Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
малатсинтаза
Идентификаторы
ЕС нет.2.3.3.9
№ CAS9013-48-3
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 малат - синтазы ( ЕС 2.3.3.9 ) представляет собой фермент , который катализирует в химическую реакцию

ацетил-CoA + H 2 O + глиоксилат ( S ) -малат + CoA

В 3 субстратов этого фермента ацетил-КоА , Н 2 О , и глиоксилат , в то время как две его продукты являются ( S ) -malate и КоА . Этот фермент участвует в пирувата и глиоксилат и дикарбоксилат метаболизма .

Номенклатура [ править ]

Этот фермент принадлежит к семейству трансфераз , в частности ацилтрансфераз, которые при переносе превращают ацильные группы в алкильные группы. Систематическое название данного фермента класс ацетил-СоА: глиоксилат С-ацетилтрансфераза (тиоэфир-гидролизный, карбоксиметили-образующие). Другие широко используемые названия включают L-малатглиоксилат-лиазу (CoA-ацетилирование), глиоксилат-трансацетилазу, глиоксилат-трансацетазу, глиоксилат-трансацетазу, малат-конденсирующий фермент, малат-синтетазу, яблочную синтетазу и яблочно-конденсирующий фермент.

Структура [ править ]

Кристаллографическая структура фермента малатсинтазы (слева) и расширенный вид активного центра (справа) в комплексе с его продуктом, малатом и координирующим катионом магния. [1]

Малатсинтазы делятся на два основных семейства, изоформы A и G. Изоформа G является мономерной с размером около 80 кДа и обнаруживается исключительно в бактериях . [2] Изоформа A составляет около 65 кДа на субъединицу и может образовывать гомомультимеры у эукариот . [3] Этот фермент содержит центральный ствол TIM, зажатый между N-концевым альфа-спиральным зажимом и альфа / бета-доменом, происходящим от двух вставок в последовательность ствола TIM . Фермент заканчивается пятиспиральной вилкой на С-конце . Активный центр, где расположены ацетил-КоА и глиоксилатсвязывается с ферментом, находится между цилиндром TIM и C-концевой заглушкой. [4] После связывания молекула ацетил-КоА образует J-образную форму, вставленную в карман связывания за счет внутримолекулярной водородной связи между N7 аденинового кольца и гидроксильной группой на пантетеиновом хвосте. [4] Кроме того, критический ион магния в активном центре координируется с глиоксилатом , глутаминовой кислотой 427, аспарагиновой кислотой 455 и двумя молекулами воды. [4]Аминокислоты, взаимодействующие с ацетил-КоА при связывании, высококонсервативны. [2] Идентичность последовательностей высока в каждом классе изоформ, но между обоими классами идентичность последовательностей снижается примерно до 15%. [5] Альфа / бета-домен, который не имеет очевидной функции, не виден в изоформе A. [6]

Активный сайт малатсинтазы связан с пируватом и ацетил-КоА (ACO), что показано в его изогнутой J-конфигурации. Октаэдрический координирующий катион Mg 2+ показан зеленым цветом, молекулы воды - красными точками, а полярные контакты - желтыми пунктирными линиями.

Механизм [ править ]

Механизм малатсинтазы представляет собой альдольную реакцию с последующим гидролизом тиоэфира . Первоначально, аспартаты 631 действуют в качестве каталитического основания, реферирования протона из альфа - углерода в ацетиле-КоА и создание енолята , который стабилизированный аргинин 338. [6] Это считаются быть лимитирующим шагом механизма. [7] Затем, вновь сформированный енолят выступает в качестве нуклеофильного агента, который атакует альдегидные из глиоксилата , придающий отрицательный заряд на кислородекоторый стабилизируется аргинином 338 и координирующим катионом магния . Этот промежуточный продукт малил-КоА затем подвергается гидролизу в части ацил-КоА , образуя карбоксилатный анион. [2] Фермент , наконец , выпускает малат и кофермент А .

Функция [ править ]

Роль малатсинтазы в глиоксилатном цикле.

Кислоты цикла лимонной (также известный в качестве кислотного цикла трикарбоновых или цикл Кребса) используется аэробных организмов для производства энергии посредством окисления из ацетил-КоА , который является производным от пирувата (продукт гликолиза ). Цикл лимонной кислоты принимает ацетил-КоА и метаболизирует его с образованием диоксида углерода . Родственный цикл, называемый глиоксилатным циклом , встречается у многих бактерий и растений. У растений цикл глиоксилата происходит в глиоксисомах . [8] В этом цикле изоцитратлиазаи малатсинтаза пропускают стадии декарбоксилирования цикла лимонной кислоты. Другими словами, малатсинтаза работает вместе с изоцитратлиазой в глиоксилатном цикле, чтобы обойти две окислительные стадии цикла Кребса и обеспечить включение углерода из ацетата или жирных кислот во многие микроорганизмы. [9] Вместе эти два фермента служат для производства сукцината (который выходит из цикла и используется для синтеза сахаров) и малата (который остается в цикле глиоксилата). Во время этого процесса в качестве субстратов используются ацетил-КоА и вода. В результате клетка не теряет 2 молекулы углекислого газа, как вЦикл Кребса . Глиоксилатный цикл, которому способствуют малатсинтаза и изоцитратлиаза, позволяет растениям и бактериям существовать на ацетил-КоА или двух других углеродных соединениях. Например, Euglena gracilis , одноклеточная эукариотическая водоросль , потребляет этанол для образования ацетил-КоА, а затем и углеводов . [10] В прорастающих растениях глиоксилатный цикл позволяет превращать резервные липиды в углеводы в глиоксисомах . [11]

История эволюции [ править ]

Малатсинтаза обнаруживается в виде октамера идентичных субъединиц (каждая примерно 60 кДа) в некоторых растениях, включая кукурузу. Он обнаружен как гомотетрамер у гриба Candida и как гомодимер у эубактерий . Малат - синтазы, слит с С-концом из изоцитратлиазы в C. Элеганс , в результате чего в одном бифункционального белка. Хотя в настоящее время нет достаточной информации о последовательностях для определения точной эволюционной истории малатсинтазы, последовательности растений, грибов и C. elegans отличаются друг от друга и не обнаруживают гомологов от архебактерий . [12]

Активность у людей [ править ]

Традиционно малатсинтазы описываются у бактерий как часть глиоксилатного цикла, а активность малатсинтазы для человеческого белка не сообщалась до исследования Strittmatter et al. В этом исследовании было обнаружено, что CLYBL является митохондриальным ферментом человека с активностью малатсинтазы. Он обнаружен во многих таксонах эукариот и сохраняется в бактериях. CLYBL отличается от других малатсинтаз тем, что в нем отсутствует большая часть С-концевого домена и проявляется более низкая удельная активность и эффективность. [13] CLYBL связан с путем метаболизма витамина B12, потому что он сильно коэкспрессируется с MUT, MMAA и MMAB, тремя участниками митохондриального пути B12. [13]Кроме того, потеря полиморфизма функции , которая приводит к потере белка CLYBL, одновременно связана с низкими уровнями B12 в плазме человека. [13] Хотя точный механизм участия CLYBL в метаболизме B12 не совсем понятен, считается, что он превращает цитрамалил-КоА в пируват и ацетил-КоА. Без этого преобразования итаконил-КоА, предшественник цитрамалил-КоА, накапливается в клетке, что приводит к инактивации витамина B12. Эта инактивация ингибирует цикл метионина, что приводит к снижению метаболизма серина , глицина , одноуглерода и фолиевой кислоты. [14] [15]

Клиническое значение [ править ]

Поскольку глиоксилатный цикл происходит в бактериях и грибах, изучение механизмов малатсинтазы (а также изоцитратлиазы) важно для понимания патогенеза человека, животных и растений . Изучение малатсинтазы может пролить свет на метаболические пути, которые позволяют патогенам выживать внутри хозяина, а также пролить свет на возможные методы лечения. [16] Было проведено множество исследований активности малатсинтазы у патогенов, включая Mycobacterium tuberculosis , Pseudomonas aeruginosa , Brucella melitensis и Escherichia coli .

Mycobacterium tuberculosis [ править ]

Малатсинтаза и глиоксилатный путь особенно важны для M. tuberculosis , обеспечивая длительное сохранение инфекции. [2] Когда клетки микобактерий туберкулеза становятся фагоцитозу , бактерия активирует гены , кодирующие глиоксилата шунтирующие ферменты. [17] Mycobacterium tuberculosis - один из наиболее хорошо изученных патогенов, связанных с ферментом малатсинтазой. Структура и кинетика малатсинтазы Mycobacterium tuberculosis хорошо классифицированы. [18] [2] Малатсинтаза важна для Mycobacterium tuberculosis.выживание, потому что он позволяет бактериям ассимилировать ацетил-КоА в длинноцепочечные углеводы и выживать в суровых условиях. Помимо этого, малатсинтаза предотвращает накопление токсичности глиоксилата, продуцируемого изоцитратлиазой . [19] Подавление малатсинтазы приводит к снижению стрессоустойчивости, устойчивости и роста Mycobacterium tuberculosis внутри макрофагов. [20] Фермент может ингибироваться небольшими молекулами (хотя ингибирование зависит от микроокружения), что позволяет предположить, что они могут быть использованы в качестве новых химиотерапевтических препаратов. [21]

Синегнойная палочка [ править ]

Pseudomonas aeruginosa вызывает тяжелые инфекции у людей и классифицируется Всемирной организацией здравоохранения как критическая угрозаиз-за своей устойчивости к множественным методам лечения. Глиоксилатный шунт необходим дляроста синегнойной палочки в организме-хозяине. В 2017 году McVey et al. исследовали трехмерную структурумалатсинтазы G. P. aeruginosa. Они обнаружили, что это мономер, состоящий из четырех доменов, который высоко консервативен для других патогенов. Они также использовали вычислительный анализ, чтобы идентифицировать два связывающих кармана, которые могут служить мишенями для лекарств. [22]

Brucella melitensis [ править ]

Brucella бруцеллез является патогенной бактериейкоторая вызывает лихорадку и воспаление из придатка у овец и крупного рогатого скота и может передаваться человеку через потребление непастеризованного молока. Было установлено, что малатсинтаза является потенциальным фактором вирулентности этой бактерии. В 2016 году Ади и др. построил трехмерную кристаллическую структуру белка для идентификации каталитических доменов и исследования потенциальных ингибиторов . Они определили пять ингибиторов с непоральной токсичностью, которые служили лекарствами против бактерий, предлагая возможные пути лечения бруцеллеза . [23]

Кишечная палочка [ править ]

У Escherichia coli гены, кодирующие ферменты, необходимые для глиоксилатного цикла, экспрессируются полицистронным опероном ace . Этот оперон содержит гены, кодирующие малатсинтазу (aceB), изоцитратлиазу (aceA) и изоцитратдегидрогеназу киназу / фосфатазу (aceK). [24]

Структурные исследования [ править ]

По состоянию на начало 2018 года было решено несколько структур для малатсинтаз, в том числе с кодами доступа PDB 2GQ3 , 1D8C , 3OYX , 3PUG , 5TAO , 5H8M , 2JQX , 1P7T и 1Y8B . [25]

Ссылки [ править ]

  1. ^ PDB : 5T8G ; Хуанг Х.Л., Кригер IV, Параи М.К., Гаванди В.Б., Саккеттини Дж.С. (декабрь 2016 г.). «Структуры малат-синтазы Mycobacterium tuberculosis с фрагментами открывают портал для обмена субстратом / продуктом» . Журнал биологической химии . 291 (53): 27421–32. DOI : 10,1074 / jbc.m116.750877 . PMC  5207166 . PMID  27738104 .
  2. ^ a b c d e Смит CV, Хуанг CC, Miczak A, Russell DG, Sacchettini JC, Höner zu Bentrup K (январь 2003 г.). «Биохимические и структурные исследования малатсинтазы Mycobacterium tuberculosis» . Журнал биологической химии . 278 (3): 1735–43. DOI : 10.1074 / jbc.M209248200 . PMID 12393860 . 
  3. ^ Durchschlag H, Biedermann G, H Eggerer (февраль 1981). «Масштабная очистка и некоторые свойства малатсинтазы из пекарских дрожжей» . Европейский журнал биохимии . 114 (2): 255–62. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1981.tb05144.x . PMID 7011808 . 
  4. ^ a b c Anstrom DM, Kallio K, Remington SJ (сентябрь 2003 г.). «Структура абортивного тройного комплекса малатсинтазы Escherichia coli G: пируват: ацетил-кофермент А при разрешении 1,95 А» . Белковая наука . 12 (9): 1822–32. DOI : 10.1110 / ps.03174303 . PMC 2323980 . PMID 12930982 .  
  5. ^ Serrano JA, Bonete MJ (август 2001). «Секвенирование, филогенетический и транскрипционный анализ оперона обхода глиоксилата (ace) в галофильных архее Haloferax volcanii». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура и экспрессия гена . 1520 (2): 154–62. DOI : 10.1016 / s0167-4781 (01) 00263-9 . PMID 11513957 . 
  6. ^ a b Говард Б. Р., Эндриззи Дж. А., Ремингтон С. Дж. (март 2000 г.). «Кристаллическая структура малатсинтазы G Escherichia coli в комплексе с магнием и глиоксилатом с разрешением 2,0 A: механистические последствия». Биохимия . 39 (11): 3156–68. DOI : 10.1021 / bi992519h . PMID 10715138 . 
  7. ^ Clark JD, О'Киф SJ Ноулз JR (август 1988). «Малатсинтаза: доказательство ступенчатой ​​конденсации Клейзена с использованием теста на фракционирование двойных изотопов». Биохимия . 27 (16): 5961–71. DOI : 10.1021 / bi00416a020 . PMID 2847778 . 
  8. ^ Страйер L, Берг JM, Тимочко JL (2003). Биохимия (пятое изд.). Нью-Йорк: Фриман. ISBN 978-0-7167-4684-3. OCLC  48055706 .
  9. ^ Корнберг HL, Sadler JR (декабрь 1961). «Метаболизм C2-соединений в микроорганизмах. VIII. Цикл дикарбоновых кислот как путь окисления гликоллата Escherichia coli» . Биохимический журнал . 81 : 503–13. DOI : 10.1042 / bj0810503 . PMC 1243371 . PMID 14458448 .  
  10. ^ Наказаву M (2017). «Метаболизм С2 в эвглене». Успехи экспериментальной медицины и биологии . 979 : 39–45. DOI : 10.1007 / 978-3-319-54910-1_3 . ISBN 978-3-319-54908-8. PMID  28429316 .
  11. ^ Cioni M, Pinzauti G, Ванни P (1981). «Сравнительная биохимия глиоксилатного цикла». Сравнительная биохимия и физиология Б . 70 : 1–26. DOI : 10.1016 / 0305-0491 (81) 90118-8 .
  12. ^ Шнарренбергер C, Martin W (февраль 2002). «Эволюция ферментов цикла лимонной кислоты и глиоксилатного цикла высших растений. Пример переноса эндосимбиотических генов» . Европейский журнал биохимии . 269 (3): 868–83. DOI : 10,1046 / j.0014-2956.2001.02722.x . PMID 11846788 . 
  13. ^ a b c Strittmatter L, Li Y, Nakatsuka NJ, Calvo SE, Grabarek Z, Mootha VK (май 2014 г.). «CLYBL представляет собой полиморфный человеческий фермент с активностью малатсинтазы и β-метилмалатсинтазы» . Молекулярная генетика человека . 23 (9): 2313–23. DOI : 10,1093 / HMG / ddt624 . PMC 3976331 . PMID 24334609 .  
  14. ^ Шен Н, Campanello ОЕ, фликкер D, Grabarek Z, Х J, Ло С, Р Банерджи, Mootha В.К. (ноябрь 2017 г.). "Ген нокаута человека CLYBL соединяет итаконат с витамином B12" . Cell . 171 (4): 771–782.e11. DOI : 10.1016 / j.cell.2017.09.051 . PMC 5827971 . PMID 29056341 .  
  15. ^ Рид М., Пайк Дж, Locasale JW (ноябрь 2017 г.). «Недостающее звено в метаболизме витамина B12» . Cell . 171 (4): 736–737. DOI : 10.1016 / j.cell.2017.10.030 . PMID 29100069 . 
  16. Перейти ↑ Dunn MF, Ramírez-Trujillo JA, Hernández-Lucas I (октябрь 2009 г.). «Основные роли изоцитратлиазы и малатсинтазы в бактериальном и грибковом патогенезе» . Микробиология . 155 (Pt 10): 3166–75. DOI : 10.1099 / mic.0.030858-0 . PMID 19684068 . 
  17. ^ Höner Zu Bentrup K, Miczak A, Swenson DL, Russell DG (декабрь 1999). «Характеристика активности и экспрессии изоцитратлиазы в Mycobacterium avium и Mycobacterium tuberculosis» . Журнал бактериологии . 181 (23): 7161–7. DOI : 10.1128 / JB.181.23.7161-7167.1999 . PMC 103675 . PMID 10572116 .  
  18. ^ Quartararo CE, Blanchard JS (август 2011). «Кинетический и химический механизм малатсинтазы Mycobacterium tuberculosis» . Биохимия . 50 (32): 6879–87. DOI : 10.1021 / bi2007299 . PMC 3153559 . PMID 21728344 .  
  19. ^ Пакетт S, Трухильо С, Ван Z, Eoh Н, Ioerger TR, Krieger I, J Sacchettini, Schnappinger D, Рхи К.Ю., EHRT S (март 2017 г.). «Детоксикация глиоксилата является важной функцией малатсинтазы, необходимой для ассимиляции углерода у Mycobacterium tuberculosis» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (11): E2225 – E2232. DOI : 10.1073 / pnas.1617655114 . PMC 5358392 . PMID 28265055 .  
  20. ^ Сингх К.С., Шарма Р., Кешари Д., Сингх Н., Сингх С.К. (сентябрь 2017 г.). «Подавление малатсинтазы в Mycobacterium tuberculosis H37Ra приводит к снижению стрессоустойчивости, устойчивости и выживаемости макрофагов». Туберкулез . 106 : 73–81. DOI : 10.1016 / j.tube.2017.07.006 . PMID 28802408 . 
  21. ↑ May EE, Leitão A, Tropsha A, Oprea TI (декабрь 2013 г.). «Системное химико-биологическое исследование ингибирования малатсинтазы и изоцитратлиазы у Mycobacterium tuberculosis во время активного роста и роста NRP» . Вычислительная биология и химия . 47 : 167–80. DOI : 10.1016 / j.compbiolchem.2013.07.002 . PMC 4010430 . PMID 24121675 .  
  22. ^ МАКВЕЙ переменного тока, Medarametla Р, Чи Х, Бартлетта S, Poso А, весенний ДР, Рахман Т, М Велч (октябрь 2017 г.). «Структурная и функциональная характеристика малат-синтазы G от оппортунистического патогена Pseudomonas aeruginosa» . Биохимия . 56 (41): 5539–5549. DOI : 10.1021 / acs.biochem.7b00852 . PMID 28985053 . 
  23. ^ Adi PJ, Yellapu NK, Матч B (декабрь 2016). «Моделирование, молекулярный докинг, исследование каталитического режима связывания ацетил-CoA малатсинтазы G в Brucella melitensis 16M» . Отчеты по биохимии и биофизике . 8 : 192–199. DOI : 10.1016 / j.bbrep.2016.08.020 . PMC 5613768 . PMID 28955956 .  
  24. ^ Cortay JC, Bleicher F, Дюкло B, Cenatiempo Y, Готье C, Прато JL, Cozzone AJ (сентябрь 1989). «Использование ацетата в Escherichia coli: структурная организация и дифференциальная экспрессия ace оперона». Биохимия . 71 (9–10): 1043–9. DOI : 10.1016 / 0300-9084 (89) 90109-0 . PMID 2512996 . 
  25. ^ Банк, RCSB Protein Data. «RCSB PDB: Домашняя страница» . www.rcsb.org . Проверено 5 марта 2018 .