Оротидин-5'-фосфатдекарбоксилаза ( OMP-декарбоксилаза ) или оротидилатдекарбоксилаза - это фермент, участвующий в биосинтезе пиримидина . Это катализирует декарбоксилирование из оротидин монофосфата (OMP) с образованием уридин монофосфата (УМФ). Функция этого фермента важна для биосинтеза de novo пиримидиновых нуклеотидов, уридинтрифосфата , цитидинтрифосфата и тимидинтрифосфата. . Декарбоксилаза OMP была частой целью научных исследований из-за ее продемонстрированной чрезвычайной каталитической эффективности и ее полезности в качестве селективного маркера для инженерии штаммов дрожжей .
Оротидин-5'-фосфатдекарбоксилаза | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
ЕС нет. | 4.1.1.23 | |||||||
№ CAS | 9024-62-8 | |||||||
Базы данных | ||||||||
IntEnz | Просмотр IntEnz | |||||||
BRENDA | BRENDA запись | |||||||
ExPASy | Просмотр NiceZyme | |||||||
КЕГГ | Запись в KEGG | |||||||
MetaCyc | метаболический путь | |||||||
ПРИАМ | профиль | |||||||
Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Генная онтология | Amigo / QuickGO | |||||||
|
Катализ
Декарбоксилаза OMP известна как чрезвычайно эффективный катализатор, способный увеличивать скорость некаталитической реакции в 10 17 раз . Чтобы представить это в перспективе, реакция, которая могла бы длиться 78 миллионов лет в отсутствие фермента оротовой кислоты, занимает 18 миллисекунд, когда она катализируется ферментом. [2] Эта чрезвычайная ферментативная эффективность особенно интересна, потому что декарбоксилазы OMP не используют кофактор и не содержат сайтов металлов [3] или простетических групп. [4] Катализ основан на использовании нескольких заряженных аминокислотных остатков, расположенных в активном центре фермента.
Точный механизм, с помощью которого OMP-декарбоксилаза катализирует свою реакцию, был предметом строгих научных исследований. Движущая сила потери карбоксила, связанного с C6 пиримидинового кольца, исходит из непосредственной близости карбоксильной группы аспартатного остатка в активном центре фермента, что дестабилизирует основное состояние по сравнению с переходным состоянием некаталитической реакции. Высказывалось множество гипотез о том, какую форму принимает переходное состояние до того, как протонирование углерода C6 произойдет с образованием конечного продукта. Во многих исследованиях изучали связывание мощного ингибитора OMP-декарбоксилазы, 6-гидроксиуридинмонофосфата (BMP, производное барбитуровой кислоты ) 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 цвиттерионных частиц в качестве промежуточных, [6] стабилизация анионов O4 [7] или нуклеофильная атака 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 близлежащим остатком лизина, прежде чем они будут подавлены протоном. (См. Схему каталитического механизма). Взаимодействие высокоосновного винилкарбаниона, не получающего преимуществ от электронной стабилизации, редко встречается в ферментативной системе и в биологических системах в целом. Примечательно, что микросреда ферментов помогает значительно стабилизировать карбанион. На основании исследований обмена дейтерия было определено, что p K aH связанного с ферментом карбанионного промежуточного соединения меньше или равно 22. Несмотря на то, что соответствующее значение p K aH свободного карбанионного промежуточного соединения все еще остается высокоосновным, оно, по оценкам, намного выше, примерно 30-34 (на основе измерений аналогичного 1,3- диметилурацила ), что позволяет сделать вывод о том, что фермент стабилизирует карбанион не менее чем на 14 ккал / моль. [12]
Против UMP-синтазы
В дрожжах и бактериях декарбоксилаза OMP является однофункциональным ферментом. Однако у млекопитающих декарбоксилаза OMP является частью одного белка с двумя каталитическими активностями. Этот бифункциональный фермент называется UMP-синтазой, и он также катализирует предшествующую реакцию биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов, перенос рибозо-5-фосфата от 5-фосфорибозил-1-пирофосфата к оротату с образованием OMP. У организмов, использующих декарбоксилазу OMP, эта реакция катализируется оротатфосфорибозилтрансферазой . [14]
Важность дрожжевой генетики
Мутации в гене, кодирующем декарбоксилазу OMP у дрожжей ( URA3 ), приводят к ауксотрофии урацила. Кроме того, функция OMP-декарбоксилазы делает штаммы дрожжей чувствительными к молекуле 5-фтороротовой кислоты (5-FOA). [15] Утверждение гена URA3 в качестве маркера отбора как для положительной, так и для отрицательной стратегии отбора сделало контролируемую экспрессию декарбоксилазы OMP важным лабораторным инструментом для исследования генетики дрожжей.
Смотрите также
- Эффект Цирцеи
Рекомендации
- ^ PDB : 1EIX ; Харрис П., Наварро Поулсен Дж. К., Дженсен К. Ф., Ларсен С. (апрель 2000 г.). «Структурная основа каталитического механизма эффективного фермента: оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилазы». Биохимия . 39 (15): 4217–24. DOI : 10.1021 / bi992952r . PMID 10757968 .
- ^ Радзичка А., Вольфенден Р. (январь 1995 г.). «Опытный фермент». Наука . 267 (5194): 90–3. DOI : 10.1126 / science.7809611 . PMID 7809611 .
- ^ Миллер Б.Г., Смайли Дж. А., Шорт С.А., Вольфенден Р. (август 1999 г.). «Активность дрожжевой оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы в отсутствие металлов» . J. Biol. Chem . 274 (34): 23841–3. DOI : 10.1074 / jbc.274.34.23841 . PMID 10446147 .
- ^ Миллер Б.Г., Вольфенден Р. (2002). «Каталитическое мастерство: необычный случай декарбоксилазы OMP». Анну. Rev. Biochem . 71 : 847–85. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.71.110601.135446 . PMID 12045113 .
- ^ Ву Н, Пай Э.Ф. (август 2002 г.). «Кристаллические структуры комплексов ингибиторов обнаруживают альтернативный способ связывания в оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилазе» . J. Biol. Chem . 277 (31): 28080–7. DOI : 10.1074 / jbc.M202362200 . PMID 12011084 .
- ^ Клюв П., Сигель Б. (1976). «Механизм декарбоксилирования 1,3-диметилоротовой кислоты. Модель оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы». J Am Chem Soc . 98 (12): 3601–6. DOI : 10.1021 / ja00428a035 . PMID 1270703 .
- ^ Ли Дж. К., Хоук К. Н. (май 1997 г.). «Пересмотр опытного фермента: предсказанный механизм оротидинмонофосфатдекарбоксилазы». Наука . 276 (5314): 942–5. DOI : 10.1126 / science.276.5314.942 . PMID 9139656 .
- ^ Сильверман, РБ; Грозяк, депутат (1982). «Модельная химия ковалентного механизма действия оротидин-5'-фосфат-декарбоксилазы». Варенье. Chem. Soc . 104 (23): 6434–6439. DOI : 10.1021 / ja00387a047 .
- ^ Ли, Джихиун К.; Тантилло, Дин Дж (2004-06-25). Оротидинмонофосфат декарбоксилаза: механистический диалог . ISBN 9783540205661.
- ^ Richavy MA, Cleland WW (2000). «Определение механизма оротидин 5'-монофосфат декарбоксилазы по изотопным эффектам». Биохимия . 39 (16): 4569–4574. DOI : 10.1021 / bi000376p . PMID 10769111 .
- ^ Тот К., Эмиес Т.Л., Вуд Б.М., Чан К., Герлт Дж. А., Ричард Дж. П. (октябрь 2007 г.). «Эффект изотопа дейтерия для оротидин-5'-монофосфат-декарбоксилазы: доказательства существования короткоживущего карбанионного промежуточного соединения» . Варенье. Chem. Soc . 129 (43): 12946–7. DOI : 10.1021 / ja076222f . PMC 2483675 . PMID 17918849 .
- ^ а б Эмиес Т.Л., Вуд Б.М., Чан К., Герлт Дж. А., Ричард Дж. П. (февраль 2008 г.). «Образование и стабильность винилкарбаниона на активном сайте оротидин-5'-монофосфат-декарбоксилазы: pKa протона C-6 ферментно-связанного UMP» . Варенье. Chem. Soc . 130 (5): 1574–5. DOI : 10.1021 / ja710384t . PMC 2652670 . PMID 18186641 .
- ^ Ван Влит Дж. Л., Райнхардт Л. А., Миллер Б. Г., Сиверс А., Клеланд В. В. (январь 2008 г.). «Исследование эффекта изотопов углерода на оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилазе: поддержка анионного промежуточного соединения». Биохимия . 47 (2): 798–803. DOI : 10.1021 / bi701664n . PMID 18081312 .
- ^ Яблонски MJ, Пасек Д.А., Хан Б.Д., Джонс М.Э., Траут Т.В. (1996). «Внутренняя активность и стабильность бифункциональной человеческой UMP-синтазы и двух ее отдельных каталитических доменов, оротатфосфорибозилтрансферазы и оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы» . J Biol Chem . 271 (18): 10704–10708. DOI : 10.1074 / jbc.271.18.10704 . PMID 8631878 .
- ^ Боке Дж. Д., ЛаКрут Ф., Финк Г. Р. (1984). «Положительный отбор для мутантов, лишенных активности оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы в дрожжах: устойчивость к 5-фтороротовой кислоте». Mol Gen Genet . 197 (2): 345–346. DOI : 10.1007 / BF00330984 . PMID 6394957 .