Метионин гамма-лиаза

Метионин-гамма-лиаза (MGL) - это фермент из гамма-семейства PLP-зависимых ферментов. Он разлагает серосодержащие аминокислоты до α-кетокислоты, аммиака и тиолов. Поскольку серосодержащие аминокислоты играют роль во многих биологических процессах, регулирование этих аминокислот имеет важное значение. Кроме того, крайне важно поддерживать низкие уровни гомоцистеина для правильного функционирования различных путей и предотвращения токсических эффектов гомолога цистеина. ^[1] Метионин-гамма-лиаза была обнаружена у нескольких бактерий (Clostridiums porogenes, Pseudomonas ovalis, Pseudomonas putida, Aeromonas sp., Citrobacter intermediateus, Brevibacterium linens, Citrobacter freundii, Porphyromonas protozoa gingivalis, Treponema parazoa denticola) ,(Trichomonas vaginalis, Entamoeba histolytica) и растения (Arabidopsis thaliana) . ^[2]

Этот фермент принадлежит к семейству лиаз , а именно к классу сероуглеродных лиаз. Систематическое название данного фермента класс L-метионин метантиол-лиаза (дезаминирующая 2-оксобутаноат-образующей) . Другие широко используемые названия включают L-метиониназу , метионинлиазу , метиониназу , метиониндетиометилазу , L-метионин гамма-лиазу и L-метионинметантиоллиазу (дезаминирующую) . Этот фермент участвует в метаболизме сеноаминовой кислоты . В нем используется один кофактор - пиридоксальфосфат .

Структура [ править ]

Фермент состоит из 389-441 аминокислоты и образует четыре идентичные субъединицы. Активная молекула состоит из двух тесно связанных димеров, на границе раздела которых находится активный центр. Каждый из димеров содержит кофактор пиридоксаль-5'-фосфата (PLP). В реакции участвуют шесть аминокислот, расположенных рядом с активным центром, а именно Tyr59, Arg61, Tyr114, Cys116, Lys240 и Asp241. ^[2] В отличие от других аминокислот, Cys116 обычно не обнаруживается в ферментах семейства PLP γ, которые вместо этого содержат глицин или пролин. Хотя прямого контакта между Cys116 и MGL или метиониновым субстратом нет, исследования показывают, что аминокислота участвует в сохранении субстратной специфичности. ^[3]

Механизм реакции [ править ]

Механизм действия метионин гамма-лиазы ^[2]

В энзимологии , A метионин гамма-лиаза ( ЕС 4.4.1.11 ) представляет собой фермент , который катализирует в химическую реакцию

L-метионин + H ₂ O метантиол + NH ₃ + 2-оксобутаноат

{\ displaystyle \ rightleftharpoons}

Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются L-метионин и H 2 O , тогда как его тремя продуктами являются метантиол , NH 3 и 2-оксобутаноат .

MGL также катализирует α, β-элиминирование L-цистеина, деградацию O-замещенного серина или гомосерина, β- или γ-замену, а также дезаминирование и γ-присоединение L-винилглицина. Механизм реакции изначально состоит из аминогруппы субстрата, соединенной с PLP связью по основанию Шиффа. Когда остаток лизина заменяет аминогруппу, образуется внешний альдимин, и атомы водорода из субстрата смещаются на PLP. Соседняя тирозиновая аминокислота действует как кислотный катализатор и атакует субстрат, следовательно, удаляя тиольную группу из субстрата. Наконец, из PLP высвобождаются α-кетокислота и аммиак. ^[2]

Функция [ править ]

Поскольку MGL имеет различную субстратную специфичность среди организмов, фермент также играет различные физиологические роли среди организмов. У анаэробных бактерий и паразитических простейших MGL генерирует 2-оксобутират из метионина. 2-оксобутират в конечном итоге разлагается ацетат-КоА-лигазой и продуцирует АТФ, тем самым способствуя метаболизму АТФ. MGL также играет роль в патогенности пародонтальных бактерий, таких как P. gingivalis . Исследование обнаруживает корреляцию между присутствием MGL и увеличением выживаемости мышей после подкожной инъекции бактерий. У B. linens, бактерии, созревающей сыр, активность MGL тесно связана с углеводным обменом. ^[4]

У растений мРНК MGL обнаруживается в сухих семенах, хотя сам белок - нет. Однако фермент сильно экспрессируется во влажных семенах, что позволяет предположить, что MGL является жизненно важной частью раннего прорастания. MGL также может участвовать в образовании летучих соединений серы, таких как метантиол, на поврежденных листьях растений для защиты от насекомых. Тем не менее, не установлено, присутствует ли MGL в гуаве, которая, как было впервые обнаружено, обладает этим механизмом защиты, и используют ли другие растения подобную технику. ^[5]

Изоферменты MGL обнаруживаются только у паразитарных простейших E. histolytica и T. vaginalis . Изоферменты различаются по своей способности эффективно расщеплять метионин, гомоцистеин и цистеин. MGL E. histolytica происходит от MGL архей, тогда как MGL T. vaginalis имеет большее сходство с бактериальным MGL. Следовательно, включение MGL в геном этих двух видов произошло независимо. ^[6]

Разработка лекарств [ править ]

Трифторметионин (TFM) представляет собой пролекарство фторированного метионина, которое проявляет свою токсичность только после разложения под действием MGL. Исследования показывают, что TFM токсичен и замедляет рост анаэробных микроорганизмов (Mycobacterium smegmatis, Mycobacterium phlei, Candida lipolytica) , пародонтальных бактерий (P. gingivalis, F. nucleatum) и паразитарных простейших (E. histolytica, T. vaginalis) . Исследования показали, что TFM также эффективен in vivo. Кроме того, TFM имеет ограниченную токсичность по отношению к клеткам млекопитающих, которые не содержат MGL. Следовательно, TFM оказывает токсическое действие только на патогены, содержащие MGL. ^[7]

Лечение рака [ править ]

Некоторые опухоли, такие как глиобластома , медуллобластома и нейробластома , гораздо более чувствительны к метиониновому голоданию, чем нормальные ткани. Следовательно, истощение запасов метионина является подходящим терапевтическим подходом к лечению рака. По этой причине было изучено, что MGL снижает уровень метионина в сыворотке крови и уменьшает рост опухоли, а также убивает эти злокачественные клетки голоданием. ^[8]

Ссылки [ править ]

^ Stipanuk MH (2004). «Метаболизм серных аминокислот: пути производства и удаления гомоцистеина и цистеина». Ежегодный обзор питания . 24 : 539–577. DOI : 10.1146 / annurev.nutr.24.012003.132418 . PMID 15189131 .
^ a b c d Сато Д., Нодзаки Т. (ноябрь 2009 г.). «Метионин гамма-лиаза: уникальный механизм реакции, физиологические роли и терапевтические применения против инфекционных заболеваний и рака». IUBMB Life . 61 (11): 1019–1028. DOI : 10.1002 / iub.255 . PMID 19859976 . S2CID 21230108 .
^ Кудо D, Мисаки S, Ямашита М, Тамура Т, Эсаки Н, Инагаки К (июль 2008). «Роль цистеина 116 в активном центре противоопухолевого фермента L-метионин гамма-лиазы из Pseudomonas putida». Биология, биотехнология и биохимия . 72 (7): 1722–1730. CiteSeerX 10.1.1.319.2805 . DOI : 10.1271 / bbb.80015 . PMID 18603802 . S2CID 14292815 .
^ Нозаки Т, Али В, Токоро М (2005). Метаболизм серосодержащих аминокислот у паразитических простейших . Успехи паразитологии . 60 . С. 1–99. DOI : 10.1016 / S0065-308X (05) 60001-2 . ISBN 9780120317608. PMID 16230102 .
^ Rouseff RL, Onagbola EO, Смута JM, Stelinski LL (октябрь 2008). «Летучие вещества серы в листьях гуавы (Psidium guajava L.): возможный защитный механизм». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 56 (19): 8905–8910. DOI : 10.1021 / jf801735v . PMID 18778077 .
↑ Александр Ф.В., Сандмайер Э, Мехта П.К., Кристен П. (февраль 1994 г.). «Эволюционные отношения между пиридоксаль-5'-фосфат-зависимыми ферментами. Регио-специфические альфа-, бета- и гамма-семейства» . Европейский журнал биохимии / FEBS . 219 (3): 953–960. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1994.tb18577.x . PMID 8112347 .
^ Кумбс GH, Mottram JC (июнь 2001). «Трифторметионин, пролекарство, разработанное против патогенов, содержащих метионин-гамма-лиазу, имеет эффективность in vitro и in vivo против Trichomonas vaginalis» . Противомикробные средства и химиотерапия . 45 (6): 1743–1745. DOI : 10,1128 / AAC.45.6.1743-1745.2001 . PMC 90540 . PMID 11353620 .
^ Фернандес, HS; Тейшейра, С.С. Сильва; Фернандес, Пенсильвания; Рамос, MJ; Cerqueira, NMFSA (4 ноября 2016 г.). «Аминокислотная депривация с использованием ферментов в качестве целевой терапии рака и вирусных инфекций». Экспертное заключение о терапевтических патентах . 0 (ja): 283–297. DOI : 10.1080 / 13543776.2017.1254194 . ISSN 1354-3776 . PMID 27813440 . S2CID 7768944 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Али В., Нодзаки Т. (январь 2007 г.). «Современные терапевтические средства, их проблемы и метаболизм серосодержащих аминокислот как новая мишень против инфекций, вызываемых« амитохондриальными »простейшими паразитами» . Обзоры клинической микробиологии . 20 (1): 164–187. DOI : 10.1128 / CMR.00019-06 . PMC 1797636 . PMID 17223627 .
Боннарм П., Псони Л., Спиннлер Х.Э. (декабрь 2000 г.). «Разнообразие путей катаболизма L-метионина в сырых бактериях» . Прикладная и экологическая микробиология . 66 (12): 5514–5517. DOI : 10.1128 / aem.66.12.5514-5517.2000 . PMC 92494 . PMID 11097940 .
Kreis W, Hession C (август 1973 г.). «Выделение и очистка L-метионин-альфа-деамино-гамма-меркаптометан-лиазы (L-метиониназы) из Clostridium sporogenes». Исследования рака . 33 (8): 1862–5. PMID 4720797 .
Сато Д., Караки Т., Симидзу А., Камей К., Харада С., Нодзаки Т. (август 2008 г.). «Кристаллизация и предварительный рентгеноструктурный анализ L-метионин гамма-лиазы 1 из Entamoeba histolytica» . Acta Crystallographica Раздел F . 64 (Pt 8): 697–699. DOI : 10.1107 / S1744309108018691 . PMC 2494978 . PMID 18678935 .
Сато Д., Ямагата В., Камей К., Нодзаки Т., Харада С. (октябрь 2006 г.). «Экспрессия, очистка и кристаллизация L-метионин гамма-лиазы 2 из Entamoeba histolytica» . Acta Crystallographica Раздел F . 62 (Pt 10): 1034–1036. DOI : 10.1107 / S1744309106036694 . PMC 2225178 . PMID 17012806 .
Сато Д., Ямагата В., Харада С., Нодзаки Т. (февраль 2008 г.). «Кинетическая характеристика метионин-гамма-лиаз кишечного простейшего паразита Entamoeba histolytica в отношении физиологических субстратов и трифторметионина, многообещающего соединения-лидера против амебиаза» . Журнал FEBS . 275 (3): 548–560. DOI : 10.1111 / j.1742-4658.2007.06221.x . PMID 18199285 . S2CID 205878236 .
Токоро М., Асаи Т., Кобаяси С., Такеучи Т., Нодзаки Т. (октябрь 2003 г.). «Идентификация и характеристика двух изоферментов метионин-гамма-лиазы из Entamoeba histolytica: ключевого фермента разложения серы и аминокислот в анаэробных паразитарных протистах, у которых отсутствуют прямые и обратные пути транс-сульфирования» . Журнал биологической химии . 278 (43): 42717–42727. DOI : 10.1074 / jbc.M212414200 . PMID 12920135 .
Уолд Д.С., Закон М., Моррис Дж. К. (ноябрь 2002 г.). «Гомоцистеин и сердечно-сосудистые заболевания: данные метаанализа о причинной связи» . BMJ . 325 (7374): 1202–1206. DOI : 10.1136 / bmj.325.7374.1202 . PMC 135491 . PMID 12446535 .

[1] Stipanuk MH (2004). «Метаболизм серных аминокислот: пути производства и удаления гомоцистеина и цистеина». Ежегодный обзор питания . 24 : 539–577. DOI : 10.1146 / annurev.nutr.24.012003.132418 . PMID 15189131 .

[Nozaki-2] Сато Д., Нодзаки Т. (ноябрь 2009 г.). «Метионин гамма-лиаза: уникальный механизм реакции, физиологические роли и терапевтические применения против инфекционных заболеваний и рака». IUBMB Life . 61 (11): 1019–1028. DOI : 10.1002 / iub.255 . PMID 19859976 . S2CID 21230108 .

[3] Кудо D, Мисаки S, Ямашита М, Тамура Т, Эсаки Н, Инагаки К (июль 2008). «Роль цистеина 116 в активном центре противоопухолевого фермента L-метионин гамма-лиазы из Pseudomonas putida». Биология, биотехнология и биохимия . 72 (7): 1722–1730. CiteSeerX 10.1.1.319.2805 . DOI : 10.1271 / bbb.80015 . PMID 18603802 . S2CID 14292815 .

[4] Нозаки Т, Али В, Токоро М (2005). Метаболизм серосодержащих аминокислот у паразитических простейших . Успехи паразитологии . 60 . С. 1–99. DOI : 10.1016 / S0065-308X (05) 60001-2 . ISBN 9780120317608. PMID 16230102 .

[5] Rouseff RL, Onagbola EO, Смута JM, Stelinski LL (октябрь 2008). «Летучие вещества серы в листьях гуавы (Psidium guajava L.): возможный защитный механизм». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 56 (19): 8905–8910. DOI : 10.1021 / jf801735v . PMID 18778077 .

[6] Александр Ф.В., Сандмайер Э, Мехта П.К., Кристен П. (февраль 1994 г.). «Эволюционные отношения между пиридоксаль-5'-фосфат-зависимыми ферментами. Регио-специфические альфа-, бета- и гамма-семейства» . Европейский журнал биохимии / FEBS . 219 (3): 953–960. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1994.tb18577.x . PMID 8112347 .

[7] Кумбс GH, Mottram JC (июнь 2001). «Трифторметионин, пролекарство, разработанное против патогенов, содержащих метионин-гамма-лиазу, имеет эффективность in vitro и in vivo против Trichomonas vaginalis» . Противомикробные средства и химиотерапия . 45 (6): 1743–1745. DOI : 10,1128 / AAC.45.6.1743-1745.2001 . PMC 90540 . PMID 11353620 .

[8] Фернандес, HS; Тейшейра, С.С. Сильва; Фернандес, Пенсильвания; Рамос, MJ; Cerqueira, NMFSA (4 ноября 2016 г.). «Аминокислотная депривация с использованием ферментов в качестве целевой терапии рака и вирусных инфекций». Экспертное заключение о терапевтических патентах . 0 (ja): 283–297. DOI : 10.1080 / 13543776.2017.1254194 . ISSN 1354-3776 . PMID 27813440 . S2CID 7768944 .

[1]

vтеФерменты
Мероприятия	Активный сайт Связывающий сайт Каталитическая триада Оксианионная дыра Ферментная неразборчивость Каталитически совершенный фермент Коэнзим Кофактор Ферментный катализ
Регулирование	Аллостерическая регуляция Сотрудничество Ингибитор ферментов Активатор ферментов
Классификация	Номер ЕС Ферментное суперсемейство Семейство ферментов Список ферментов
Кинетика	Кинетика ферментов Диаграмма Иди – Хофсти Заговор Ханеса – Вульфа Заговор Лайнуивера – Берка Кинетика Михаэлиса – Ментен
Типы	EC1 Оксидоредуктазы ( список ) EC2 Трансферазы ( список ) EC3 Гидролазы ( список ) EC4 Lyases ( список ) EC5 Изомеразы ( список ) Лигазы EC6 ( список ) EC7 Translocases ( список )