5-энолпирувилшикимат-3-фосфат ( EPSP ) синтаза - это фермент, вырабатываемый растениями и микроорганизмами . EPSPS , катализирует в химической реакции :
ВПСП-синтаза (3-фосфошикимат-1-карбоксивинилтрансфераза) | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
ЕС нет. | 2.5.1.19 | |||||||
№ CAS | 9068-73-9 | |||||||
Базы данных | ||||||||
IntEnz | Просмотр IntEnz | |||||||
BRENDA | BRENDA запись | |||||||
ExPASy | Просмотр NiceZyme | |||||||
КЕГГ | Запись в KEGG | |||||||
MetaCyc | метаболический путь | |||||||
ПРИАМ | профиль | |||||||
Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Генная онтология | Amigo / QuickGO | |||||||
|
ВПСП-синтаза (3-фосфошикимат-1-карбоксивинилтрансфераза) | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
Символ | EPSP_synthase | |||||||
Pfam | PF00275 | |||||||
ИнтерПро | IPR001986 | |||||||
ПРОФИЛЬ | PDOC00097 | |||||||
SCOP2 | 1 eps / SCOPe / SUPFAM | |||||||
|
- фосфоенолпируват (PEP) + 3-фосфошикимат (S3P) ⇌ фосфат + 5-енолпирувилшикимат-3-фосфат (EPSP)
Таким образом, две подложки этого фермента является фосфоенолпирувата (РЕР) и 3-фосфо- шикимата , в то время как две его продуктов являются фосфатом и 5-енолпирувилшикимата-3-фосфат.
Этот фермент не присутствует у животных, поэтому он представляет собой привлекательную биологическую мишень для гербицидов , таких как глифосат . Версия этого гена, устойчивая к глифосату, использовалась в генетически модифицированных культурах .
Номенклатура
Фермент принадлежит к семейству трансфераз , а именно к тем, которые переносят арильные или алкильные группы, отличные от метильных . Систематическое название данного фермента класса фосфоенолпирувата: 3-phosphoshikimate 5- O - (1-карбоксивинил) -transferase . Другие широко используемые имена включают:
- 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтаза,
- 3-енолпирувилшикимат-5-фосфатсинтаза,
- 5-фосфатсинтетаза 3-енолпирувилшикимовой кислоты,
- 5'-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтаза,
- 5-енолпирувил-3-фосфошикимат-синтаза,
- 5-энолпирувилшикимат-3-фосфатсинтетаза,
- Синтаза 5-енолпирувилшикимат-3-фосфорной кислоты,
- энолпирувилшикимат фосфатсинтаза и
- 3-фосфошикимат-1-карбоксивинилтрансфераза.
Состав
ВПСП-синтаза - это мономерный фермент с молекулярной массой около 46000. [2] [3] [4] Он состоит из двух доменов, которые соединены белковой цепью. Эта нить действует как шарнир и может сблизить два белковых домена. Когда субстрат связывается с ферментом, связывание лиганда заставляет две части фермента зажиматься вокруг субстрата в активном центре.
ВПСП-синтаза была разделена на две группы в зависимости от чувствительности к глифосату. Фермент класса I, содержащийся в растениях и некоторых бактериях, ингибируется при низких микромолярных концентрациях глифосата, тогда как фермент класса II, обнаруженный у других бактерий, устойчив к ингибированию глифосатом. [5]
Путь Шикимата
ВПСП-синтаза участвует в биосинтезе ароматических аминокислот фенилаланина , тирозина и триптофана через шикиматный путь у бактерий, грибов и растений. ВПСП-синтаза продуцируется только растениями и микроорганизмами; кодирующий его ген отсутствует в геноме млекопитающих. [6] [7] Флора кишечника некоторых животных содержит EPSPS. [8]
Реакция
ВПСП синтазы катализирует реакцию , которая преобразует шикимат-3-фосфат плюс фосфоенолпируваты до 5-енолпирувилшикимата-3-фосфата (ВПСП) В качестве ацетали -как тетраэдрических промежуточный . [9] [10] Базовые и аминокислоты в активном центре участвуют в депротонирования из гидроксильной группы из PEP и на стадиях протон-обменных , связанных с тетраэдрической промежуточным само по себе, соответственно. [11]
Исследования кинетики фермента для этой реакции определили конкретную последовательность и энергетику каждой стадии процесса. [12]
Гербицид-мишень
ВПСП-синтаза является биологической мишенью для гербицида глифосата. [13] Глифосат является конкурентным ингибитором PEP, действуя как аналог переходного состояния, который более прочно связывается с комплексом EPSPS-S3P, чем PEP, и ингибирует путь шикимата . Это связывание приводит к ингибированию катализа фермента и закрывает путь. В конечном итоге это приводит к гибели организма из-за нехватки ароматических аминокислот, необходимых организму для выживания. [5] [14]
Вариант фермента, который был устойчив к глифосату и все еще был достаточно эффективным для стимулирования адекватного роста растений, был идентифицирован учеными Monsanto после долгих проб и ошибок в штамме Agrobacterium под названием CP4, который, как было обнаружено, выжил в колонке с отходами питания завод по производству глифосата; эта версия фермента, CP4 EPSPS, является той, которая была преобразована в несколько генетически модифицированных культур . [5] [15]
Рекомендации
- ^ Пристман М., Хили ML, Funke T, Becker A, E Шенбрунн (октябрь 2005). «Молекулярная основа нечувствительности к глифосату реакции 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазы с шикиматом» . FEBS Lett . 579 (25): 5773–80. DOI : 10.1016 / j.febslet.2005.09.066 . PMID 16225867 . S2CID 26614581 .
- ^ Голдсбро, Питер (1990). «Амплификация гена в толерантных к глифосату клетках табака». Растениеводство . 72 (1): 53–62. DOI : 10.1016 / 0168-9452 (90) 90186-р .
- ^ Абдель-Мегид SS, Смит WW, Bild GS (декабрь 1985 г.). «Кристаллизация 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазы из Escherichia coli ». Журнал молекулярной биологии . 186 (3): 673. DOI : 10,1016 / 0022-2836 (85) 90140-8 . PMID 3912512 .
- ^ Ream JE, Steinrücken HC, Porter CA, Sikorski JA (май 1988 г.). «Очистка и свойства 5-энолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазы из темных проростков сорго двухцветного» . Физиология растений . 87 (1): 232–8. DOI : 10.1104 / pp.87.1.232 . PMC 1054731 . PMID 16666109 .
- ^ а б в Pollegioni L, Schonbrunn E, Siehl D (август 2011 г.). «Молекулярные основы устойчивости к глифосату - различные подходы с помощью белковой инженерии» . Журнал FEBS . 278 (16): 2753–66. DOI : 10.1111 / j.1742-4658.2011.08214.x . PMC 3145815 . PMID 21668647 .
- ^ Funke T, Han H, Healy-Fried ML, Fischer M, Schönbrunn E (август 2006 г.). «Молекулярная основа устойчивости к гербицидам культур Roundup Ready» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (35): 13010–5. Bibcode : 2006PNAS..10313010F . DOI : 10.1073 / pnas.0603638103 . JSTOR 30050705 . PMC 1559744 . PMID 16916934 .
- ^ Маэда Х, Дударева Н (2012). «Путь шикимата и биосинтез ароматических аминокислот в растениях». Ежегодный обзор биологии растений . 63 (1): 73–105. DOI : 10,1146 / annurev-arplant-042811-105439 . PMID 22554242 .
Пути AAA состоят из пути шикимата (путь прехоризма) и индивидуальных путей постхоризма, ведущих к Trp, Phe и Tyr ... Эти пути обнаружены у бактерий, грибов, растений и некоторых простейших, но отсутствуют у животных. Следовательно, AAA и некоторые из их производных (витамины) являются важными питательными веществами в рационе человека, хотя у животных Tyr может синтезироваться из Phe с помощью Phe-гидроксилазы ... Отсутствие путей AAA у животных также делает эти пути привлекательными мишенями для противомикробные средства и гербициды.
- ^ Cerdeira AL, Duke SO (2006). «Текущее состояние и воздействие на окружающую среду устойчивых к глифосату сельскохозяйственных культур: обзор» . Журнал качества окружающей среды . 35 (5): 1633–58. DOI : 10,2134 / jeq2005.0378 . PMID 16899736 .
- ^ «8.18.4.1.1. EPSP-синтаза: тетраэдрический кетальфосфатный ферментный промежуточный продукт». Комплексные натуральные продукты II. Химия и биология . Справочный модуль по химии, молекулярным наукам и химической инженерии. 8 . 2010. С. 663–688.
- ^ Андерсон, Карен С .; Саммонс, Р. Дуглас; Лео, Грегори С .; Сикорски, Джеймс А .; Бенези, Алан Дж .; Джонсон, Кеннет А. (1990). «Наблюдение с помощью ЯМР углерода-13 тетраэдрического промежуточного соединения EPSP-синтазы, связанного с активным центром фермента». Биохимия . 29 (6): 1460–1465. DOI : 10.1021 / bi00458a017 . PMID 2334707 .
- ^ Пак, HaJeung; Hilsenbeck, Jacqueline L .; Ким, Хак Джун; Шаттлворт, Венди А .; Пак, Ён Хо; Эванс, Джереми Н .; Канг, ChulHee (2004). «Структурные исследования EPSP-синтазы Streptococcus pneumoniae в не связанном состоянии, тетраэдрическом промежуточно-связанном состоянии и S3P-GLP-связанном состоянии» . Молекулярная микробиология . 51 (4): 963–971. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.2003.03885.x . PMID 14763973 . S2CID 45549442 .
- ^ Андерсон, Карен С .; Сикорски, Джеймс А .; Джонсон, Кеннет А. (1988). «Тетраэдрический промежуточный продукт в реакции EPSP-синтазы, наблюдаемый по кинетике быстрого гашения». Биохимия . 27 (19): 7395–7406. DOI : 10.1021 / bi00419a034 . PMID 3061457 .
- ^ Фонсека, Эмили К.М.; да Коста, Kauê S .; Ламейра, Жеронимо; Алвес, Клаудио Наум; Лима, Андерсон Х. (2020). «Исследование устойчивости мутантов EPSP-синтазы P106T и T102I / P106S к глифосату» . RSC Advances . 10 (72): 44352–44360. DOI : 10.1039 / D0RA09061A . ISSN 2046-2069 .
- ^ Schönbrunn E, Eschenburg S, Shuttleworth WA, Schloss JV, Amrhein N, Evans JN, Kabsch W. (февраль 2001 г.). «Взаимодействие гербицида глифосата с его целевым ферментом 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазой в деталях атома» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (4): 1376–80. Bibcode : 2001PNAS ... 98.1376S . DOI : 10.1073 / pnas.98.4.1376 . PMC 29264 . PMID 11171958 .
- ^ Грин Дж. М., Оуэн, доктор медицины (июнь 2011 г.). «Устойчивые к гербицидам культуры: возможности и ограничения для борьбы с устойчивыми к гербицидам сорняками» . Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 59 (11): 5819–29. DOI : 10.1021 / jf101286h . PMC 3105486 . PMID 20586458 .
дальнейшее чтение
- Морелл Х., Кларк М.Дж., Ноулз П.Ф., Sprinson DB (январь 1967 г.). «Ферментативный синтез хорисминовой и префеновой кислот из 5-фосфата 3-енолпирувилшикимовой кислоты» . Журнал биологической химии . 242 (1): 82–90. PMID 4289188 .