Оротидин-5'-фосфатдекарбоксилаза
Оротидин-5'-фосфатдекарбоксилаза ( OMP-декарбоксилаза ) или оротидилатдекарбоксилаза представляет собой фермент , участвующий в биосинтезе пиримидина . Он катализирует декарбоксилирование монофосфата оротидина ( OMP) с образованием монофосфата уридина (UMP). Функция этого фермента необходима для биосинтеза de novo пиримидиновых нуклеотидов , уридинтрифосфата , цитидинтрифосфата и тимидинтрифосфата. . Декарбоксилаза OMP часто была объектом научных исследований из-за ее продемонстрированной чрезвычайной каталитической эффективности и ее полезности в качестве маркера селекции для инженерии штаммов дрожжей .
OMP декарбоксилаза известна как чрезвычайно эффективный катализатор , способный увеличивать скорость некаталитической реакции в 10 17 раз . Чтобы представить это в перспективе, некатализируемая реакция, которая потребовала бы 78 миллионов лет , чтобы превратить половину реагентов в продукты, ускоряется до 18 миллисекунд , когда катализируется декарбоксилазой OMP. [2] Эта чрезвычайная ферментативная эффективность особенно интересна, потому что декарбоксилазы OMP не используют кофактор и не содержат металлических центров [3] или простетических групп. [4] Катализ зависит от нескольких заряженных аминокислотных остатков, расположенных в активном центре фермента.
Точный механизм, с помощью которого декарбоксилаза OMP катализирует свою реакцию, был предметом тщательного научного исследования. Движущей силой потери карбоксила, связанного с C6 пиримидинового кольца, является непосредственная близость карбоксильной группы остатка аспартата в активном центре фермента, что дестабилизирует основное состояние по сравнению с переходным состоянием некатализируемой реакции. Было несколько гипотез о том, какую форму принимает переходное состояние до того, как произойдет протонирование углерода C6 с образованием конечного продукта. Во многих исследованиях изучалось связывание мощного ингибитора OMP-декарбоксилазы, 6-гидроксиуридинмонофосфата (BMP, барбитуровой кислоты ).производное) в активном центре, чтобы определить, какие незаменимые аминокислотные остатки непосредственно участвуют в стабилизации переходного состояния. (См. рисунок фермента, связанного с BMP). Было предложено несколько механизмов ферментативного декарбоксилирования OMP, включая протонирование по O2 с образованием цвиттер -иона в качестве промежуточного соединения, [6] анионную стабилизацию O4, [7] или нуклеофильную атаку по C5. [8] Текущий консенсус предполагает, что механизм протекает через стабилизированный карбанион в C6 после потери углекислого газа. Этот механизм был предложен в исследованиях, изучающих кинетические изотопные эффекты в сочетании с конкурентным ингибированием и мутагенезом в активном центре. [9] [10] [11][12] В этом механизме короткоживущие карбанионы стабилизируются соседним остатком лизина до того, как они гасятся протоном. (См. Схема каталитического механизма). Промежуточное звено высокоосновного винилового карбаниона, не получающего преимущества от электронной стабилизации, редко встречается в ферментативной системе и в биологических системах в целом. Примечательно, что микроокружение фермента помогает значительно стабилизировать карбанион. Было измерено, что p K aH связанного с ферментом карбанионного промежуточного соединения меньше или равно 22 на основании исследований обмена дейтерия. Несмотря на то, что он все еще является высокоосновным, соответствующий p K aH свободного карбанионного промежуточного соединения оценивается намного выше, около 30–34 (на основе измерений аналогичного 1,3-диметила).урацил ), что позволяет сделать вывод, что фермент стабилизирует карбанион не менее чем на 14 ккал/моль. [12]
