Аргиназа

Аргиназы ( ЕС 3.5.3.1 , аргинин amidinase , canavanase , L-аргиназа , аргинин трансамидиназа ) представляет собой марганец отработанного фермента . Реакция, катализируемая этим ферментом, следующая : аргинин + H 2 O → орнитин + мочевина . Это последний фермент из цикла мочевины . Он присутствует во всех сферах жизни.

Структура и функции [ править ]

Аргиназа принадлежит к семейству ферментов уреогидролазы .

Аргиназа катализирует пятую и последнюю стадию цикла мочевины , серию биохимических реакций у млекопитающих, во время которых организм избавляется от вредного аммиака . В частности, аргиназа превращает L- аргинин в L- орнитин и мочевину. ^[2] Аргиназа млекопитающих активна как тример, но некоторые бактериальные аргиназы являются гексамерными. ^[3] Фермент требует двухмолекулярного металлического кластера марганца для поддержания надлежащего функционирования. Эти ионы Mn ²⁺ координируются с водой, ориентируя и стабилизируя молекулу и позволяя воде действовать как нуклеофил и атаковать L-аргинин, гидролизуя его до орнитина и мочевины. ^[4]

У большинства млекопитающих существует два изофермента этого фермента; первая, аргиназа I, участвует в цикле мочевины и располагается в основном в цитоплазме гепатоцитов (клеток печени). Второй изофермент, аргиназа II, участвует в регуляции внутриклеточных уровней аргинина / орнитина. Он расположен в митохондриях нескольких тканей организма, в основном в почках и простате. В более низких количествах он может быть обнаружен в макрофагах, лактирующих молочных железах и головном мозге. ^[5] Второй изофермент может быть обнаружен в отсутствие других ферментов цикла мочевины. ^[4]

Механизм [ править ]

Активный центр удерживает L-аргинин на месте за счет водородной связи между гуанидиновой группой с Glu227. Это связывание ориентирует L-аргинин для нуклеофильной атаки связанным с металлом гидроксид-ионом по гуанидиновой группе. Это приводит к тетраэдрическому промежуточному соединению. Ионы марганца действуют, стабилизируя как гидроксильную группу в тетраэдрическом промежуточном соединении, так и развивающуюся неподеленную электронную пару sp ³ на группе NH _2, когда образуется тетраэдрический промежуточный продукт. ^[6]

Активный сайт аргиназы необычайно специфичен. ^{[ необходима цитата ]} Изменение структуры субстрата и / или стереохимии сильно снижает кинетическую активность фермента. Эта специфичность возникает из-за большого количества водородных связей между субстратом и ферментом; существуют прямые или водородные связи с водородом, насыщающие как четыре акцепторных положения на альфа-карбоксилатной группе, так и все три положения на альфа-аминогруппе. N-гидрокси-L-аргинин (NOHA), промежуточный продукт биосинтеза NO, является умеренным ингибитором аргиназы. Кристаллическая структура его комплекса с ферментом показывает, что он замещает металл-мостиковый гидроксид-ион и связывает биядерный марганцевый кластер. ^[6]

Кроме того, 2 (S) -амино-6-бороногексоновая кислота (ABH) представляет собой аналог L-аргинина, который также создает тетраэдрический промежуточный продукт, аналогичный тому, который образуется при катализе природного субстрата, и является мощным ингибитором человеческой аргиназы I. ^[7]

Роль в сексуальной реакции [ править ]

Аргиназа II коэкспрессируется с синтазой оксида азота (NO).в гладкой мышечной ткани, например в мышцах половых органов мужчин и женщин. Сокращение и расслабление этих мышц связано с NO-синтазой, которая вызывает быстрое расслабление гладкой мышечной ткани и способствует нагрубанию ткани, необходимому для нормальной сексуальной реакции. Однако, поскольку NO-синтаза и аргиназа конкурируют за один и тот же субстрат (L-аргинин), сверхэкспрессированная аргиназа может влиять на активность NO-синтазы и NO-зависимую релаксацию гладких мышц, истощая пул субстрата L-аргинина, который в противном случае был бы доступен для NO. синтаза. Напротив, ингибирование аргиназы с помощью ABH или других ингибиторов бороновой кислоты будет поддерживать нормальные клеточные уровни аргинина, тем самым обеспечивая нормальное расслабление мышц и сексуальную реакцию. ^[8]

Аргиназа является контролирующим фактором как мужской эректильной функции, так и женского сексуального возбуждения, и поэтому является потенциальной мишенью для лечения сексуальной дисфункции у обоих полов. Кроме того, добавление к диете дополнительного количества L-аргинина уменьшит конкуренцию между аргиназой и NO-синтазой, обеспечивая дополнительный субстрат для каждого фермента. ^[9]

Патология [ править ]

Дефицит аргиназы обычно относится к снижению функции аргиназы I, печеночной изоформы аргиназы. Этот дефицит обычно называют гипераргининемией или аргинемией . Заболевание является наследственным и аутосомно- рецессивным. Он характеризуется пониженной активностью аргиназы в клетках печени . Считается самым редким из наследственных дефектов уреагенеза.. Дефицит аргиназы, в отличие от других нарушений цикла мочевины, не предотвращает полностью уреагенез. Предполагаемая причина продолжения функции аргиназы заключается в повышенной активности аргиназы II в почках субъектов с дефицитом аргиназы I. Исследователи полагают, что накопление аргинина вызывает повышение экспрессии аргиназы II. Ферменты в почках будут затем катализировать уреагенез, частично компенсируя снижение активности аргиназы I в печени. Благодаря этому альтернативному методу удаления избытка аргинина и аммиака из кровотока, субъекты с дефицитом аргиназы, как правило, имеют более продолжительную продолжительность жизни, чем те, у кого есть другие дефекты цикла мочевины. ^[10]

Симптомы расстройства включают неврологические нарушения, слабоумие , задержку роста и гипераммониемию. Хотя некоторые симптомы заболевания можно контролировать с помощью диетических ограничений и фармацевтических разработок, в настоящее время не существует лекарства или полностью эффективной терапии. ^[10]

Ссылки [ править ]

^ Ди Костанцо L, Пике ME, Крисченсон DW (май 2007). «Кристаллическая структура человеческой аргиназы I в комплексе с тиосемикарбазидом выявляет необычный тиокарбонил-мю-сульфидный лиганд в биядерном марганцевом кластере» . Варенье. Chem. Soc . 129 (20): 6388–9. DOI : 10.1021 / ja071567j . PMC 2593847 . PMID 17469833 .
↑ Wu G, Morris SM (ноябрь 1998 г.). «Метаболизм аргинина: оксид азота и не только» . Биохимический журнал . 336. (Пт 1): 1–17. DOI : 10.1042 / bj3360001 . PMC 1219836 . PMID 9806879 .
Перейти ↑ Dowling DP, Di Costanzo L, Gennadios HA, Christianson DW (июль 2008 г.). «Эволюция аргиназной складки и функционального разнообразия» . Клетка. Мол. Life Sci . 65 (13): 2039–55. DOI : 10.1007 / s00018-008-7554-z . PMC 2653620 . PMID 18360740 .
^ а б Ди Костанцо Л., Мулен М., Хертлейн М., Мейлер Ф., Кристиансон Д.В. (сентябрь 2007 г.). «Экспрессия, очистка, анализ и кристаллическая структура пердейтерированной человеческой аргиназы I» . Архивы биохимии и биофизики . 465 (1): 82–9. DOI : 10.1016 / j.abb.2007.04.036 . PMC 2018606 . PMID 17562323 .
^ Моррис SM (2002). «Регуляция ферментов цикла мочевины и метаболизма аргинина». Ежегодный обзор питания . 22 (1): 87–105. DOI : 10.1146 / annurev.nutr.22.110801.140547 . PMID 12055339 .
^ a b Reczkowski RS, Ash DE (июль 1994). «Аргиназа печени крысы: кинетический механизм, альтернативные субстраты и ингибиторы». Архивы биохимии и биофизики . 312 (1): 31–7. DOI : 10.1006 / abbi.1994.1276 . PMID 8031143 .
^ Кокс JD, Ким Н.Н., Traish А.М., Крисченсон DW (ноябрь 1999). «Комплекс аргиназы и бороновой кислоты подчеркивает физиологическую роль в эректильной функции». Структурная биология природы . 6 (11): 1043–7. DOI : 10.1038 / 14929 . PMID 10542097 . S2CID 22808766 .
^ Cama E, Colleluori DM, Emig FA, Shin H, Kim SW, Kim NN, Traish AM, Ash DE, Christianson DW (июль 2003 г.). «Человеческая аргиназа II: кристаллическая структура и физиологическая роль в мужском и женском сексуальном возбуждении». Биохимия . 42 (28): 8445–51. DOI : 10.1021 / bi034340j . PMID 12859189 .
^ Moody JA, Вернэ D, Лаидло S, Rajfer J, Гонсалес-Cadavid NF (сентябрь 1997). «Влияние длительного перорального приема L-аргинина на эректильную реакцию крыс». Журнал урологии . 158 (3 Pt 1): 942–7. DOI : 10.1016 / S0022-5347 (01) 64368-4 . PMID 9258123 .
^ а б Айер Р.К., Ю П.К., Керн Р.М., Розенгурт Н., Цоа Р., О'Брайен В.Е., Ю Х., Гроди В.В., Седербаум С.Д. (июль 2002 г.). «Мышиная модель дефицита аргиназы человека» . Молекулярная и клеточная биология . 22 (13): 4491–8. DOI : 10.1128 / MCB.22.13.4491-4498.2002 . PMC 133904 . PMID 12052859 .

Внешние ссылки [ править ]

Аргиназа в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
GeneReviews / NIH / NCBI / UW запись о дефиците аргиназы
Подпись и профиль семейства аргиназ в PROSITE

[pmid17469833-1] Ди Костанцо L, Пике ME, Крисченсон DW (май 2007). «Кристаллическая структура человеческой аргиназы I в комплексе с тиосемикарбазидом выявляет необычный тиокарбонил-мю-сульфидный лиганд в биядерном марганцевом кластере» . Варенье. Chem. Soc . 129 (20): 6388–9. DOI : 10.1021 / ja071567j . PMC 2593847 . PMID 17469833 .

[pmid9806879-2] Wu G, Morris SM (ноябрь 1998 г.). «Метаболизм аргинина: оксид азота и не только» . Биохимический журнал . 336. (Пт 1): 1–17. DOI : 10.1042 / bj3360001 . PMC 1219836 . PMID 9806879 .

[pmid18360740-3] Перейти ↑ Dowling DP, Di Costanzo L, Gennadios HA, Christianson DW (июль 2008 г.). «Эволюция аргиназной складки и функционального разнообразия» . Клетка. Мол. Life Sci . 65 (13): 2039–55. DOI : 10.1007 / s00018-008-7554-z . PMC 2653620 . PMID 18360740 .

[pmid17562323-4] а б Ди Костанцо Л., Мулен М., Хертлейн М., Мейлер Ф., Кристиансон Д.В. (сентябрь 2007 г.). «Экспрессия, очистка, анализ и кристаллическая структура пердейтерированной человеческой аргиназы I» . Архивы биохимии и биофизики . 465 (1): 82–9. DOI : 10.1016 / j.abb.2007.04.036 . PMC 2018606 . PMID 17562323 .

[pmid12055339-5] Моррис SM (2002). «Регуляция ферментов цикла мочевины и метаболизма аргинина». Ежегодный обзор питания . 22 (1): 87–105. DOI : 10.1146 / annurev.nutr.22.110801.140547 . PMID 12055339 .

[pmid8031143-6] Reczkowski RS, Ash DE (июль 1994). «Аргиназа печени крысы: кинетический механизм, альтернативные субстраты и ингибиторы». Архивы биохимии и биофизики . 312 (1): 31–7. DOI : 10.1006 / abbi.1994.1276 . PMID 8031143 .

[pmid10542097-7] Кокс JD, Ким Н.Н., Traish А.М., Крисченсон DW (ноябрь 1999). «Комплекс аргиназы и бороновой кислоты подчеркивает физиологическую роль в эректильной функции». Структурная биология природы . 6 (11): 1043–7. DOI : 10.1038 / 14929 . PMID 10542097 . S2CID 22808766 .

[pmid12859189-8] Cama E, Colleluori DM, Emig FA, Shin H, Kim SW, Kim NN, Traish AM, Ash DE, Christianson DW (июль 2003 г.). «Человеческая аргиназа II: кристаллическая структура и физиологическая роль в мужском и женском сексуальном возбуждении». Биохимия . 42 (28): 8445–51. DOI : 10.1021 / bi034340j . PMID 12859189 .

[pmid9258123-9] Moody JA, Вернэ D, Лаидло S, Rajfer J, Гонсалес-Cadavid NF (сентябрь 1997). «Влияние длительного перорального приема L-аргинина на эректильную реакцию крыс». Журнал урологии . 158 (3 Pt 1): 942–7. DOI : 10.1016 / S0022-5347 (01) 64368-4 . PMID 9258123 .

[pmid12052859-10] а б Айер Р.К., Ю П.К., Керн Р.М., Розенгурт Н., Цоа Р., О'Брайен В.Е., Ю Х., Гроди В.В., Седербаум С.Д. (июль 2002 г.). «Мышиная модель дефицита аргиназы человека» . Молекулярная и клеточная биология . 22 (13): 4491–8. DOI : 10.1128 / MCB.22.13.4491-4498.2002 . PMC 133904 . PMID 12052859 .

vтеГидролазы : непептидный углерод-азот ( EC 3.5)
3.5.1 : Линейные амиды / амидогидролазы	Аспарагиназа Глутаминаза Уреаза Биотинидаза Аспартоацилаза Керамидаза Аспартилглюкозаминидаза Амид гидролаза жирных кислот Гистоновая деацетилаза Сиртуин
3.5.2 : Циклические амиды / амидогидролазы	Барбитураза Бета-лактамаза Дигидрооротаза
3.5.3 : Линейные амидины / уреогидролазы	Аргиназа Агматиназа Протеин-аргининдеиминаза
3.5.4 : Циклические амидины / аминогидролазы	Гуаниндезаминаза Аденозиндезаминаза AMP дезаминаза Инозинмонофосфатсинтаза DCMP дезаминаза GTP циклогидролаза I Цитидиндезаминаза AICDA Цитидиндезаминаза, индуцированная активацией
3.5.5 : Нитрилы / аминогидролазы	Нитрилаза
3.5.99 : Другое	Рибофлавиназа Тиаминаза II

vтеФерменты
Мероприятия	Активный сайт Связывающий сайт Каталитическая триада Оксианионная дыра Ферментная неразборчивость Каталитически совершенный фермент Коэнзим Кофактор Ферментный катализ
Регулирование	Аллостерическая регуляция Сотрудничество Ингибитор ферментов Активатор ферментов
Классификация	Номер ЕС Ферментное суперсемейство Семейство ферментов Список ферментов
Кинетика	Кинетика ферментов Диаграмма Иди – Хофсти Заговор Ханеса – Вульфа Заговор Лайнуивера – Берка Кинетика Михаэлиса – Ментен
Типы	EC1 Оксидоредуктазы ( список ) EC2 Трансферазы ( список ) EC3 Гидролазы ( список ) EC4 Lyases ( список ) EC5 Изомеразы ( список ) Лигазы EC6 ( список ) EC7 Translocases ( список )