thumb|right|300px|Aspartato aminotransferasa de E. coli con el cofactor piridoxal-5'-fosfato Las aminotransferasas o transaminasas son un conjunto de enzimas del grupo de las transferasas, pues transfieren grupos amino desde un metabolito a otro, generalmente aminoácidos. Su reacción es libremente reversible y su constante de equilibrio es cercana a la unidad. Estas enzimas son inducibles, porque su actividad puede aumentarse por la acción de diversas hormonas como la tiroxina o los glucocorticoides.
Su nomenclatura se establece a partir del aminoácido desde el cual transfieren el grupo amino. Los números EC 2.6 representan a las enzimas transferasas que transfieren grupos que contienen nitrógeno. Véase Anexo:Números EC 2.6
Mecanismos de la transaminación
Las transaminasas necesitan una coenzima llamada piridoxal fosfato (derivado de la piridoxina o vitamina B6) para ejercer su función; actúa como transportador del grupo amino entre los sustratos, alternando su estructura entre la forma aldehídica (piridoxal fosfato, PLP) y la forma aminada (piridoxamina-5-fosfato, PMP). El PLP contiene un anillo de piridina ligeramente básico y un hidroxilo que es ligeramente ácido, hecho que permite que sea muy estable porque es muy flexible. El grupo más importante del PLP es el aldehído. El piridoxal fosfato se une covalentemente al centro activo de las transaminasas a través del grupo amino épsilon de un residuo de lisina, y durante la reacción se transfiere al aminoácido, formando una base de Schiff, a partir de la cual se producen las modificaciones químicas que conducen a la transaminación. Algunas aminotransferasas, sin embargo, utilizan el piruvato como cofactor. thumbnail|Unión de la coenzima PLP, que se modifica a piridoxamina-fosfato, al amino épsilon de un residuo de lisina de la enzima transaminasa (Véase la imagen: Unión de la coenzima PLP, que se modifica a piridoxamina-fosfato, al amino épsilon de un residuo de lisina de la enzima transaminasa)
Las transaminasas catalizan las reacciones de transaminación, importantes en especial para la síntesis de aminoácidos no esenciales y para la degradación de la mayoría de aminoácidos, que pierden su grupo amino por transaminación, excepto los aminoácidos lisina y treonina, para los que esta reacción no es posible. Hay una aminotransferasa para cada aminoácido exceptuando a esos dos. Las principales aminotransferasas son las hepáticas como:
La alanina aminotransferasa (ALT), o glutamato-piruvato transaminasa (GPT), se localiza fundamentalmente en el citosol del hepatocito, por lo que se la denomina unilocular.
La aspartato aminotransferasa (AST), o Glutamato-oxalacetato transaminasa (GOT), localizada sobre todo en la mitocondria y en el citosol, por lo que se la llama enzima bilocular. Esta está presente, además del hígado, en otros órganos, como son, en orden de abundancia: el miocardio, el músculo esquelético, los riñones, el cerebro, el páncreas, el pulmón, los leucocitos y los eritrocitos.
La concentración de estas transaminasas en el plasma sanguíneo se eleva en diversas enfermedades. En ocasiones, el tipo específico de aminotransferasa elevada sugiere el órgano afectado por su relativa abundancia en él.
En la transaminación participan normalmente, como donante y receptor, el glutamato y el α-cetoglutarato (α-KG), que participan en las diferentes reacciones catalizadas por las diferentes aminotransferasas. La transaminación consiste en transportar un grupo α-amino desde un α-aminoácido donador, al carbono ceto de un α-cetoácido receptor. Este proceso tiene lugar en dos etapas y lo catalizan las aminotransferasas específicas de cada sustrato.
a) En la primera etapa un α-aminoácido que actuará como donador transfiere el grupo α-amino a la enzima transaminasa, produciendo el correspondiente α-cetoácido y la enzima quedará aminada. (Véas imagen: Primera etapa de la transaminación)
b) En una segunda etapa, el grupo amino se transfiere al α-cetoácido aceptor (α-cetoglutarato, piruvato u oxalocetato) formando un nuevo aminoácido y regenerando la enzima. (Véase imagen: Segunda etapa de la transaminación)
400px|izquierda|Primera etapa de la transaminación400px|derecha|Segunda etapa de la transaminación
La reacción de la aminotransferasa ocurre mediante un mecanismo de tipo ping-pong.
Papel de las aminotransferasas en el metabolismo
Los humanos ingerimos nitrógeno a partir de aminoácidos de la dieta, proteínas y amoníaco fijado por las nitrogenasas de las bacterias del intestino, el glutamato deshidrogenasa. La glutamina sintasa convierten el amoníaco a glutamato y glutamina respectivamente, de los cuales las transaminasas transfieren sus grupos amino y amido a otros esqueletos de carbono por reacciones de transaminación y transamidación.
La reacción de transaminación tienen lugar en el citosol y en las mitocondrias. Al ser reversibles, se pueden utilizar los α-cetoácidos para la síntesis de aminoácidos; por ejemplo, si los alimentos contienen los α-cetoácidos que corresponden a los esqueletos de carbono de los aminoácidos esenciales podrán sintetizarse estos aminoácidos con una simple transaminación, catalizada por la aminotransferasa correspondiente. El sentido de la reacción lo determinan las concentraciones de productos y reactivos en el hígado porque en este los metabolitos están próximos al equilibrio.
La GOT cataliza la reacción hacia la formación de oxaloacetato:
aspartato + α-cetoglutarato ⇔ oxalacetato + glutamato
La GPT cataliza otra reacción, hacia la formación de piruvato:
alanina + α-cetoglutarato ⇔ piruvato + glutamato
La GPT tiene una gran importancia en la catálisis de reacciones que transfieren carbono y nitrógeno del músculo esquelético al hígado en forma de alanina. Primero, en el músculo esquelético, el piruvato actúa como receptor de un grupo amino y se transforma en alanina, que se transporta a través del torrente sanguíneo hasta el hígado, donde la alanina aminotransferasa (ALT) transfiere el grupo amino al α-cetoglutarato, regenerando así el piruvato que puede incorporarse a la gluconeogénesis como fuente de carbono; la glucosa resultante podrá pasar de nuevo al músculo. Este proceso se conoce como el ciclo de la glucosa-alanina y permite la eliminación del nitrógeno del músculo esquelético en forma de urea, transformación que se dará gracias al ciclo de la urea.
Síntesis de aminoácidos no esenciales
Los aminoácidos no esenciales son aquellos que pueden ser sintetizados en el organismo sin necesidad de ingerirlos, proporcionando un correcto funcionamiento de todos los órganos. Se trata de: alanina, asparagina, aspartato, cisteína, glutamato, glutamina, glicina, prolina, serina y tirosina. La transaminación tendrá un papel importante en la síntesis de los aminoácidos no esenciales. Arginina, metionina y fenilalanina se pueden sintetizar, pero no en suficiente cantidad de estos aminoácidos para cubrir las funciones de nuestro metabolismo, por lo que se consideran esenciales.
El glutamato se forma a partir de amoníaco y α-cetoglutarato por una reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa. El aspartato se puede sintetizar a partir de la asparagina o bien mediante una transaminación catalizada por la aspartato aminotransferasa.
La asparagina y la glutamina son sintetizadas por la asparagina sintetasa y glutamina sintetasa, respectivamente. La glutamina se produce mediante la fijación de nitrógeno a partir del glutamato y la asparagina se produce por transaminación.
La unión de ATP con metionina forma S-adenosilmetionina, a la que se le añade un grupo SH para formar homocisteína, que a su vez reaccionará con serina dando cistationina, que liberará un ion amonio y formará cisteína y α-cetobutirato.
La tirosina se sintetiza a partir de fenilalanina mediante una reducción dependiente de NADH que cataliza la fenilalanina hidroxilasa empleando como cofactor la biopterina. La transaminación de fenilalanina da como producto el ácido fenilpirúvico, que se reduce a fenilacetato y fenilactato.
La ornitina y la prolina derivan del glutamato. La ornitina se sintetiza a partir del glutamato cuando hay escasez de arginina en la dieta, la principal fuente de ornitina.
La serina se sintetiza a partir del 3-fosfoglicerato, que se convierte en un cetoácido mediante una deshidrogenasa que utiliza NADH. La serina puede ser precursor de glicina mediante una transaminación catalizada por la serina hidroximetiltransferasa (SHMT1 si se trata de la enzima citosólica o SHMT2 si se trata de la enzima mitocondrial) en la que se transfiere el grupo hidroximetilo de la serina al tetrahidrofolato (THF) obteniendo como productos glicina y N5,N10-metilen-THF. La glicina puede ser también precursora de la serina. (véase imagen). La glicina juega un papel importante en el anabolismo de nucleótidos de purina, glutatión, creatina, etc.
Las reacciones de transaminación son reversibles, mientras que las de transamidación necesitan ATP y se consideran irreversibles. El grupo α-amino es imprescindible para la síntesis de aminoácidos y deriva del amonio de los grupos aminos del L-glutamato. De estos se sintetizan glutamina, prolina y arginina. El ácido glutámico es la principal fuente de los grupos amino para la transaminación.
Degradación de aminoácidos
El exceso de nitrógeno potencialmente tóxico de los aminoácidos se elimina de la célula mediante transaminación, desaminación y formación de urea y los esqueletos de carbono pueden transformarse en carbohidratos con la incorporación a la gluconeogénesis o pueden conservarse como ácidos grasos con la incorporación a la vía de síntesis de ácidos grasos.
Según los productos obtenidos en este proceso de degradación para eliminar el exceso de nitrógeno, los aminoácidos pueden clasificarse en glucogénicos, cetogénicos o glucogénicos y cetogénicos. Los aminoácidos glucogénicos dan como producto de piruvato o intermediarios del ciclo del TCA o ciclo de Krebs, como son el α-cetoglutarato o el oxalocetato, precursores de la glucosa si se incorporan a la gluconeogénesis. Los aminoácidos únicamente cetogénicos son solos dos; la lisina y la leucina que dan como producto acetil-CoA o acetoacetil-CoA, de los cuales no se puede producir glucosa. Los aminoácidos isoleucina, fenilalanina, treonina, triptófano y tirosina pueden dar productos precursores tanto de la glucosa como de los ácidos grasos; por eso se les clasifica como glucogénicos y cetogénicos.
Los aminoácidos no son utilizados como principal fuente de energía, aunque si no se necesitan para el recambio proteico, puesto que no se pueden almacenar, pueden utilizarse como tales.
La desaminación es el primer paso de todas las vías de degradación de aminoácidos que tiene lugar en la matriz mitocondrial. Muchos aminoácidos son desaminados por transaminación. Las aminotransferasas remueven el grupo α-amino desde el α-aminoácido donador hasta el carbono ceto de un α-cetoácido receptor (piruvato, oxalocetato o α-cetoglutarato). Si el aceptor del grupo amino es el cetoglutarato, se producirá como nuevo aminoácido el glutamato.
Posteriormente se lleva a cabo una desaminación oxidativa, en la que la enzima ácido glutámico-deshidrogenasa elimina el grupo amino del ácido glutámico o glutamato. Esta reacción requiere NAD+ y NADP+, regenera el cetoglutarato y se forma amoníaco que es tóxico para el cerebro. El amoníaco se transportará hasta el hígado, donde tendrá lugar el Ciclo de la Urea que trasformará este compuesto en urea gracias a su unión con CO₂ para poder ser excretado. El cetoácido puede degradarse desaminándose por la vía del ácido cítrico o transformarse en glucosa por la vía de la gluconeogénesis, o en lípidos por la vía de la lipogénesis.
Nivel de transaminasas en sangre
La elevación de transaminasas es un proceso muy inespecífico que puede ocurrir en casi todas las enfermedades hepáticas y en numerosas extrahepáticas.