Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Хоризмат мутаза
Хоризматмутаза с TSA-связанным 4.jpg
Кристаллическая структура хоризматмутазы с переходным состоянием аналога, связанного
Идентификаторы
ЕС нет.5.4.99.5
№ CAS9068-30-8
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

В энзимологии , хоризматмутазы ( ЕС 5.4.99.5 ) представляет собой фермент , который катализирует в химическую реакцию для превращения хоризмат в префената в пути к производству фенилаланина и тирозина , также известному как шикимат путь. Следовательно, у этого фермента есть один субстрат , хоризмат , и один продукт , префенат.. Хоризматмутаза обнаруживается в точке ветвления пути. Фермент направляет субстрат, хоризмат для биосинтеза тирозина и фенилаланина, а не триптофана . [1] Его роль в поддержании баланса этих ароматических аминокислот в клетке жизненно важна. [2] Это единственный известный пример встречающегося в природе фермента, катализирующего перициклическую реакцию . [2] [nb 1] Хоризматмутаза содержится только в грибах, бактериях и высших растениях. Некоторые разновидности этого белка могут использовать морфеиновую модель аллостерической регуляции . [4]

Семейство белков [ править ]

Хоризмат мутаза . Отрисовано из PDB 2CHS .

Этот фермент принадлежит к семейству изомераз , в частности к тем внутримолекулярным трансферазам, которые переносят функциональные группы. Систематическое название данного фермента класса хоризмат pyruvatemutase . Хоризматмутаза, также известная как гидроксифенилпируватсинтаза , участвует в биосинтезе фенилаланина, тирозина и триптофана. [1] Структуры хоризматмутаз различаются у разных организмов, но большинство из них принадлежит к семейству AroQ и характеризуется переплетенным гомодимером из 3-спиральных субъединиц. Большинство хризматических мутаз этого семейства похожи на таковые из Escherichia coli . Например, вторичная структура хоризматмутазыдрожжи очень похожи на кишечную палочку . Хоримат мутазы семейства AroQ более распространены в природе и широко распространены среди прокариот. [1] Для оптимального функционирования они обычно должны сопровождаться другим ферментом, таким как префанатдегидрогеназа. Эти хоризматмутазы обычно являются бифункциональными ферментами, что означает, что они обладают двумя каталитическими способностями в одной и той же полипептидной цепи. [1] Однако хоризматмутаза эукариотических организмов чаще является монофункциональной. Есть организмы, такие как Bacillus subtilis , хоризматмутаза которых имеет совершенно другую структуру и является монофункциональной. Эти ферменты принадлежат к семейству AroH и характеризуются топологией тримерного α / β цилиндра.[5]

Механизм катализа [ править ]

Превращение хоризмата в префенат - это первый шаг на пути к производству ароматических аминокислот : тирозина и фенилаланина. Присутствие хоризматмутазы увеличивает скорость реакции в миллион раз. [6] В отсутствие ферментативного катализа этот механизм протекает как согласованный, но асинхронный этап и представляет собой экзэргонический процесс. Механизм этого превращения формально является перегруппировкой Клейзена , что подтверждается кинетическими и изотопными данными, представленными Ноулзом и др. [7]

Реакция, катализируемая хоризматмутазой

E. coli и хоризматмутаза дрожжей имеют ограниченную гомологию последовательностей, но их активные сайты содержат аналогичные остатки. Активный сайт хоризматмутазы дрожжей содержит Arg16, Arg157, Thr242, Glu246, Glu198, Asn194 и Lys168. E.coli , активный сайт содержит те же остатки , за исключением этих отмеченных обменов: Asp48 для Asn194, Gln88 для Glu248 и Ser84 для Thr242. В активном центре фермента взаимодействия между этими специфическими остатками и субстратом ограничивают конформационные степени свободы, так что энтропия активации эффективно снижается до нуля и тем самым способствует катализу. В результате не существует формального промежуточного звена, а скорее псевдодиаксиальное переходное состояние, подобное стулу.. Доказательством этой конформации является обратный вторичный кинетический изотопный эффект на углероде, непосредственно присоединенном к гидроксильной группе. [6] Это, казалось бы, неблагоприятное расположение достигается за счет серии электростатических взаимодействий, которые вращают расширенную цепочку хоризматов в конформацию, необходимую для этого согласованного механизма.

Аналог переходного состояния в активном сайте хоризматмутазы S. cerevisiae .

Дополнительным стабилизирующим фактором в этом комплексе фермент-субстрат является водородная связь между неподеленной парой кислорода в системе винилового эфира и остатками донора водородной связи. Это не только стабилизирует комплекс, но и нарушение резонанса в виниловом эфире дестабилизирует основное состояние и снижает энергетический барьер для этого превращения. Альтернативная точка зрения состоит в том, что электростатическая стабилизация поляризованного переходного состояния имеет большое значение в этой реакции. В активном центре хоризматмутазы аналог переходного состояния стабилизируется 12 электростатическими взаимодействиями и взаимодействиями водородных связей. [8] Это показано на мутантах природного фермента, в которых Arg90 заменен цитруллином.чтобы продемонстрировать важность водородных связей для стабилизации переходного состояния. [9] Другая работа с использованием хоризматмутазы из Bacillus subtilis показала, что, когда катион удачно помещается в активный центр, электростатические взаимодействия между ним и отрицательно заряженным переходным состоянием способствуют катализу. [2]

Дополнительные исследования были проведены для подтверждения актуальности конформера, близкого к атаке (NAC), в реакции, катализируемой хоризматмутазой. Этот NAC представляет собой реактивную конформацию основного состояния, которое непосредственно преобразуется в переходное состояние в ферменте. Используя методы термодинамического интегрирования (TI), стандартные свободные энергии (ΔG N ° ) для образования NAC были рассчитаны в шести различных средах. Полученные данные позволяют предположить, что эффективный катализ происходит за счет стабилизации как NAC, так и переходного состояния. [10] Однако другие экспериментальные данные подтверждают, что наблюдаемый эффект NAC является просто результатом стабилизации электростатического переходного состояния. [11] [12]

В целом, были проведены обширные исследования точного механизма этой реакции. Однако относительный вклад конформационных ограничений гибкой подложки, специфических водородных связей в переходное состояние и электростатических взаимодействий в наблюдаемое повышение скорости все еще обсуждается.

Заметки [ править ]

  1. ^ Предполагается, что диметилаллилтриптофансинтаза катализирует перегруппировку Коупа , но это еще предстоит окончательно доказать [3]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Камра Р., Пракаш П., Аруна Б., Хаснаин С. Е., Манде СК (июнь 2006 г.). «2.15 Кристаллическая структура хоризмат мутазы Mycobacterium tuberculosis выявляет неожиданную дупликацию гена и предполагает роль во взаимодействиях хозяин-патоген». Биохимия . 45 (23): 6997–7005. DOI : 10.1021 / bi0606445 . PMID  16752890 .
  2. ^ a b c Каст П., Гризостоми С., Чен И.А., Ли С., Кренгель Ю., Сюэ Ю., Хилверт Д. (ноябрь 2000 г.). «Стратегически расположенный катион имеет решающее значение для эффективного катализа хоризматмутазой» . Журнал биологической химии . 275 (47): 36832–8. DOI : 10.1074 / jbc.M006351200 . PMID 10960481 . 
  3. ↑ Luk LY, Qian Q, Tanner ME (август 2011 г.). «Справочная перегруппировка в реакции, катализируемой диметилаллилтриптофансинтазой?». Журнал Американского химического общества . 133 (32): 12342–5. DOI : 10.1021 / ja2034969 . PMID 21766851 . 
  4. ^ Selwood T, Джаффе EK (март 2012). «Динамические диссоциирующие гомоолигомеры и контроль функции белка» . Архивы биохимии и биофизики . 519 (2): 131–43. DOI : 10.1016 / j.abb.2011.11.020 . PMC 3298769 . PMID 22182754 .  
  5. Перейти ↑ Babu M (1999). «Аннотация хоризматмутазы из Mycobacterium tuberculosis и генома Mycobacterium leprae» (PDF). Бакалаврская диссертация для Центра биотехнологий .
  6. ^ a b Ли А.Ю., Стюарт Дж. Д., Кларди Дж., Ганем Б. (апрель 1995 г.). «Новое понимание каталитического механизма хоризматмутаз из структурных исследований» . Химия и биология . 2 (4): 195–203. DOI : 10.1016 / 1074-5521 (95) 90269-4 . PMID 9383421 . 
  7. Перейти ↑ Gray JV, Knowles JR (август 1994 г.). «Монофункциональная хоризматмутаза из Bacillus subtilis: исследования FTIR и механизм действия фермента». Биохимия . 33 (33): 9953–9. DOI : 10.1021 / bi00199a018 . PMID 8061004 . 
  8. Перейти ↑ Grisham C (2017). Биохимия 6-е издание . Соединенные Штаты Америки: Brooks / Cole - Cengage Learning. п. 505. ISBN 978-1133106296.
  9. ^ Kienhöfer A, Каст P, Hilvert D (март 2003). «Избирательная стабилизация переходного состояния хоризматмутазы положительно заряженным донором водородной связи» . Журнал Американского химического общества . 125 (11): 3206–7. DOI : 10.1021 / ja0341992 . PMID 12630863 . 
  10. ^ Ор S, Bruice TC (октябрь 2003). «Близкий к атаке конформационный подход к изучению реакции хоризма на префенат» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (21): 12015–20. DOI : 10.1073 / pnas.1534873100 . PMC 218705 . PMID 14523243 .  
  11. ^ Strajbl M, Shurki A, Kato M, Warshel A (август 2003). «Очевидный эффект NAC в хоризматмутазе отражает стабилизацию электростатического переходного состояния». Журнал Американского химического общества . 125 (34): 10228–37. DOI : 10.1021 / ja0356481 . PMID 12926945 . 
  12. ^ Burschowsky D, ван Eerde А, Ökvist М, Kienhöfer А, Каст Р, Hilvert D, Кренгель U (декабрь 2014). «Стабилизация электростатического переходного состояния, а не дестабилизация реагентов, обеспечивает химическую основу для эффективного катализа хоризматмутазы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (49): 17516–21. Bibcode : 2014PNAS..11117516B . DOI : 10.1073 / pnas.1408512111 . PMC 4267393 . PMID 25422475 .