Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Халкон-синтаза (нарингенин халкон-синтаза)
Халкон Синтаза X Ray Image.png
Структура CHS от Medicago sativa .
Идентификаторы
ЕС нет.2.3.1.74
№ CAS56803-04-4
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Халкон и стильбенсинтазы, С-концевой домен
Идентификаторы
СимволChal_sti_synt_C
PfamPF02797
Клан пфамCL0046
ИнтерПроIPR012328
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

Халконсинтаза или нарингенин-халконсинтаза ( CHS ) - это фермент, распространенный повсеместно у высших растений и принадлежащий к семейству ферментов поликетидсинтазы (PKS), известных как PKS типа III. ПКС типа III связаны с производством халконов , класса органических соединений, обнаруживаемых в основном в растениях как естественные защитные механизмы и как синтетические промежуточные продукты. CHS был первым обнаруженным ПКС типа III. [1] Это первый коммитированный фермент в биосинтезе флавоноидов . [2] Фермент катализирует превращение 4-кумароил-КоА и малонил-КоА внарингенин халкон .

Функция [ править ]

Катализ CHS служит начальным этапом биосинтеза флавоноидов. Флавоноиды - важные вторичные метаболиты растений, которые выполняют различные функции у высших растений. К ним относятся пигментация, защита от ультрафиолета, фертильность, противогрибковая защита и привлечение азотфиксирующих бактерий. [3] Считается, что ХС действует как центральный узел для ферментов, участвующих в пути флавоноидов. [4] Исследования показали, что эти ферменты взаимодействуют посредством белок-белковых взаимодействий . [5] С помощью FLIM FRET было показано, что CHS взаимодействует с халкон-изомеразой (CHI), ферментом последовательной стадии, а также с другими ферментами непоследовательной стадии - флаванон-3-гидроксилазой (F3H),дигидрофлавонол-4-редуктаза (DFR) и флавонолсинтаза I. [4]

Нарингенин-халкон-синтаза использует малонил-КоА и 4-кумароил-КоА для производства КоА , халкона нарингенина и CO 2 .

Реакция [ править ]

Стехиометрия реакции, халкон-синтаза

4-кумароил-КоА и три единицы малонил-КоА превращаются в три молекулы диоксида углерода , четыре молекулы кофермента А и одну единицу халкона нарингенина .

Структура [ править ]

Подразделения [ править ]

CHS существует как гомодимерный белок с размером каждого мономера приблизительно 42-45 кДа. [6] Каждый мономер обладает активностью β-кетосинтазы (KS), которая катализирует последовательное включение двухуглеродных ацетатных единиц в растущую поликетидную цепь. CHS содержит αβαβα сердцевину из пяти слоев, а расположение активного сайта и димеризации интерфейса , который очень похож на тиолаз -кратный , содержащих ферменты. Интерфейс димеризации содержит как гидрофобные, так и гидрофильные остатки и обычно плоский, за исключением пары N-концевыхспирали, переплетенные сверху. Хотя спирали не участвуют в реакции, они могут содержать сигналы внутриклеточной локализации, как в дрожжевой тиолазе. Они также могут претерпевать конформационные изменения, чтобы участвовать в образовании временных мультибелковых комплексов с другими ферментами в различных путях, отклоняющихся от общего пути биосинтеза фенилпропаноидов .

Локализация [ править ]

Фермент локализуется в цитозоле , связываясь с мембраной эндоплазматического ретикулума . [7] В другом исследовании было показано, что CHS и CHI также совместно локализуются в ядре. [8]

Активный сайт [ править ]

Есть два различных би-лопастные активных сайтов полости , расположенные на нижней кромке αβαβα ядра каждого мономера в. Идентичные петли с шестью остатками, которые встречаются на границе димера , отделяют два активных центра друг от друга. Петли содержат Thr132 в активном сайте и заканчиваются цис-пептидной связью с Pro138. Остаток Met137 закрывает дыру в активном сайте другого мономера. Следовательно, активный центр скрыт, за исключением туннеля связывания CoA 16 Å, который соединяет каталитическую поверхность с внешней окружающей средой . Ширина туннеля слишком мала для ароматного субстраты и продукты, которые должны проходить через него, подразумевая, что должна быть некоторая динамическая подвижность внутри и вокруг туннеля при помещении в раствор.

Активный сайт содержит консервативную каталитическую триаду Cys164, His303 и Asn336. Эти остатки помогают во множественных реакциях декарбоксилирования и конденсации, при этом Cys164 действует как нуклеофил активного центра . Phe215 и Phe265 - две другие важные аминокислоты, которые действуют как «привратники», блокируя нижний белок отверстия между CoA-связывающим туннелем и полостью активного сайта. Это ограничивает доступ воды к активному центру, в то же время вмещая субстраты и промежуточные продукты различных форм и размеров. Phe215 также ориентирует субстраты в активном центре во время удлинения поликетидного интермедиата.

Механизм [ править ]

Первый этап включает перенос кумароильной части от исходной молекулы 4-кумароил-КоА на Cys164. [9] Затем происходит серия реакций конденсации трех ацетатных единиц малонил-КоА, каждая из которых протекает через карбанион ацетил-КоА, образованный декарбоксилированием малонил-КоА . Это удлиняет поликетидный промежуточный продукт. После образования тетракетида, связанного с тиоэфиром, происходит региоспецифическая конденсация Клайзена C1, C6 , образуя новую кольцевую систему для образования халкона нарингенина.

Регламент [ править ]

Метаболический [ править ]

ХС неконкурентно ингибируется продуктами флаваноидного пути, такими как нарингенин и халкон нарингенин. [10] Несмотря на отсутствие прямых доказательств in vivo , считается, что флавоноиды накапливаются в цитозоле до уровня, который блокирует активность CHS, чтобы избежать токсичных уровней в растениях. [11]

Транскрипционный [ править ]

CHS конститутивно экспрессируется в растениях, но также может подвергаться индуцированной экспрессии через свет / УФ-свет, а также в ответ на патогены, элиситоры и ранения. CHS - промотор содержит мотив G-коробку с последовательностью CACGTG. Было показано, что это играет роль в реакции на свет. [12] Другие светочувствительные домены включают Box I, Box II, Box III, Box IV или три копии H-box (CCTACC). [9]

Халконсинтазу ген из Petunia растений известен тем , что первый ген , в котором феномен интерференции РНК наблюдалось; исследователи, намеревающиеся усилить выработку пигментов в светло-розовых или фиолетовых цветках, ввели трансген для халконсинтазы, ожидая, что и нативный ген, и трансген будут экспрессировать фермент и привести к более ярко окрашенному фенотипу цветка . Вместо этого трансгенные растения имели пестрые белые цветки, что указывает на то, что введение трансгена подавляло или подавляло экспрессию халконсинтазы. [13]Дальнейшее исследование явления показало, что подавление происходило из-за посттранскрипционного ингибирования экспрессии гена халконсинтазы за счет увеличения скорости деградации информационной РНК . [14]

Актуальность болезни [ править ]

ХС, являясь первым обязательным этапом пути флавоноидов, способствует выработке флаваноидов, фитоалексинов изофлавоноидного типа и других метаболитов для защиты растений от стресса. Экспрессия CHS также участвует в пути защиты салицикловой кислоты. Будучи ароматическими соединениями, флавоноиды сильно поглощают УФ-свет через опосредованный фоторецепторами механизм, который эффективно защищает растения от повреждения ДНК . CHS участвует в более широком, более общем пути фенилпропаноидов, которые служат предшественниками ряда метаболитов растений, важных для здоровья человека, таких как антиоксиданты, противовоспалительные агенты, антиаллергены и даже антионкогенные продукты. [15]

Эволюция [ править ]

CHS принадлежит к более широкому классу ферментов, известных как PKS типа III. Будучи первым обнаруженным ферментом такого типа, все остальные члены часто обозначаются как «CHS-подобные». Большинство или все охарактеризованные дивергентные CHS-подобные ферменты возникли в результате обширной дупликации и последующей генетической изменчивости гена chs . Дупликация обеспечивает активность CHS с функциональной избыточностью, позволяя гену chs мутировать, не подвергая опасности биосинтез флавоноидов. Эти дивергентные ферменты отличаются от CHS предпочтением исходных молекул, количеством добавлений ацетила (часто через малонил-КоА) и даже механизмом образования кольца, используемым для циклизации идентичных поликетидных промежуточных продуктов.

Ферментативная функция CHS и CHS-подобных ферментов очень похожа на биосинтез жирных кислот, но без участия белков-носителей ацила (ACP). [16] Структурные данные свидетельствуют о том, что эти ферменты возникли в результате усиления функции кетоацилсинтазы (KAS) III, фермента ранней стадии биосинтеза жирных кислот типа II .

Хотя халкон-синтазы высших растений были широко изучены, имеется мало информации о ферментах мохообразных (примитивных растений). Клонирование CHS из мха Physcomitrella patens выявило важный переход от халконсинтаз, присутствующих в микроорганизмах, к таковым, присутствующим в высших растениях. [17]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Kreuzaler F, Hahlbrock K (ноябрь 1972). «Ферментативный синтез ароматических соединений у высших растений: образование нарингенина (5,7,4'-тригидроксифлаванона) из п-кумароил-кофермента А и малонил-кофермента А» . FEBS Lett . 28 (1): 69–72. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (72) 80679-3 . PMID  4646877 . S2CID  10788459 .
  2. ^ Tohge Т, Йонекура-Сакакибара К, Р Ниида, Wantanabe-Такахаси А, Саито К (2007). «Фитохимическая геномика Arabidopsis thaliana: тематическое исследование для функциональной идентификации генов биосинтеза флавоноидов». Чистая и прикладная химия . 79 (4): 811–23. DOI : 10,1351 / pac200779040811 . S2CID 86125133 . 
  3. ^ Cain CC, Saslowsky DE, Walker RA, Ширли BW (октябрь 1997). «Экспрессия белков халконсинтазы и халконизомеразы в проростках арабидопсиса». Завод Мол. Биол . 35 (3): 377–81. DOI : 10,1023 / A: 1005846620791 . PMID 9349261 . S2CID 23539179 .  
  4. ^ a b Crosby KC, Pietraszewska-Bogiel A, Gadella TW, Winkel BS (июль 2011 г.). «Резонансный перенос энергии Фёрстера демонстрирует метаболон флавоноидов в живых растительных клетках, который демонстрирует конкурентные взаимодействия между ферментами» . FEBS Lett . 585 (14): 2193–8. DOI : 10.1016 / j.febslet.2011.05.066 . PMID 21669202 . S2CID 31590596 .  
  5. ^ Hrazdina G, Вагнер GJ (февраль 1985). «Метаболические пути как ферментные комплексы: доказательства синтеза фенилпропаноидов и флавоноидов на мембранно-ассоциированных ферментных комплексах». Arch. Биохим. Биофиз . 237 (1): 88–100. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (85) 90257-7 . PMID 3970546 . 
  6. Перейти ↑ Austin MB, Noel JP (февраль 2003 г.). «Суперсемейство халконсинтаз поликетидсинтаз типа III». Nat Prod Rep . 20 (1): 79–110. CiteSeerX 10.1.1.131.8158 . DOI : 10.1039 / b100917f . PMID 12636085 .  
  7. ^ Hzardina G, Йенсен Р. (1992). «Пространственная организация ферментов метаболических путей растений». Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol . 43 : 241–67. DOI : 10.1146 / annurev.pp.43.060192.001325 .
  8. ^ Saslowsky D, Винкел-Ширли В (2001). «Локализация флавоноидных ферментов в корнях арабидопсиса» . Заводской журнал . 27 (1): 37–48. DOI : 10.1046 / j.1365-313x.2001.01073.x . PMID 11489181 . 
  9. ^ a b Dao TT, Linthorst HJ, Verpoorte R (сентябрь 2011 г.). «Халконсинтаза и ее функции в устойчивости растений» . Phytochem Ред . 10 (3): 397–412. DOI : 10.1007 / s11101-011-9211-7 . PMC 3148432 . PMID 21909286 .  
  10. ^ Hinderer W, Seitz HU (1985). «Халконсинтаза из клеточных суспензионных культур Daucus carota L». Arch Biochem Biophys . 240 (1): 265–72. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (85) 90032-3 . PMID 4015104 . 
  11. ^ Уайтхед JM, Dixon RA (1983). «Халконсинтаза из клеточных суспензионных культур Phaseolus vulgaris L». Biochim Biophys Acta . 747 (3): 298–303. DOI : 10.1016 / 0167-4838 (83) 90109-7 .
  12. ^ Schulze LP, Becker AM, Schulr W, Hahlbrock K, Dangl JL (1989). «Функциональная архитектура светочувствительного промотора халкон-синтазы из петрушки» . Растительная клетка . 1 (7): 707–14. DOI : 10.1105 / tpc.1.7.707 . PMC 159807 . PMID 2535519 .  
  13. Перейти ↑ Napoli C, Lemieux C, Jorgensen R (1990). «Введение химерного гена халкон-синтазы в петунию приводит к обратимой совместной супрессии гомологичных генов в транс» . Растительная клетка . 2 (4): 279–289. DOI : 10.1105 / tpc.2.4.279 . PMC 159885 . PMID 12354959 .  
  14. ^ Ван Блокланд R, Ван - дер - Geest N, Mol JNM, Kooter JM (1994). «Опосредованное трансгеном подавление экспрессии халконсинтазы в Petunia hybrida является результатом увеличения оборота РНК». Завод Дж . 6 (6): 861–77. DOI : 10.1046 / j.1365-313X.1994.6060861.x .
  15. Перейти ↑ Choi O, Wu CZ, Kang SY, Ahn JS, Uhm TB, Hong YS (2011). «Биосинтез растительных фенилпропаноидов путем создания искусственного пути биосинтеза в Escherichia coli». Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 38 (10): 1657–65. DOI : 10.1007 / s10295-011-0954-3 . PMID 21424580 . S2CID 13634452 .  
  16. ↑ Abe I, Morita H (июнь 2010 г.). "Структура и функция халконсинтазы надсемейства поликетидсинтаз растительного типа III". Отчеты о натуральных продуктах . 27 (6): 809–38. DOI : 10.1039 / b909988n . PMID 20358127 . 
  17. ^ Jiang C, Schommer C, Ким С.Ю., Suh DY (2006). «Клонирование и характеристика халкон-синтазы из мха Physcomitrella patens». Фитохимия . 67 (23): 2531–2540. DOI : 10.1016 / j.phytochem.2006.09.030 . PMID 17083952 . 

Литература [ править ]

  • Аябе С., Удагава А., Фуруя Т. (1988). «НАД (Ф) Н-зависимая активность 6'-дезоксихалконсинтазы в клетках Glycyrrhiza echinata, индуцированная дрожжевым экстрактом». Arch. Биохим. Биофиз . 261 (2): 458–62. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (88) 90362-1 . PMID  3355160 .
  • Хеллер В., Халброк К. (1980). «Высокоочищенная« флаванонсинтаза »петрушки катализирует образование халкона нарингенина». Arch. Биохим. Биофиз . 200 (2): 617–9. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (80) 90395-1 . PMID  7436427 .

Внешние ссылки [ править ]

  • BRENDA запись