Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Оротат фосфорибозилтрансфераза
2PSI - оротатфосфорибозилтрансфераза, связанная с субстратами - S cerevisiae.png
Оротатфосфорибозилтрансфераза S. cerevisiae связывается с его субстратами. Из файла PDB 2PS1. [1]
Идентификаторы
ЕС нет.2.4.2.10
№ CAS9030-25-5
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

Оротат фосфорибозилтрансфераза ( OPRTase ) или кислота фосфорибозилтрансфераза оротовой представляет собой фермент участвует в пиримидиновом биосинтезе . Он катализирует образование оротидин-5'-монофосфата (OMP) из оротата и фосфорибозилпирофосфата . [1] У дрожжей и бактерий оротатфосфорибозилтрансфераза является независимым ферментом с уникальным геном, кодирующим белок, тогда как у млекопитающих и других многоклеточных организмов, каталитическую функцию выполняет домен бифункционального фермента UMP-синтазы (UMPS). [2]

Биологический фон [ править ]

Реакция, катализируемая оротатфосфорибозилтрансферазой, с субстратом PRPP оротовой кислоты с образованием оротидилата.

Поскольку OPRTase является частью бифункционального комплекса UMP-синтазы у человека, функция и стабильность этого фермента не обязательно напрямую связаны с нарушениями в организме человека. Однако разумно полагать, что дисфункция одного из ферментов вызовет дисфункцию всего фермента. [3] Дефекты UMP-синтазы связаны с гипохромной анемией. [3] У млекопитающих этот бифункциональный фермент UMPS превращает оротовую кислоту в монофосфат уридина (UMP). [4] Оротатфосфорибозилтрансфераза расположена в N-концевом домене UMP-синтазы.. Этот процесс происходит в несколько этапов с оротатфосфорибозилтрансферазой, ответственной за первый этап добавления рибозного кольца к оротату . [4] На этой стадии, оротовые кислоты превращают в orotidylate используя ФРПФ ( фосфорибозил пирофосфат ) в качестве ко - субстрата. Эта реакция обусловлена гидролизом из пирофосфата . [5] Оротидилатдекарбоксилаза расположена в C-концевом домене UMPS и превращает это промежуточное соединение оротидилата в уридинмонофосфат.(также называемый уридилатом или UMP) через декарбоксилирование . [4] Эти два этапа являются быстрыми и необратимыми у млекопитающих. В других пиримидиновых ауксотрофах, которые не имеют этого бифункционального фермента, обычно в менее сложных организмах, для проведения этой реакции требуются два отдельных фермента. [6] И оротидилат, и уридилат являются основными пиримидиновыми нуклеотидами , поскольку уридилат является предшественником РНК. Uridylate (УМП) позже преобразуется в UDP с помощью фосфорилирования с помощью УМЗ - киназы и АТФ , а затемнуклеозиддифосфаткиназа обратимо фосфорилирует UDP до UTP . UTP может быть аминируются через катализ по цитидинтрифосфат синтетазы в из CTP . [5]

Ферментный механизм [ править ]

Реакция оротовой кислоты (оротата) с оротидилатом катализируется оротатфосфорибозилтрансферазой с кофактором PRPP , который является кофактором, обычно используемым для синтеза нуклеотидов . Он очень хорошо переносит пирофосфорильные группы с ΔG -8,3 + 0,5 ккал / моль. [6] Два основных взаимодействия привлекают PRPP, чтобы помочь оротатфосфорибозилтрансферазе в этой реакции. Во-первых, оротатфосфорибозилтрансфераза имеет остатки аспарагиновой кислоты - аспарагиновой кислоты рядом с ее PRPP.-связывающий мотив, который взаимодействует с рибозильными 2- / 3-гидроксильными группами, которые стабилизируют движение углерода-1 связанной рибозильной группы. [6] Стабилизация происходит за счет сети водородных связей этих гидроксильных групп с пирофосфатом , водой и магнием. [6] Во- вторых, боковые цепи С-концевого конца PRPP -связывающий мотив взаимодействуют благоприятно с ФРПФ «с 5-фосфата. [6]

Общая структура оротатфосфорибозилтрансферазы с оротовой кислотой, магнием и PRPP в кармане активного центра.

В B. subtilis PRPP связывается с этими двумя сайтами с K d, равным 33 мМ. Когда присутствует оротат , аффинность связывания пирофосфата увеличивается в четыре раза, и реакция претерпевает взрывную кинетику с быстрым переносом фосфорибозила и затем медленным высвобождением продуктов. [7] Считается, что это медленное высвобождение происходит из-за контакта с растворителем петли оротатфосфорибозилтрансферазы, которая защищает активный сайт на первом этапе. [7] Открытие петли происходит в два этапа, при этом диссоциация PRPP является неблагоприятной и медленной, поскольку петля закрывается в 85% случаев. [8]

Три ключевых пиримидиновых нуклеозида включают уридин , цитидин и тимидин , и они играют важную роль в биосинтезе нуклеиновых кислот, а также в метаболизме углеводов и липидов. [4] Пиримидинфосфорибозилтрансферазы, такие как оротатфосфорибозилтрансфераза, активируют свои субстраты, формируя S N 1 -подобные переходные состояния, облегчая миграцию рибозиланомерной углеродной области в MgPP i . [9] Как и другие пиримидинфосфорибозилтрансферазы, оротатфосфорибозилтрансфераза имеет гибкую петлю, которая перемещается к позиционным группам в идеальных положениях для катализа .[4] Они также используют множество молекул воды, чтобы удерживать все на месте во время реакции. [6]

Структура фермента [ править ]

Кристаллическая структура OPRTase была решена несколько раз различными научными группами. [1] [10] [11] [12] У бактерий общая структура представляет собой димер из двух субъединиц, каждая из которых состоит из семи α-спиралей и десяти β-цепей, с молекулярной массой 23919,13 Да. [13] Оротатфосфорибозилтрансфераза имеет сердцевину и гибкую петлю, которая в закрытом состоянии предотвращает попадание растворителя во время реакции. [1] У других организмов, таких как млекопитающие, насекомые и слизистые формы, это один из доменов UMP-синтазы , а другой - оротидилатдекарбоксилаза . [14]N-конец имеет пару антипараллельных цепей с остатками, которые взаимодействуют со связанным оротатом, и Lys 26, который простирается до активного сайта и образует связь с гибкой петлей в ее замкнутой форме. [6] Оротовая кислота и PRPP стабилизируются в активном центре главным образом за счет водородных связей со стабилизирующими взаимодействиями от Lys 26, Phe 34 и Phe 35 до оротовой кислоты , а также Thr 128, Ala 129, Gly 130, Ala 132, Asp 124. , Lys 26 и Lys 73 к PRPP . [14] При мутации Lys 26 оротатфосфорибозилтрансфераза часто проявляет пониженную активность и специфичность. [6]

Активный центр оротатфосфорибозилтрансферазы, связанный с оротовой кислотой и PRPP в Salmonella typhimurium. Показаны стабилизирующие остатки, включая Lys 26, Phe 34 и Phe 35, которые стабилизируют оротовую кислоту, а также Thr 128, Ala 129, Gly 130, Ala 132, Asp 124, Lys 26 и Lys 73. [14]

Актуальность болезни [ править ]

Дефекты оротатфосфорибозилтрансферазы вызывают множество заболеваний. Дефекты оротатфосфорибозилтрансферазного домена UMPS вызывают оротовую ацидурию у людей, которая является редким наследственным метаболическим заболеванием, возникающим из-за проблем с метаболизмом пиримидина . [15] Это может привести к мегалобластной анемии и кристаллурии оротовой кислоты, которая связана с физическими и умственными нарушениями. [15] Об оротовой ацидурии впервые сообщили в 1959 году, когда в моче младенца был обнаружен избыток оротовой кислоты . [6]Когда у человека есть мутация, приводящая к потере активности оротатфосфорибозилтрансферазы и, следовательно, продукции UTP , оротовая кислота накапливается и может достигать 1,5 г / день в моче младенца. [6] Это связано с тем, что UTP является нормальным конечным продуктом у здоровых людей в пути синтеза пиримидина и обычно регулирует этот путь. [6] Накопление оротовой кислоты может привести к осаждению в почках и, в конечном итоге, к почечной недостаточности. [6] Аналогичным образом, у крупного рогатого скота голштинской породы дефицит UMPS вызван аутосомным заболеванием, которое приводит к гибели потомства в раннем эмбриональном состоянии. [16]

Оротатфосфорибозилтрансфераза также является основным ферментом, участвующим в превращении 5-флуроурацила в 5-F-UMP посредством фосфорибозилирования. Некоторые научные исследования показали, что оротатфосфорибозилтрансфераза потенциально может играть роль в прогнозировании рака. [17] Например, одно исследование показало, что соотношение экспрессии гена оротатфосфорибозилтрансферазы и дигидропиримидиндегидрогеназы влияет на прогноз пациентов с метастатическим колоректальным раком после химиотерапии на основе флуропиримидина . [17] Считается, что 5-F-UMP становится суицидным ингибитором тимидилатсинтетазы и играет важную роль в подавлении роста опухоли. [17][18] Когдапациенты с резектабельным колоректальным раком лечились пероральным 5-флуроурацилом, пациенты с высоким уровнем оротатфосфорибозилтрансферазы имели значительно лучшие результаты выживаемости. [18] Аналогично прогноз потенциалоснове оротат уровней фосфорибозилтрансферазы и активности были вовлечены в рак мочевого пузыря и рак желудка . [19] [20]

См. Также [ править ]

  • Оротидилат декарбоксилаза
  • УМФ-синтаза
  • Биосинтез пиримидина
  • Оротовая кислота
  • PRPP

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Гонсалес-Сегура Л., Витте Дж. Ф., Маклард Р. У., Херли Т. Д. (декабрь 2007 г.). «Образование тройного комплекса и индуцированная асимметрия в оротатфосфорибозилтрансферазе». Биохимия . 46 (49): 14075–86. DOI : 10.1021 / bi701023z . PMID  18020427 .
  2. ^ Яблонский MJ, Pasek Д.А., Хан Д., Джонс ME, Траут TW (май 1996). «Внутренняя активность и стабильность бифункциональной человеческой UMP-синтазы и двух ее отдельных каталитических доменов, оротатфосфорибозилтрансферазы и оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы» . Журнал биологической химии . 271 (18): 10704–8. DOI : 10.1074 / jbc.271.18.10704 . PMID 8631878 . 
  3. ^ a b Musick WD (1981). «Структурные особенности фосфорибозилтрансфераз и их связь с дефицитом метаболизма пуринов и пиримидинов у человека». CRC Critical Reviews в биохимии . 11 (1): 1–34. DOI : 10.3109 / 10409238109108698 . PMID 7030616 . 
  4. ^ a b c d e Окесли А., Хосла С., Бассик М.С. (декабрь 2017 г.). «Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов человека как мишень для противовирусной химиотерапии» . Текущее мнение в области биотехнологии . 48 : 127–134. DOI : 10.1016 / j.copbio.2017.03.010 . PMC 5659961 . PMID 28458037 .  
  5. ^ а б Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Гатто Дж. Дж., Страйер Л. (2018). «Страйер Биохимия». DOI : 10.1007 / 978-3-662-54620-8 . Cite journal requires |journal= (help)
  6. ^ Б с д е е г ч я J K L Шрамм В.Л., Grubmeyer С (2004). «Механизмы фосфорибозилтрансферазы и роли в метаболизме нуклеиновых кислот». Прогресс в исследованиях нуклеиновых кислот и молекулярной биологии . 78 : 261–304. DOI : 10.1016 / s0079-6603 (04) 78007-1 . ISBN 9780125400787. PMID  15210333 .
  7. ↑ a b Frey PA, Arabshahi A (сентябрь 1995 г.). «Стандартное изменение свободной энергии для гидролиза альфа, бета-фосфоангидридного мостика в АТФ». Биохимия . 34 (36): 11307–10. DOI : 10.1021 / bi00036a001 . PMID 7547856 . 
  8. ^ Ван Г.П., Cahill С.М., Лю X, Гирвин ME, Grubmeyer C (январь 1999). «Двигательная динамика каталитической петли в OMP-синтазе». Биохимия . 38 (1): 284–95. DOI : 10.1021 / bi982057s . PMID 9890909 . 
  9. Перейти ↑ Bhagavan NV, Ha CE (2015). «Нуклеотидный метаболизм». Основы медицинской биохимии . Эльзевир. С. 465–487. DOI : 10.1016 / b978-0-12-416687-5.00025-7 . ISBN 9780124166875.
  10. ^ Grubmeyer C, Хансен М. Р., Федоров А. А., Almo SC (июнь 2012). «Структура OMP-синтазы Salmonella typhimurium в полном субстратном комплексе» . Биохимия . 51 (22): 4397–405. DOI : 10.1021 / bi300083p . PMC 3442144 . PMID 22531064 .  
  11. ^ Хенриксен A, Агаджари N, Jensen KF, Gajhede M (март 1996). «Гибкая петля на границе раздела димеров является частью активного сайта соседнего мономера оротатфосфорибозилтрансферазы Escherichia coli». Биохимия . 35 (12): 3803–9. DOI : 10.1021 / bi952226y . PMID 8620002 . 
  12. ^ Скапена G, Grubmeyer C, Sacchettini JC (1994). «Кристаллическая структура оротатфосфорибозилтрансферазы». Биохимия . 33 (6): 1287–1294. DOI : 10.1021 / bi00172a001 . PMID 8312245 . 
  13. ^ PDB : 1СТО ; Скапин Дж., Грубмейер С., Саккеттини Дж. К. (февраль 1994 г.). «Кристаллическая структура оротатфосфорибозилтрансферазы». Биохимия . 33 (6): 1287–94. DOI : 10.1021 / bi00172a001 . PMID 8312245 . 
  14. ^ a b c Scapin G, Ozturk DH, Grubmeyer C, Sacchettini JC (август 1995). «Кристаллическая структура оротатфосфорибозилтрансферазы в комплексе с оротатом и альфа-D-5-фосфорибозил-1-пирофосфатом». Биохимия . 34 (34): 10744–54. DOI : 10.1021 / bi00034a006 . PMID 7545004 . 
  15. ^ а б Сучи М., Харада Н., Цубои Т., Асаи К., Окадзима К., Вада Ю., Такаги Ю. (июль 1988 г.). «152 Молекулярное клонирование человеческой UMP-синтазы» . Педиатрические исследования . 24 (1): 136. DOI : 10,1203 / 00006450-198807000-00176 .
  16. ^ Schwenger B, Шобера S, Simon D (апрель 1993). «КРС DUMPS несет точечную мутацию в гене уридинмонофосфатсинтазы». Геномика . 16 (1): 241–4. DOI : 10.1006 / geno.1993.1165 . PMID 8486364 . 
  17. ^ a b c Итикава В., Утаке Х, Широта Ю., Ямада Х, Такахаши Т., Нихей З., Сугихара К., Сасаки Ю., Хираяма Р. (октябрь 2003 г.). «Как экспрессия гена оротатфосфорибозилтрансферазы, так и его соотношение с дигидропиримидиндегидрогеназой влияют на исход после фторпиримидиновой химиотерапии метастатического колоректального рака» . Британский журнал рака . 89 (8): 1486–92. DOI : 10.1038 / sj.bjc.6601335 . PMC 2394351 . PMID 14562021 .  
  18. ^ a b Ochiai T, Nishimura K, Noguchi H, Kitajima M, Tsukada A, Watanabe E, Nagaoka I, Futagawa S (июнь 2006 г.). «Прогностическое влияние оротатфосфорибозилтрансферазы среди метаболических ферментов 5-фторурацила при резектабельном колоректальном раке, леченном пероральной адъювантной химиотерапией на основе 5-фторурацила». Международный журнал рака . 118 (12): 3084–8. DOI : 10.1002 / ijc.21779 . PMID 16425285 . 
  19. ^ Сакурай Y, Сакамото К., Сугимото Y, Ёсида I, Масуи Т, Тономура S, Инаба К., Сёдзи М, Накамура Y, Уяма I, Комори Y, Очиай М, Мацуура С, Танака Х, Ока Т, Фукусима (июнь 2006 г.). «Уровни оротатфосфорибозилтрансферазы, измеренные с помощью недавно созданного иммуноферментного анализа при карциноме желудка» . Наука о раке . 97 (6): 492–8. DOI : 10.1111 / j.1349-7006.2006.00200.x . PMID 16734727 . 
  20. ↑ Mizutani Y, Wada H, Fukushima M, Yoshida O, Nakanishi H, Li YN, Miki T (февраль 2004 г.). «Прогностическое значение активности оротатфосфорибозилтрансферазы при раке мочевого пузыря» . Рак . 100 (4): 723–31. DOI : 10.1002 / cncr.11955 . PMID 14770427 .