅니다.

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3) Transaminase reactions의 평형

대부분의 transaminase reactions에서, equilibrium constant(평형 상수)는 1입니다. 즉 단백질이 풍부한 식사 후에 α-amino group의 제거를 통해서 아미노산 분해를 하는 것과 식사가 적절하지 못하여 α-keto acids의 carbon skeletons에 amino groups을 더하는 아미노산 생합성이 평형을 이룹니다.

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4) 혈장 aminotransferase의 진단적 가치

Aminotransferase는 정상적으로 세포내 효소입니다. 따라서 혈장에서 aminotransferase의 증가된 수치의 존재는 이 효소가 풍부한 세포의 손상을 의미합니다. 예를 들면, 물리적 외상이나 질병 과정이 cell lysis의 원인이 될 수 있고 결과적으로 혈액으로 세포내 효소를 방출합니다. 혈장에서 발견될 때 특별한 진단적 가치가 있는 2개의 aminofransferase는 plasma aspartate aminotransferase(AST, 이전에는 serum glutamate:oxaloaceteate transaminase, SGOT)와 plasma alanine amino transferease(ALT, 이전에는 serum glutamate:pyruvate transaminase; SGPT)입니다.

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① 간 질환 : 혈장 AST와 ALT는 거의 모든 간 질환에서 상승되어 있습니다. 그러나 severe viral hepatitis와 지속적인 circulatory collapse와 같은 광범위한 cell necrosis의 원인이 되는 조건에서 특히 높습니다. 연속적인 효소 측정은 간 손상 경과를 결정하는데 종종 유용합니다.

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② Nonhepatic disease : Aminotransferase는 심근경색과 근육질환과 같은 간 이외 질환에서 상승되어 있을 수 있습니다. 그러나 이 질환들은 보통 임상적으로 간질환에서의 상승과 구별할 수 없을 수 있습니다.

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REF. Biochemistry. Lippincott's illustrated reviews