Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен с НАДФ-яблочного фермента )
Перейти к навигации Перейти к поиску
НАДФ-яблочный фермент
Идентификаторы
ЕС нет.1.1.1.40
№ CAS9028-47-1
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

Малат - дегидрогеназа (оксалоацетат-декарбоксилирование) (НАДФ + ) ( ЕС 1.1.1.40 ) или НАДФ-малеиновый фермент (НАДФ-М) представляет собой фермент , который катализирует в химической реакцию в присутствии двухвалентного иона металла: [1]

(S) -малат + НАДФ + пируват + CO 2 + НАДФН

Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются (S) -малат и НАДФ + , тогда как его тремя продуктами являются пируват , CO 2 и НАДФН . Малат окисляется до пирувата и CO 2 , а НАДФ + восстанавливается до НАДФН.

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , а именно к тем, которые действуют на группу CH-OH донора с НАД + или НАДФ + в качестве акцептора. Систематическое название данного фермента класса (S) -malate: НАДФ + оксидоредуктазы (оксалоацетат-декарбоксилирование) . Этот фермент участвует в метаболизме пирувата и фиксации углерода . НАДФ-яблочный фермент является одним из трех ферментов декарбоксилирования, используемых в механизмах концентрирования неорганического углерода в растениях C4 и CAM . Остальные - НАД-яблочный фермент и ПЭП карбоксикиназа . [2][3] Хотя часто преобладает одна из трех фотосинтетических декарбоксилаз, также показано, что существует одновременное действие всех трех. [4]

ChemDraw генерировал химическую реакцию NADP-ME, детализирующую вовлеченные химические структуры.

Структура фермента [ править ]

Кристаллическая структура гомологичного яблочного фермента человека выделяет ключевые остатки, участвующие в связывании субстрата и катализе. Сайт II содержит мотив GLGDLG, сайт V содержит другой мотив GXGXXG, выделенный остаток аргинина взаимодействует как с НАДФ +, так и с малатом, а выделенный лизин, возможно, участвует в катализе оснований. Идентификатор файла PDB для изображения - 2aw5.

На основе данных кристаллографии гомологичных НАДФ-зависимых яблочных ферментов млекопитающих была разработана трехмерная модель пути С 4 НАДФ-МЕ в растениях, идентифицирующая ключевые остатки, участвующие в связывании субстрата или катализе. Динуклеотид связывания включает два глицина -богатой GXGXXG мотивы, А гидрофобным канавку с участием , по меньшей мере шесть аминокислотных остатков, и отрицательно заряженный остаток в конце βB-цепи. [5] [6] первичная последовательность первого мотива, 240 GLGDLG 245, является консенсусным маркером связывания фосфата, что свидетельствует об участии в связывании NADP, в то время как другой мотив, богатый глицином, принимает классическую складку Россмана - также типичный маркер связывания кофактора NADP . [7] Эксперименты по мутагенезу NADP-ME кукурузы подтвердили текущую модель. [1] Замена глицина на валин в любой области мотива сделала фермент полностью неактивным, в то время как спектральный анализ не показал серьезных изменений по сравнению с формой дикого типа. Данные свидетельствуют о прямом нарушении ключевого остатка, участвующего в связывании или катализе, а не о междоменном остатке, влияющем на конформационную стабильность. Кроме того, ключевой аргинин Остаток в сайте 237, как было показано, взаимодействует как с малатом, так и с субстратами NADP + , образуя ключевые благоприятные электростатические взаимодействия с отрицательно заряженной карбоновой кислотой и фосфатной группой соответственно. Выяснение того, играет ли остаток роль в связывании субстрата или позиционировании субстрата для катализа, еще предстоит определить. [8] Остаток лизина 255 был задействован в качестве каталитической основы для реакционной способности ферментов; тем не менее, необходимы дальнейшие исследования, чтобы окончательно установить его биохимическую роль. [1]

Структурные исследования [ править ]

По состоянию на 2007 г. было решено 3 структуры для этого класса ферментов с кодами доступа PDB 1GQ2 , 1GZ4 и 2AW5 . [ необходима цитата ]

Биологическая функция [ править ]

В более широком контексте яблочные ферменты обнаруживаются в широком диапазоне эукариотических организмов, от грибов до млекопитающих, и, кроме того, показано, что они локализуются в ряде субклеточных мест, включая цитозоль , митохондрии и хлоропласты . C 4 NADP-ME, в частности, находится в растениях, локализованных в хлоропластах оболочки пучка . [1]

Во время фотосинтеза C 4 , эволюционировавшего пути увеличения локализованных концентраций CO 2 под угрозой усиленного фотодыхания , CO 2 захватывается клетками мезофилла , фиксируется в виде оксалоацетата , превращается в малат и высвобождается внутри клеток оболочки пучка, чтобы напрямую подпитывать активность RuBisCO . [9] Это высвобождение фиксированного CO 2 , вызванное благоприятным декарбоксилированием малата в пируват , опосредуется НАДФ-зависимым яблочным ферментом. Фактически, значение активности NADP-ME в CO 2о сохранении свидетельствует исследование, проведенное с трансгенными растениями, демонстрирующими мутацию потери функции NADP-ME. Растения с мутацией испытали 40% активности NADP-ME дикого типа и достигли значительного снижения поглощения CO 2 даже при высоких межклеточных уровнях CO 2 , что свидетельствует о биологической важности NADP-ME в регулировании потока углерода в направлении цикла Кальвина . [10] [11]

Регулирование ферментов [ править ]

Было показано, что экспрессия NADP-ME регулируется факторами абиотического стресса. Для растений CAM из-за засухи стома в основном остается закрытой, чтобы избежать потери воды из-за эвапотранспирации , что, к сожалению, приводит к голоданию по CO 2 . В качестве компенсации закрытая стома активирует трансляцию NADP-ME, чтобы усилить высокую эффективность ассимиляции CO 2 в течение коротких интервалов приема CO 2 , что позволяет продолжать фиксацию углерода .

В дополнение к регуляции в более длительном масштабе времени посредством контроля экспрессии, регуляция в краткосрочном масштабе может происходить посредством аллостерических механизмов. Было показано, что C 4 NADP-ME частично ингибируется его субстратом , малатом, что позволяет предположить наличие двух независимых сайтов связывания: один в активном сайте и один в аллостерическом сайте. Тем не менее, ингибирующий эффект проявляет зависимость от pH - существует при pH 7, но не при pH 8. Контроль активности фермента за счет изменений pH согласуется с гипотезой о том, что NADP-ME наиболее активен во время фотосинтеза : Активный легкие реакции приводят к увеличению основности в строме хлоропласта , расположение NADP-ME, приводящее к уменьшению ингибирующего действия малата на NADP-ME и, таким образом, способствуя более активному состоянию. И наоборот, замедленные световые реакции приводят к повышению кислотности в строме, способствуя ингибированию НАДФ-МЭ малатом. Поскольку для продолжения цикла Кальвина требуются высокоэнергетические продукты легких реакций , НАДФН и АТФ , накопление CO 2 без них бесполезно, что объясняет необходимость регулирующего механизма. [12]

Этот белок может использовать морфеиновую модель аллостерической регуляции . [13]

Эволюция [ править ]

НАДФ-яблочный фермент, как и все другие С 4 декарбоксилазы, не эволюционировал de novo для объединения СО 2, чтобы помочь RuBisCO . [14] Скорее, NADP-ME был непосредственно преобразован из C 3 -видов в процессе фотосинтеза и даже более раннего происхождения от древнего цистолического предка . В цитозоле фермент существовал в виде серии изоформ домашнего хозяйства, предназначенных для выполнения множества функций, включая поддержание уровня малата во время гипоксии , разделение микроспор и защиту от патогенов . Что касается механизма эволюции, то C 4Полагают, что функциональность проистекает из ошибки дупликации генов как внутри промоторных областей, вызывая сверхэкспрессию в клетках оболочки-пучка, так и внутри кодирующей области, вызывая неофункционализацию . [15] Выбор функции сохранения CO 2, а также улучшенного использования воды и азота в стрессовых условиях был обусловлен естественным давлением. [16]

См. Также [ править ]

  • ME1 (человеческий ген)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Детарсио Э., Уилер М.К., Кампос Бермудес В.А., Андрео К.С., Дринкович М.Ф. (апрель 2003 г.). «НАДФ-яблочный фермент кукурузы C4. Экспрессия в Escherichia coli и характеристика сайт-направленных мутантов в предполагаемых сайтах связывания нуклеозидов» . Журнал биологической химии . 278 (16): 13757–64. DOI : 10.1074 / jbc.M212530200 . PMID  12562758 .
  2. ^ Kanai, Ryuzi; Эдвардс, Джеральд Э. (1999). "Биохимия фотосинтеза C 4 " . В Sage, Rowan F .; Монсон, Рассел К. (ред.). C 4 Биология растений . Академическая пресса. С. 49–87. ISBN 978-0-08-052839-7.
  3. ^ Кристофер JT, Holtum J (сентябрь 1996). «Паттерны разделения углерода в листьях видов кислого метаболизма крассуловых во время раскисления» . Физиология растений . 112 (1): 393–399. DOI : 10.1104 / pp.112.1.393 . PMC 157961 . PMID 12226397 .  
  4. ^ Фурумото T, хата S, Izui K (октябрь 1999). «Клонирование кДНК и характеристика фосфоенолпируваткарбоксикиназы кукурузы, фермента, специфичного для клеток оболочки пучка». Молекулярная биология растений . 41 (3): 301–11. DOI : 10,1023 / A: 1006317120460 . PMID 10598098 . S2CID 8302572 .  
  5. ^ Россман, Майкл G .; Лиляс, Андерс; Брандин, Карл-Ивар; Банасзак, Леонард Дж. (1975). «Эволюционные и структурные отношения между дегидрогеназами». В Boyer, Пол Д. (ред.). Ферменты . 11 . С. 61–102. DOI : 10.1016 / S1874-6047 (08) 60210-3 . ISBN 978-0-12-122711-1.
  6. ^ Bellamacina CR (сентябрь 1996). «Никотинамид-динуклеотид-связывающий мотив: сравнение нуклеотид-связывающих белков». Журнал FASEB . 10 (11): 1257–69. DOI : 10.1096 / fasebj.10.11.8836039 . PMID 8836039 . 
  7. ^ Rothermel BA, Nelson T (ноябрь 1989). «Первичная структура НАДФ-зависимого яблочного фермента кукурузы» . Журнал биологической химии . 264 (33): 19587–92. PMID 2584183 . 
  8. ^ Коулман, Дэвид Э .; Рао, Г. С. Джаганнатха; Goldsmith, EJ; Кук, Пол Ф .; Харрис, Бен Г. (июнь 2002 г.). «Кристаллическая структура яблочного фермента из Ascaris suum в комплексе с никотинамид-адениндинуклеотидом при разрешении 2,3 Å». Биохимия . 41 (22): 6928–38. DOI : 10.1021 / bi0255120 . PMID 12033925 . 
  9. Перейти ↑ Edwards GE, Franceschi VR, Voznesenskaya EV (2004). «Одноклеточный C (4) фотосинтез против двухклеточной (Кранца) парадигмы» . Ежегодный обзор биологии растений . 55 : 173–96. DOI : 10.1146 / annurev.arplant.55.031903.141725 . PMID 15377218 . 
  10. ^ Пенгелли JJ, Тан Дж, Furbank РТ, фон Caemmerer S (октябрь 2012 г.). «Антисмысловое снижение NADP-яблочного фермента в Flaveria bidentis снижает поток CO2 через цикл C4» . Физиология растений . 160 (2): 1070–80. DOI : 10.1104 / pp.112.203240 . PMC 3461530 . PMID 22846191 .  
  11. ^ Rathnam CK (январь 1979). «Метаболическая регуляция потока углерода во время фотосинтеза C4: II. Доказательства in situ для повторной фиксации фотодыхательного CO2 с помощью C 4 фосфоенолпируваткарбоксилазы». Planta . 145 (1): 13–23. DOI : 10.1007 / BF00379923 . PMID 24317560 . S2CID 22462853 .  
  12. ^ Сайго М, Tronconi М.А., Джеррард Wheeler MC, Альварес CE, Drincovich MF, Andreo CS (ноябрь 2013). «Биохимические подходы к изучению эволюции фотосинтеза С4: на примере декарбоксилаз яблочных ферментов». Фотосинтез Исследования . 117 (1–3): 177–87. DOI : 10.1007 / s11120-013-9879-1 . ЛВП : 11336/7831 . PMID 23832612 . S2CID 17803651 .  
  13. ^ 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 .  
  14. Перейти ↑ Maier A, Zell MB, Maurino VG (май 2011 г.). «Малат декарбоксилазы: эволюция и роль изоформ NAD (P) -ME у видов, осуществляющих фотосинтез C (4) и C (3)» . Журнал экспериментальной ботаники . 62 (9): 3061–9. DOI : 10.1093 / JXB / err024 . PMID 21459769 . 
  15. ^ Монсон, Рассел К. (май 2003 г.). «Дублирование генов, неофункционализация и эволюция фотосинтеза C4». Международный журнал наук о растениях . 164 (S3): S43 – S54. DOI : 10.1086 / 368400 . S2CID 84685191 . ИНИСТ : 14976375 . 
  16. ^ Drincovich MF, Касати P, Andreo CS (февраль 2001). «НАДФ-яблочный фермент из растений: широко распространенный фермент, участвующий в различных метаболических путях» . Письма FEBS . 490 (1–2): 1–6. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (00) 02331-0 . PMID 11172800 . S2CID 31317255 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Харари, Исаак; Кори, Саул Р .; Очоа, Северо (август 1953 г.). «Биосинтез дикарбоновых кислот путем фиксации диоксида углерода. VII. Равновесие реакции яблочного фермента» . Журнал биологической химии . 203 (2): 595–604. PMID  13084629 .
  • Очоа С., Мелер А.Х., Корнберг А. (июль 1948 г.). «Биосинтез дикарбоновых кислот путем фиксации диоксида углерода; выделение и свойства фермента из печени голубя, катализирующего обратимое окислительное декарбоксилирование 1-яблочной кислоты». Журнал биологической химии . 174 (3): 979–1000. PMID  18871257 .
  • Раттер WJ, Lardy HA (август 1958 г.). «Очищение и свойства яблочного фермента голубиной печени» . Журнал биологической химии . 233 (2): 374–82. PMID  13563505 .
  • Stickland RG (декабрь 1959 г.). «Некоторые свойства яблочного фермента голубиной печени. 1. Превращение малата в пируват» . Биохимический журнал . 73 (4): 646–54. DOI : 10.1042 / bj0730646 . PMC  1197115 . PMID  13834656 .
  • Stickland RG (декабрь 1959 г.). «Некоторые свойства яблочного фермента печени голубя. 2. Синтез малата из пирувата» . Биохимический журнал . 73 (4): 654–9. DOI : 10.1042 / bj0730654 . PMC  1197116 . PMID  13834657 .
  • Уокер Д.А. (февраль 1960 г.). «Физиологические исследования кислотного обмена. 7. Яблочный фермент Kalanchoe crenata: влияние концентрации углекислого газа» . Биохимический журнал . 74 (2): 216–23. DOI : 10.1042 / bj0740216 . PMC  1204145 . PMID  13842495 .