Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гомосериндегидрогеназа
PDB 1ebu EBI.jpg
Комплекс гомосериндегидрогеназы с аналогом НАД + и L-гомосерином.
Идентификаторы
СимволHomoserine_dh
PfamPF00742
ИнтерПроIPR001342
PROSITEPDOC00800
SCOP21ebu / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
Гомосериндегидрогеназа
Идентификаторы
ЕС нет.1.1.1.3
№ CAS9028-13-1
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

В энзимологии , A гомосериндегидрогеназа ( ЕС 1.1.1.3 ) представляет собой фермент , который катализирует в химическую реакцию

L-гомосерин + NAD (P) + L-аспартат 4-полуальдегид + NAD (P) H + H +

2 субстрата этого фермента - это L-гомосерин и NAD + (или NADP + ), тогда как его 3 продукта - это L-аспартат, 4-полуальдегид, NADH (или NADPH ) и H + .

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности тех, которые действуют на группу CH-OH донора с НАД + или НАДФ + в качестве акцептора. Систематическое название данного фермента класс L-гомосерин: NAD (P) + оксидоредуктаза . Другие широко используемые имена включают HSDH и HSD .

Гомосериндегидрогеназа катализирует третью стадию аспартатного пути; NAD (P) -зависимое снижение аспартат - беты-полуальдегид в гомосерина . [1] [2] гомосерин является промежуточным продуктом в биосинтезе из треонина , изолейцина и метионина . [3]

Структура фермента [ править ]

Фермент можно найти в монофункциональной форме у некоторых бактерий и дрожжей . Структурный анализ монофункционального фермента дрожжей показывает, что фермент представляет собой димер, состоящий из трех отдельных областей; N-концевой нуклеотид-связывающий домен, короткая центральная димеризационная область и C-концевой каталитический домен. [4] N-концевой домен образует модифицированную складку Россмана , в то время как каталитический домен образует новый смешанный альфа-бета-лист.

Фермент также может быть найден в бифункциональной форме, состоящей из N-концевого домена аспартокиназы и C-концевого домена гомосериндегидрогеназы, как у бактерий, таких как Escherichia coli, и у растений . [5]

Бифункциональный фермент аспартокиназа-гомосериндегидрогеназа (AK-HSD) имеет регуляторный домен, который состоит из двух субдоменов с общей петлей - альфа-спираль- петля- бета-цепь петля-бета-цепь. Каждый субдомен содержит домен ACT, который позволяет комплексно регулировать несколько различных функций белка. [5] Ген AK-HSD кодирует аспартаткиназу, промежуточный домен (кодирующий линкерную область между двумя ферментами в бифункциональной форме) и, наконец, кодирующую последовательность для гомосериндегидрогеназы. [6] [7]

По состоянию на конец 2007 г. для этого класса ферментов были решены 4 структуры с кодами доступа 1EBF , 1EBU , 1Q7G и 1TVE .

Ферментный механизм [ править ]

Рисунок 1. Предполагаемый механизм реакции переноса гидрида, катализируемый гомосериндегидрогеназой и NAD (P) H.
Рис. 2. Мультяшное изображение активного сайта гомосериндегидрогеназы ( PBD 1EBU ).

Гомосериндегидрогеназа катализирует реакцию полуальдегида аспартата (ASA) с гомосерином . Общая реакция восстанавливает функциональную группу C4 карбоновой кислоты ASA до первичного спирта и окисляет альдегид C1 до карбоновой кислоты. Считается, что остатки Glu 208 и Lys 117 вовлечены в активный каталитический сайт фермента. Было показано, что Asp 214 и Lys 223 важны для переноса гидрида в катализируемой реакции. [4]

После того , как С4 - карбоновая кислота является уменьшена до альдегида , и C1 - альдегид окисляется до карбоновой кислоты, эксперименты показывают , что Asp 219, Glu 208 и молекула воды связывает ASA в активном центре , а Lys 223 жертвует протон к аспартатам-полуальдегиду Кислород C4. Гомосериндегидрогеназа имеет кофактор NAD (P) H , который затем отдает водород тому же углероду, эффективно восстанавливая альдегид до спирта . [4] (См. Рисунки 1 и 2).

Однако точный механизм полного катализа гомосериндегидрогеназы остается неизвестным. [4]

Постулируется, что реакция, катализируемая гомосериндегидрогеназой, протекает по би-би- кинетическому механизму, при котором кофактор НАД (Ф) Н первым связывает фермент и последним отделяется от фермента после завершения реакции. [6] [8] Кроме того, хотя и НАДН, и НАДФН являются подходящими кофакторами для реакции, НАДН является предпочтительным. К м реакции в четыре раза меньше с NADH и К кошки / К м в три раза больше, что указывает на более эффективную реакцию. [9]

Гомосериндегидрогеназа также демонстрирует кинетику разного порядка при субстратных уровнях субстрата. Кроме того, вариабельная кинетика гомосериндегидрогеназы является артефактом более быстрой диссоциации аминокислотного субстрата из ферментного комплекса по сравнению с диссоциацией кофактора . [8] [10]

Биологическая функция [ править ]

Путь метаболизма аспартата участвует как в хранении аспарагина, так и в синтезе аминокислот семейства аспартатов . [11] Гомосериндегидрогеназа катализирует промежуточную стадию в этом пути хранения и утилизации азота и углерода . [12] (См. Рисунок 3).

В фотосинтезирующих организмах глутамин , глутамат и аспартат накапливаются в течение дня и используются для синтеза других аминокислот. Ночью аспартат превращается в аспарагин для хранения. [12] Кроме того, ген аспартаткиназы-гомосериндегидрогеназы в первую очередь экспрессируется в активно растущих молодых тканях растений, особенно в апикальной и латеральной меристемах . [13]

У млекопитающих отсутствуют ферменты, участвующие в метаболическом пути аспартата, включая гомосериндегидрогеназу. Поскольку лизин , треонин , метионин и изолейцин вырабатываются этим путем, они считаются незаменимыми аминокислотами для млекопитающих. [6]

Биологическая регуляция [ править ]

Рисунок 3. Гомосериндегидрогеназа - это фермент, участвующий в пути биосинтеза нескольких ключевых аминокислот. Он негативно регулируется треонином, и этот путь подлежит дополнительной регуляции.

Гомосериндегидрогеназа и аспартаткиназа подлежат значительному регулированию (см. Рисунок 3). HSD ингибируется продуктами метаболического пути аспартата, в основном треонином . Треонин действует как конкурентный ингибитор как HSD, так и аспартаткиназы. [14] У организмов, экспрессирующих AK-HSD, один из сайтов связывания треонина находится в линкерной области между AK и HSD, что свидетельствует о потенциальном аллостерическом ингибировании обоих ферментов. [6]

Однако существуют некоторые устойчивые к треонину формы HSD, для ингибирования которых требуются концентрации треонина, намного превышающие физиологически присутствующие. Эти нечувствительные к треонину формы HSD используются в генно-инженерных растениях для увеличения выработки треонина и метионина для повышения питательной ценности. [6]

Гомосериндегидрогеназа также регулируется транскрипцией . Его промоторная последовательность содержит последовательность цис-регуляторного элемента TGACTC, которая, как известно, участвует в других путях биосинтеза аминокислот . Opaque2 регуляторный элемент также участвует в регуляции гомосериндегидрогеназу дегидрогеназы, но его последствия до сих пор не определены. [7]

У растений также существует регуляция экспрессии гена AK-HSD в окружающей среде . Было продемонстрировано, что воздействие света увеличивает экспрессию гена AK-HSD, предположительно связанного с фотосинтезом . [12] [13]

Актуальность болезни [ править ]

У людей наблюдается значительный рост заболеваемости патогенными грибами , поэтому разработка противогрибковых препаратов является важной биохимической задачей. [15] Поскольку гомосериндегидрогеназа обнаруживается в основном в растениях, бактериях и дрожжах , но не в млекопитающих, она является серьезной мишенью для разработки противогрибковых препаратов . [16] Недавно было обнаружено, что 5-гидрокси-4-оксонорвалин (HON) необратимо подавляет активность HSD. HON структурно подобен полуальдегиду аспартата, поэтому предполагается, что он служит конкурентным ингибитором HSD. Аналогично, (S) 2-амино-4-оксо-5-гидроксипентановая кислота (RI-331), другая аналог аминокислоты , также было показано, что он ингибирует HSD. [16] Оба эти соединения эффективны , среди прочего, против Cryptococcus neoformans и Cladosporium fulvum . [17]

В дополнение к аналогам аминокислот, несколько фенольных соединений, как было показано, ингибируют активность HSD. Подобно HON и RI-331, эти молекулы являются конкурентными ингибиторами, которые связываются с активным центром фермента . В частности, фенольная гидроксильная группа взаимодействует с сайтом связывания аминокислоты . [15] [18]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Thomas D, Барбе R, Сурдин-Керджан Y (июнь 1993). «Эволюционные отношения между дрожжевыми и бактериальными гомосериндегидрогеназами» . FEBS Lett . 323 (3): 289–93. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (93) 81359-8 . PMID  8500624 . S2CID  23964791 .
  2. ^ Ки В, Clepet С, Патте JC (1993). «Эволюционные сравнения трех ферментов пути биосинтеза треонина среди нескольких видов микробов». Биохимия . 75 (6): 487–95. DOI : 10.1016 / 0300-9084 (93) 90115-9 . PMID 8395899 . 
  3. Перейти ↑ Ferreira RR, Meinhardt LW, Azevedo RA (2006). «Биосинтез лизина и треонина в семенах сорго: характеристика изоферментов аспартаткиназы и гомосериндегидрогеназы». Аня. Прил. Биол . 149 (1): 77–86. DOI : 10.1111 / j.1744-7348.2006.00074.x .
  4. ^ a b c d ДеЛабарр Б., Томпсон ПР, Райт Г.Д., Бергьюс А.М. (март 2000 г.). «Кристаллические структуры гомосериндегидрогеназы предполагают новый каталитический механизм оксидоредуктаз». Nat. Struct. Биол . 7 (3): 238–44. DOI : 10.1038 / 73359 . PMID 10700284 . S2CID 26638309 .  
  5. ^ a b Paris S, Viemon C, Curien G, Dumas R (февраль 2003 г.). «Механизм контроля аспартаткиназы-гомосериндегидрогеназы Arabidopsis thaliana с помощью треонина» . J. Biol. Chem . 278 (7): 5361–5366. DOI : 10.1074 / jbc.M207379200 . PMID 12435751 . 
  6. ^ a b c d e Schroeder AC, Zhu C, Yanamadala SR, Cahoon RE, Arkus KAJ, Wachsstock L, Bleeke J, Krishnan HB, Jez JM (январь 2010 г.). «Треонин-нечувствительная гомосериндегидрогеназа из сои: геномная организация, кинетический механизм и активность in vivo» . J. Biol. Chem . 285 (2): 827–834. DOI : 10.1074 / jbc.M109.068882 . PMC 2801284 . PMID 19897476 .  
  7. ^ a b Ghislain M, Frankard V, Vandenbossche D, Matthews BF, Jacobs M (март 1994). «Молекулярный анализ гена аспартаткиназы-гомосериндегидрогеназы из Arabidopsis thaliana ». Завод Мол. Биол . 24 (6): 835–851. DOI : 10.1007 / bf00014439 . PMID 8204822 . S2CID 6183867 .  
  8. ^ a b Wedler FC, Ley BW, Shames SL, Rembish SJ, Kushmaul DL (март 1992 г.). «Предпочтительный порядок случайного кинетического механизма для гомосериндегидрогеназы Escherichia coli (Thr-чувствительной) аспартокиназы / гомосериндегидрогеназы-I: кинетика равновесного изотопного обмена». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1119 (3): 247–249. DOI : 10.1016 / 0167-4838 (92) 90209-V . PMID 1547269 . 
  9. ^ Жак С.Л., Нимен С, D Bareicha, Броудхед G, R Кинах, Honek И. Ф., Райт Д. (январь 2001). «Характеристика дрожжевой гомосериндегидрогеназы, противогрибковой мишени: инвариант гистидин 309 важен для целостности фермента». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1544 (1–2): 28–41. DOI : 10.1016 / S0167-4838 (00) 00203-X . PMID 11341914 . 
  10. ^ Wedler FC, Ley BW (март 1993). «Кинетические и регуляторные механизмы для гомосериндегидрогеназы-I Escherichia coli : кинетика равновесного изотопного обмена». J. Biol. Chem . 268 (1): 4880–4888. PMID 8444866 . 
  11. Перейти ↑ Azevedo RA (2002). «Анализ метаболического пути аспарагиновой кислоты с использованием мутантных генов». Аминокислоты . 22 (3): 217–230. DOI : 10.1007 / s007260200010 . PMID 12083066 . S2CID 23327489 .  
  12. ^ a b c Чжу-Шимони JX, Галили Г. (март 1998 г.). «Экспрессия гена аспартаткиназы / гомосериндегидрогеназы Arabidopsis метаболически регулируется сигналами, связанными с фотосинтезом, но не азотистыми соединениями» . Plant Physiol . 116 (3): 1023–1028. DOI : 10.1104 / pp.116.3.1023 . PMC 35071 . PMID 9501134 .  
  13. ^ a b Чжу-Шимони JX, Лев-Ядун С., Мэтьюз Б., Калили С. (март 1997 г.). «Экспрессия гена аспартаткиназы гомосериндегидрогеназы является предметом специфической пространственной и временной регуляции в вегетативных тканях, цветках и развивающихся семенах» . Plant Physiol . 113 (3): 695–706. DOI : 10.1104 / pp.113.3.695 . PMC 158187 . PMID 12223636 .  
  14. ↑ Park SD, Lee JY, Sim SY, Kim Y, Lee HS (июль 2007 г.). «Характеристики продукции метионина сконструированным штаммом Corynebacterium glutamicum ». Метаб. Англ . 9 (4): 327–336. DOI : 10.1016 / j.ymben.2007.05.001 . PMID 17604670 . 
  15. ^ Б Bareich DC, нацистская I, Райт GD (октябрь 2003). «Одновременный анализ in vitro первых четырех ферментов в грибковом аспартатном пути выявляет новый класс ингибиторов аспартаткиназы» . Chem. Биол . 10 (10): 967–973. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2003.09.016 . PMID 14583263 . 
  16. ^ a b Ямаки Х., Ямагути М., Цуруо Т., Ямагути Х. (май 1992 г.). «Механизм действия противогрибкового антибиотика, RI-331, (S) 2-амино-4-оксо-5-гидроксипентановая кислота; кинетика инактивации гомосериндегидрогеназы из Saccharomyces cerevisiae » . J. Antibiot. (Токио) . 45 (5): 750–755. DOI : 10,7164 / antibiotics.45.750 . PMID 1352515 . 
  17. ^ Жак С.Л., Мирза И.А., Эджим Л., Котева К., Хьюз Д.В., Грин К., Кинах Р., Хонек Дж.Ф., Лай Г.К., Бергис А.М., Райт Г.Д. (октябрь 2003 г.). «Самоубийство с помощью ферментов: молекулярная основа противогрибковой активности 5-гидрокси-4-оксонорвалина за счет мощного ингибирования гомосериндегидрогеназы» . Chem. Биол . 10 (10): 989–995. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2003.09.015 . PMID 14583265 . 
  18. ^ Европейский терапевтический журнал L, Мирза И.А., Capone C, нацистская I, Дженкинс S, Chee GL, Berghui AM, Райт GD (июль 2004). «Новые фенольные ингибиторы дрожжевой гомосериндегидрогеназы». Биоорг. Med. Chem . 12 (14): 3825–3830. DOI : 10.1016 / j.bmc.2004.05.009 . PMID 15210149 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Блэк С., Райт Н.Г. (1955). «Гомосериндегидрогеназа». J. Biol. Chem . 213 (1): 51–60. PMID  14353905 .
  • Старнес В.Л., Мунк П., Мол С.Б., Каннингем Г.Н., Кокс DJ, Шайв В. (1972). «Треонин-чувствительный комплекс аспартокиназа-гомосериндегидрогеназа, аминокислотный состав, молекулярная масса и субъединичный состав комплекса». Биохимия . 11 (5): 677–87. DOI : 10.1021 / bi00755a003 . PMID  4551091 .
  • Верон М, Фалькоз-Келли Ф, Коэн Г.Н. (1972). «Треонин-чувствительная гомосериндегидрогеназная и аспартокиназная активности Escherichia coli K12. Две каталитические активности осуществляются двумя независимыми участками полипептидной цепи» . Евро. J. Biochem . 28 (4): 520–7. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1972.tb01939.x . PMID  4562990 .
Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и InterPro : IPR001342