| аланин рацемаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 1.45Å - кристаллическая структура аланинрацемазы из Pseudomonas aeruginosa , PDB 1rcq | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 5.1.1.1 | ||||||||
| Количество CAS | 9024-06-0 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| БРЕНДА | BRENDA запись | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| КЕГГ | Запись в KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Генная онтология | Amigo / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Ala_racemase_N | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1.45Å кристаллическая структура аланинрацемазы из патогенной бактерии pseudomonas aeruginosa, содержит как внутренние, так и внешние формы альдимина | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Ala_racemase_N | ||||||||
| Pfam | PF01168 | ||||||||
| Клан пфам | CL0036 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001608 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00332 | ||||||||
| SCOP2 | 1sft / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Ala_racemase_C | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Ala_racemase_C | ||||||||
| Pfam | PF00842 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR011079 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00332 | ||||||||
| SCOP2 | 1sft / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
В энзимологии , аланинрацемаз ( ЕС 5.1.1.1 ) представляет собой фермент , который катализирует в химическую реакцию
- L-аланин D-аланин
Следовательно, этот фермент имеет один субстрат , L-аланин , и один продукт , D-аланин .
Этот фермент принадлежит к семейству изомераз , в частности к тем рацемазам и эпимеразам, которые действуют на аминокислоты и производные. Систематическое название данного фермента класс аланинрацемаз . Этот фермент также называют L-аланинрацемазой . Этот фермент участвует в метаболизме аланина и аспартата и метаболизме D- аланина . В нем используется один кофактор - пиридоксальфосфат . Известно, что по крайней мере два соединения, 3-фтор-D-аланин и D-циклосерин , ингибируют этот фермент..
D-аланин, продуцируемый аланинрацемазой, используется для биосинтеза пептидогликана. Пептидогликан содержится в клеточных стенках всех бактерий, в том числе многих вредных для человека. Фермент отсутствует у высших эукариот, но встречается повсюду у прокариот, что делает аланинрацемазу отличной мишенью для разработки противомикробных препаратов. [1] Аланин рацемаза может быть найдена у некоторых беспозвоночных. [2]
Бактерии могут иметь один (ген alr) или два гена аланинрацемазы. У видов бактерий с двумя генами аланинрацемазы один постоянно экспрессируется, а другой индуцируется, что затрудняет нацеливание на оба гена для исследований лекарственных препаратов. Однако нокаут-исследования показали, что без экспрессии гена alr бактериям для выживания потребуется внешний источник D-аланина. Следовательно, ген alr представляет собой возможную мишень для противомикробных препаратов. [1]
Структурные исследования [ править ]
Чтобы катализировать взаимопревращение D- и L-аланина, аланинрацемаза должна располагать остатки, способные обмениваться протонами, по обе стороны от альфа-углерода аланина. Структурные исследования комплексов фермент-ингибитор показывают, что этими остатками являются тирозин 265 и лизин 39. Альфа-протон L-энантиомера ориентирован на Tyr265, а альфа-протон D-энантиомера ориентирован на Lys39 (рис. 1).
Расстояние между остатками фермента и энантиомерами составляет 3,5 А и 3,6 А соответственно. [3] Структурные исследования комплексов ферментов с синтетическим аналогом L-аланина, ингибитором сильного связывания [4] и пропионатом [5] дополнительно подтверждают, что Tyr265 и Lys39 являются каталитическими основаниями для реакции. [4] [6]
Комплексы PLP-L-Ala и PLP-D-Ala практически совмещаются. [3] Неперекрывающиеся области - это рукава, соединяющие пиридиновое кольцо PLP и альфа-углерод аланина. Взаимодействие между атомами фосфатного кислорода и пиридинового азота с 5'-фосфопиридоксильной областью PLP-Ala, вероятно, создает прочное связывание с ферментом. [3]
Структура аланинрацемазы из Bacillus stearothermophilus (Geobacillus stearothermophilus) была определена с помощью рентгеновской кристаллографии с разрешением 1,9 A. [6] Мономер аланин рацемазы состоит из двух доменов, восьмицепочечного альфа / бета-бочонка на N конец и С-концевой домен, по существу состоящий из бета-цепи. Модель домена две структуры показана на рисунке 2. N-концевой домен также находятся в PROSC (пролин - синтетазы совместно транскрибируются бактериальный гомолог) семейства белков, которые не известны, обладают аланинрацемазом активности. Пиридоксаль - 5'-фосфат (ПЛП) кофакторалежит во рту альфа / бета-ствола и над ним и ковалентно связан через альдиминовую связь с остатком лизина , который находится на С-конце первой бета-цепи альфа / бета-ствола.
Предлагаемый механизм [ править ]
Механизмы реакции сложно полностью доказать экспериментально. Традиционный механизм, приписываемый реакции аланин-рацемазы, - это двухосновный механизм с промежуточным карбанионом, стабилизированным PLP. PLP используется в качестве поглотителя электронов, стабилизирующего отрицательный заряд, возникающий в результате депротонирования альфа-углерода. Двухосновный механизм способствует специфичности реакции по сравнению с одноосновным механизмом. Второй каталитический остаток расположен так, чтобы быстро отдавать протон после образования карбанионного промежуточного продукта, что снижает вероятность протекания альтернативных реакций. Есть два потенциальных конфликта с этим традиционным механизмом, как указано Watanabe et al. Во-первых, Arg219 образует водородную связь с пиридиновым азотом PLP. [6]Группа аргинина имеет pKa около 12,6 и поэтому вряд ли протонирует пиридин. Обычно в реакциях PLP кислотный аминокислотный остаток, такой как группа карбоновой кислоты, с pKa около 5, протонирует пиридиновое кольцо. [7]Протонирование азота пиридина позволяет азоту принимать дополнительный отрицательный заряд. Следовательно, из-за Arg219 образование промежуточного карбаниона, стабилизированного PLP, менее вероятно. Другая выявленная проблема заключалась в необходимости другого основного остатка для возврата Lys39 и Tyr265 обратно в их протонированные и непротонированные формы для L-аланина и наоборот для D-аланина. Watanabe et al. не обнаружили аминокислотных остатков или молекул воды, кроме карбоксилатной группы PLP-Ala, которые были бы достаточно близки (в пределах 4.5A) для протонирования или депротонирования Lys или Tyr. Это показано на рисунке 3. [3]
На основе кристаллических структур N- (5'-фосфопиридоксил) L-аланина (PKP-L-Ala (и N- (5'-фосфопиридоксил) D-аланина (PLP-D-Ala)
Watanabe et al. предложили альтернативный механизм в 2002 году, как показано на рисунке 4. В этом механизме карбоксилатные атомы кислорода PLP-Ala непосредственно участвуют в катализе, опосредуя перенос протона между Lys39 и Tyr265. Структура кристаллизации показала, что карбоксилатный кислород PLP-L-Ala по отношению к ОН Tyr265 составлял всего 3,6 А, а карбоксилатный кислород PLP-L-Ala по отношению к азоту Lys39 составлял только 3,5 А. Следовательно, оба были достаточно близки, чтобы вызвать реакцию.
Этот механизм поддерживается мутациями Arg219. Мутации, изменяющие Arg219 на карбоксилат, приводят к обнаружению хиноноидного промежуточного соединения, тогда как с аргинином его не обнаруживают. [8] Промежуточный аргинин имеет гораздо больше свободной энергии и более нестабилен, чем мутанты с кислотным остатком. [7] Дестабилизация промежуточного продукта способствует специфичности реакции. [8] [9]
Ссылки [ править ]
- ^ a b Миллиган Дэниел Л .; и другие. (2007). «Аланин рацемаза Mycobacterium smegmatis необходима для роста в отсутствие D-аланина» . Журнал бактериологии . 189 (22): 8381–8386. DOI : 10.1128 / jb.01201-07 . PMC 2168708 . PMID 17827284 .
- ^ Abe, H; Йошикава, Н. Саровер, MG; Окада, S (2005). «Физиологическая функция и метаболизм свободного D-аланина у водных животных» . Биологический и фармацевтический бюллетень . 28 (9): 1571–7. DOI : 10.1248 / bpb.28.1571 . PMID 16141518 .
- ^ a b c d Ватанабэ, А., Йошимура, Т., Миками, Б., Хаяси, Х., Кагамияма, Х., Эсаки, Н. (2002) Механизм реакции аланин-рацемазы из Bacillus stearothermophilus: рентгеновский кристаллографический исследования фермента, связанного с - (5'-фосфопиридоксил) аланином Journal of Biological Chemistry 277, 19166-19172.
- ^ а б Стампер, Г.Ф., Моролло, А.А., и Риндж, Д. (1998) Biochemistry 37, 10438–10445
- ^ Morollo А.А., Petsko Г.А., Ринг, D. (1999) Biochemistry 38, 3293-3301
- ^ a b c Shaw, JP, Petsko, GA, and Ringe, D. (1997) Определение структуры аланинрацемазы из Bacillus stearothermophilus при разрешении 1.9-A Biochemistry 36, 1329–1342
- ^ a b Тони, Майкл Д. (2004) Специфичность реакции в пиридоксальфосфатных ферментах, Архив биохимии и биофизики 433, 279-287.
- ^ a b Сан С., Тони, доктор медицины (1998) Доказательства двухосновного механизма с участием тирозина-265 из мутантов аргинина-219 из биохимии аланин-рацемазы 38, 4058-4065
- ^ Рубинштейн, А., Майор, Д.Т. (2010) Понимание каталитической специфичности в аланинрацемазе из квантово-механических молекулярно-механических симуляций биохимии мутанта аргинина 210 49, 3957-3963.
Дальнейшее чтение [ править ]
- MARR AG, WILSON PW (1954). «Аланин рацемаза Brucella abortus». Arch. Biochem. Биофиз . 49 (2): 424–33. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (54) 90211-8 . PMID 13159289 .
- Вуд WA (1955). «Аминокислотные рацемазы». Методы Энзимол . Методы в энзимологии. 2 : 212–217. DOI : 10.1016 / S0076-6879 (55) 02189-7 . ISBN 9780121818029.
- WOOD WA, GUNSALUS IC (1951). «Образование D-аланина; рацемаза в Streptococcus faecalis». J. Biol. Chem . 190 (1): 403–16. PMID 14841188 .
