Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
карбамоилфосфатсинтетаза 1, митохондриальная
Идентификаторы
СимволCPS1
Ген NCBI1373
HGNC2323
OMIM608307
RefSeqNM_001875
UniProtP31327
Прочие данные
Номер ЕС6.3.4.16
LocusChr. 2 шт.
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Карбамоилфосфатсинтетаза I - это фермент лигаза, расположенный в митохондриях, участвующих в производстве мочевины. Карбамоилфосфатсинтетаза I (CPS1 или CPSI) переносит молекулу аммиака с глутамина или глутамата на молекулу бикарбоната , которая была фосфорилирована молекулой АТФ. Затем полученный карбамат фосфорилируется другой молекулой АТФ. Образовавшаяся молекула карбамоилфосфата покидает фермент.

Структура [ править ]

В E. coli CPSI представляет собой гетеродимер с маленькой субъединицей и большей субъединицей с размером примерно 382 и 1073 аминокислотных остатка, хотя у млекопитающих (и других позвоночных) белок CPSI кодируется одним геном. [1] Маленькая субъединица содержит один активный сайт для связывания и дезаминирования глутамина с образованием аммиака и глутамата. Большая субъединица содержит два активных центра, один для производства карбоксифосфата, а другой для производства карбамоилфосфата. [2] [3] Внутри большой субъединицы есть два домена (B и C), каждый с активным сайтом семейства АТФ-захватов. [1] Соединение двух субъединиц представляет собой своего рода туннель, который направляет аммиак от малой субъединицы к большой субъединице.[4]


Механизм [ править ]

Общая реакция, которая происходит в CPSI:

2ATP + HCO 3 - + NH 4 + → 2ADP + карбамоилфосфат + P i [4]

Эту реакцию можно представить в виде четырех различных этапов. [5]

  1. Бикарбонат фосфорилируется
  2. Аммиак отщепляется от глутамина (глутаминазы) или глутамата (глутаматдегидрогеназы).
  3. Аммиак атакует карбоксифосфат, в результате чего образуется карбамат.
  4. Карбамат фосфорилируется с образованием карбамоилфосфата.

Известно, что из этих четырех этапов только на втором этапе - дезаминировании глутамина с получением аммиака - активно участвуют аминокислотные остатки Cys269 и His353. На остальных трех стадиях в основном используются аминокислотные остатки для образования водородных связей с субстратами. Видео с упрощенной версией этого механизма доступно здесь [ постоянная мертвая ссылка ] .

Последние исследования механизмов [ править ]

Было обнаружено, что оба АТФ-связывающих сайта в большой субъединице CPSI структурно эквивалентны. Недавнее исследование изучило взаимосвязь между этими двумя доменами (доменом B и доменом C) и обнаружило доказательства того, что они связаны. Это соединение с АТФ-связывающим доменом работает таким образом, что молекула, связывающая АТФ в одном сайте (домен C), конформационно обеспечивает синтез в другом домене (домен B). Если это так, карбамоилфосфат на самом деле не образуется на этапе 5 (включенного механизма ниже) путем выброса АДФ, а скорее на этапе 4 путем протонирования спиртовой группы и последующего удаления ее в виде воды. [6]

Механизм образования карбамоилфосфата
Дезаминирование глутамина с образованием аммиака и глутамата [7]

Регламент [ править ]

CPSI регулируется N-ацетилглутаматом, который действует как облигатный аллостерический активатор CPS1. NAG, связываясь с доменом L4, запускает изменения в A-петле и в Arg1453, которые приводят к изменению взаимодействий с T'-петлей домена L3, который полностью реорганизуется с β-шпильки в форме апо на расширенную петлю в лиганд-связанная форма. В этой последней форме Т'-петля взаимодействует также с туннельной петлей и Т-петлей домена L1, таким образом передавая активирующую информацию в домен, фосфорилирующий бикарбонат. Это взаимодействие с NAG и второе взаимодействие с нуклеотидом стабилизируют активную форму CPSI. [n 1]Необходимость в этом лиганде также связывает высокую концентрацию азота, отражающуюся в избытке глутамата и аргинина для производства NAG, с увеличением активности CPSI для удаления этого избытка.

Метаболизм [ править ]

CPSI играет жизненно важную роль в метаболизме белков и азота. После того, как аммиак попал в митохондрии через глутамин или глутамат, задача CPSI - добавить аммиак к бикарбонату вместе с фосфатной группой с образованием карбамоилфосфата. Затем карбамоилфосфат вводится в цикл мочевины, чтобы в конечном итоге создать мочевину. Затем мочевина может быть возвращена в кровоток и почки для фильтрации и далее в мочевой пузырь для выведения. [8]

Связанные проблемы со здоровьем [ править ]

Основная проблема, связанная с CPSI, связана с генетикой. Иногда организм не производит достаточного количества CPSI из-за мутации генетического кода, что приводит к плохому метаболизму белков и азота, а также к высокому уровню аммиака в организме. Это опасно, потому что аммиак очень токсичен для организма, особенно для нервной системы , и может привести к задержке дыхания и судорогам .

Заметки [ править ]

  1. ↑ de Cima S, Polo LM, Díez-Fernández C, Martínez AI, Cervera J, Fita I, Rubio V (ноябрь 2015 г.). «Структура карбамоилфосфатсинтетазы человека: расшифровка включения / выключения уреагенеза человека» . Научные отчеты . 5 (1): 16950. Bibcode : 2015NatSR ... 516950D . DOI : 10.1038 / srep16950 . PMC  4655335 . PMID  26592762 .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Thoden JB, Huang X, Raushel FM, Holden HM (октябрь 2002 г.). «Карбамоилфосфатсинтетаза. Создание пути утечки аммиака» . Журнал биологической химии . 277 (42): 39722–7. DOI : 10.1074 / jbc.M206915200 . PMID 12130656 . 
  2. Перейти ↑ Powers SG, Griffith OW, Meister A (май 1977 г.). «Ингибирование карбамилфосфатсинтетазы с помощью P1, P5-ди (аденозин 5 ') - пентафосфата: доказательства двух сайтов связывания АТФ» . Журнал биологической химии . 252 (10): 3558–60. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (17) 40428-5 . PMID 193838 . 
  3. ^ Thoden JB, Holden HM, Wesenberg G, Raushel FM, Rayment I (май 1997). «Структура карбамоилфосфатсинтетазы: путь 96 A от субстрата к продукту». Биохимия . 36 (21): 6305–16. DOI : 10.1021 / bi970503q . PMID 9174345 . 
  4. ^ а б Ким Дж, Раушель FM (май 2004 г.). «Перфорация стенки туннеля в карбамоилфосфатсинтетазе мешает прохождению аммиака между последовательными активными центрами». Биохимия . 43 (18): 5334–40. DOI : 10.1021 / bi049945 + . PMID 15122899 . 
  5. Перейти ↑ Meister A (1989). «Механизм и регуляция глутамин-зависимой карбамилфосфат-синтетазы Escherichia Coli» . Механизм и регуляция глутамин-зависимой карбамилфосфатсинтетазы Escherichia coli . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 62 . С.  315–74 . DOI : 10.1002 / 9780470123089.ch7 . ISBN 9780470123089. PMID  2658488 .
  6. ^ Кете М, Эроглу В, Mazza Н, Samudera Н, Пауэрс-Ли S (ноябрь 1997 года). «Новый механизм карбамоил-фосфатсинтетазы: нуклеотидный переключатель для функционально эквивалентных доменов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (23): 12348–53. Bibcode : 1997PNAS ... 9412348K . DOI : 10.1073 / pnas.94.23.12348 . PMC 24940 . PMID 9356452 .  
  7. ^ Thoden JB, Миран SG, Phillips JC, Говард AJ, Raushel FM, Holden HM (июнь 1998). «Карбамоилфосфатсинтетаза: улавливается в результате гидролиза глутамина». Биохимия . 37 (25): 8825–31. DOI : 10.1021 / bi9807761 . PMID 9636022 . 
  8. ^ Нельсон Д., Кокс М. Принципы биохимии (четвертое изд.). С. 666–669.

Внешние ссылки [ править ]

  • GeneReviews / NCBI / NIH / UW запись об обзоре нарушений цикла мочевины
  • Карбамоил-фосфат + синтаза + (аммиак) в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)