Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
фенилаланин-аммиак-лиаза
Фенилаланин-аммиаклиаза.png
Рендеринг PDB на основе 1T6J.
Идентификаторы
ЕС нет.4.3.1.24
№ CAS9024-28-6
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

Фенилаланинаммиаклиаза ( EC 4.3.1.24 ) - это фермент , катализирующий реакцию превращения L - фенилаланина в аммиак и транс- коричную кислоту . [1] фенилаланинаммонийлиазы (PAL) является первым и приверженность шаг в фенильном propanoid пути и, следовательно , участвуют в биосинтезе из полифенолов соединений , таких как флавоноиды , фенилпропаноидов и лигнина в растениях .[2] [3] Фенилаланин-аммиаклиаза широко встречается в растениях, а также в некоторых бактериях , дрожжах и грибах , а изоферменты существуют у многих различных видов. Он имеет молекулярную массу в диапазоне 270–330  кДа . [1] [4] Активность PAL резко индуцируется в ответ на различные стимулы, такие как повреждение тканей, патогенная атака, свет, низкие температуры и гормоны . [1] [5] PAL недавно был изучен на предмет возможных терапевтических преимуществ у людей, страдающих фенилкетонурией . [6]Он также использовался при производстве L- фенилаланина в качестве предшественника подсластителя аспартама . [7]

Фермент относится к семейству аммиачных лиаз , расщепляющих углерод-азотные связи. Подобно другим лиазам, PAL требует только один субстрат для прямой реакции и два - для обратной. Считается, что он механически похож на родственный фермент гистидин-аммиак-лиазу (EC: 4.3.1.3, HAL). [8] систематическое название данного фермента класс L фенилаланин аммиак-лиаза (транс-коричная кислота , образующая) . Ранее он был обозначен как EC 4.3.1.5 , но этот класс был переименован в EC 4.3.1.24 (фенилаланинаммиаклиазы), EC 4.3.1.25 (тирозинаммиаклиазы) и EC. 4.3.1.26 (фенилаланин / тирозин-аммиак-лиазы). Другие широко используемые названия включают тиразу , фенилаланиндезаминазу , тирозинаммиаклиазу , L- тирозинаммиаклиазу , фенилаланинаммонийлиазу , PAL и L - фенилаланинаммиаклиазу .

Механизм [ править ]

Фенилаланин лиаза аммиака является специфической для L - Phe, и в меньшей степени, L - тирозин . [9] [10] Реакция, катализируемая PAL, представляет собой реакцию спонтанного элиминирования, а не окислительного дезаминирования . [11]

Л фенилаланина транс -cinnamic кислота + NH 3

Кофактор 3,5-дигидро-5-methyldiene-4 Н - имидазол-4-она (МИО) участвует в реакции , и сидит на вершине положительного полюса три полярных спиралей в активном центре, который помогает увеличить электрофильность . [12] МИО подвергается нападению ароматического кольца из L - Phe, который активирует CH связь на & beta углерода для депротонирования с помощью основного остатка. [13] [14] карбанион промежуточного соединения этой реакции E1cB-элиминирования, который стабилизируется частичными положительными областями в активном центре, затем удаляет аммиак с образованием алкена коричной кислоты. Считается, что механизм реакции PAL аналогичен механизму родственного фермента гистидинаммиаклиазы. [13]

Предложено автокаталитическое образование кофактора MIO из трипептида Ala-Ser-Gly с помощью двух стадий удаления воды. [15]

Долгое время считалось, что остаток дегидроаланина является ключевым электрофильным каталитическим остатком в PAL и HAL, но позже было обнаружено, что активный остаток представляет собой MIO, который является еще более электрофильным. [16] [17] Он образуется в результате циклизации и дегидратации консервативного трипептидного сегмента Ala-Ser-Gly. Первым этапом образования MIO является циклизация-элиминация посредством внутримолекулярной нуклеофильной атаки азота Gly204 на карбонильную группу Ala202. Последующее удаление воды из боковой цепи Ser203 завершает систему перекрестно сопряженных двойных связей. [15] Цифры даны для фенилаланинаммиаклиазы из Petroselinum crispum ( PDB1W27). Хотя MIO представляет собой модификацию полипептида, было предложено назвать ее простетической группой, поскольку она имеет качество добавленного органического соединения. [8]

PAL ингибируется транс-коричной кислотой, а у некоторых видов может ингибироваться производными транс- коричной кислоты. [1] [18] Не встречающиеся в природе аминокислоты D -Phe и D -Tyr, энантиомерные формы нормального субстрата, являются конкурентными ингибиторами . [9]

Структура [ править ]

Активный сайт PAL

Фенилаланинаммиаклиаза состоит из четырех идентичных субъединиц, состоящих в основном из альфа-спиралей , с парами мономеров, образующими один активный центр . [17] Катализ в PAL может регулироваться дипольными моментами семи различных альфа-спиралей, связанных с активным центром. [19] Активный центр содержит электрофильную группу MIO, нековалентно связанную с тремя спиралями. Leu266, Asn270, Val269, Leu215, Lys486 и Ile472 расположены на спиралях активного сайта, тогда как Phe413, Glu496 и Gln500 способствуют стабилизации кофактора MIO. Ориентация дипольных моментов, создаваемых спиралями в активном центре, создает электроположительную область для идеальной реакционной способности с MIO. Частично положительные области в активном центре также могут помочь стабилизировать заряд карбанионного интермедиата. PAL структурно похож на механически родственную гистидин-аммиаклиазу, хотя PAL имеет приблизительно 215 дополнительных остатков. [17]

Функция [ править ]

Фенилаланин-аммиаклиаза может выполнять разные функции у разных видов. Он содержится в основном в некоторых растениях и грибах (например, в дрожжах). В клетках грибов и дрожжей PAL играет важную катаболическую роль, вырабатывая углерод и азот . [2] У растений это ключевой биосинтетический фермент, который катализирует первую стадию синтеза различных полифенильных соединений [2] [3] и в основном участвует в защитных механизмах. PAL участвуют в 5 метаболических путях : тирозин метаболизм , фенилаланин метаболизм , метаболизм азота , фенилпропаноидный биосинтез , ибиосинтез алкалоидов .

Актуальность болезни [ править ]

Ферментативная заместительная терапия с использованием PAL для лечения фенилкетонурии (PKU), аутосомно-рецессивного генетического заболевания у людей, при котором мутации в гене фенилаланингидроксилазы (PAH, EC 1.14.16.1) инактивируют фермент. [6] Это приводит к неспособности пациента метаболизировать фенилаланин, что приводит к повышению уровня Phe в кровотоке ( гиперфенилаланинемия ) и умственной отсталости, если лечение не начинается при рождении. [6]

В мае 2018 года FDA одобрило пегвалиазу , рекомбинантную пегилированную фенилаланинаммиаклиазу для лечения ФКУ, разработанную компанией Biomarin . [20] [21]

Исследование [ править ]

Искусственные подсластители [ править ]

Обратная реакция, катализируемая PAL, была исследована для использования для превращения транс- коричной кислоты в L- фенилаланин, который является предшественником подсластителя аспартама. Этот процесс был разработан Genex Corporation, но так и не получил коммерческого применения. [22]

Синтез неестественных аминокислот [ править ]

Аналогично тому, как синтезируется аспартам, PAL также используется для синтеза неприродных аминокислот из различных замещенных коричных кислот в исследовательских целях. [23] Однако стерические препятствия из-за замещения арена ограничивают применимость PAL для этой цели. [24] Например, когда Rhodotorula glutinis была использована для воздействия на эту биотрансформацию, было обнаружено, что фермент не переносит все пара- заместители, кроме F , предположительно из-за малого атомного радиуса элемента . Мета и ортоположения оказались более толерантными, но все же ограничены более крупными заместителями. К примеру фермента активный сайт разрешено орто метокси замещения , но запрещал мета - этокси . Другие организмы с другими версиями фермента могут быть менее ограничены таким образом. [25] [26]

Структурные исследования [ править ]

По состоянию на конец 2007 г. было решено 5 структур для этого класса ферментов с кодами доступа PDB 1T6J , 1T6P , 1W27 , 1Y2M и 2NYF .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Camm EL, Towers G (1 мая 1973 г.). «Фенилаланинаммиаклиаза». Фитохимия . 12 (5): 961–973. DOI : 10.1016 / 0031-9422 (73) 85001-0 .
  2. ^ a b c Фриц Р. Р., Ходгинс Д. С., Абелл К. В. (август 1976 г.). «Фенилаланин-аммиак-лиаза. Индукция и очистка от дрожжей и клиренс у млекопитающих». Журнал биологической химии . 251 (15): 4646–50. PMID 985816 . 
  3. ^ a b Танака Y, Мацуока M, Яманото Н., Охаши Y, Кано-Мураками Y, Озэки Y (август 1989 г.). «Структура и характеристика клона кДНК для фенилаланина аммиак-лиазы из поврежденных корней сладкого картофеля» . Физиология растений . 90 (4): 1403–7. DOI : 10.1104 / pp.90.4.1403 . PMC 1061903 . PMID 16666943 .  
  4. ^ Апперт С, Logemann Е, Hahlbrock К, Schmid Дж, Amrhein Н (октябрь 1994 г.). «Структурные и каталитические свойства четырех изоферментов фенилаланин-аммиак-лиазы из петрушки (Petroselinum crispum Nym.)» . Европейский журнал биохимии . 225 (1): 491–9. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1994.00491.x . PMID 7925471 . 
  5. ^ Hahlbrock K, Гризебаха H (1 июня 1979). «Ферментные средства контроля в биосинтезе лигнина и флавоноидов». Ежегодный обзор физиологии растений . 30 (1): 105–130. DOI : 10.1146 / annurev.pp.30.060179.000541 .
  6. ^ a b c Саркисян CN, Гамес A (декабрь 2005 г.). «Фенилаланинаммиаклиаза, заместительная ферментная терапия при фенилкетонурии, где мы сейчас?». Молекулярная генетика и метаболизм . 86 Приложение 1: S22-6. DOI : 10.1016 / j.ymgme.2005.06.016 . PMID 16165390 . 
  7. ↑ Evans C, Hanna K, Conrad D, Peterson W, Misawa M (1 февраля 1987 г.). «Производство фенилаланинаммиаклиазы (PAL): выделение и оценка штаммов дрожжей, пригодных для коммерческого производства L-фенилаланина». Прикладная микробиология и биотехнология . 25 (5): 406–414. DOI : 10.1007 / BF00253309 . S2CID 40066810 . 
  8. ^ a b Schwede TF, Rétey J, Schulz GE (апрель 1999 г.). «Кристаллическая структура гистидин-аммиак-лиазы, раскрывающая новую модификацию полипептида в качестве каталитического электрофила». Биохимия . 38 (17): 5355–61. DOI : 10.1021 / bi982929q . PMID 10220322 . 
  9. ^ a b Ходгинс Д.С. (май 1971 г.). «Дрожжевой фенилаланин-аммиак-лиаза. Очистка, свойства и идентификация каталитически необходимого дегидроаланина». Журнал биологической химии . 246 (9): 2977–85. PMID 5102931 . 
  10. ^ Barros J, Serrani-Yarce JC, Chen F, Baxter D, Venables BJ, Dixon RA (май 2016). «Роль бифункциональной аммиак-лиазы в биосинтезе клеточной стенки травы». Природа Растения . 2 (6): 16050. DOI : 10.1038 / nplants.2016.50 . PMID 27255834 . S2CID 3462127 .  
  11. ^ Koukol J, Conn EE (октябрь 1961). «Метаболизм ароматических соединений у высших растений. IV. Очистка и свойства фенилаланиндезаминазы Hordeum vulgare». Журнал биологической химии . 236 : 2692–8. PMID 14458851 . 
  12. ^ Alunni S, Cipiciani A, Fioroni G, Ottavi L (апрель 2003). «Механизмы ингибирования фенилаланинаммиаклиазы фенольными ингибиторами и синергическими ингибиторами фенол / глицин». Архивы биохимии и биофизики . 412 (2): 170–5. DOI : 10.1016 / s0003-9861 (03) 00007-9 . PMID 12667480 . 
  13. ^ а б Лангер Б, Лангер М, Рети Дж. (2001). «Метилиден-имидазолон (MIO) из гистидина и фенилаланин-аммиак-лиазы». Достижения в химии белков . 58 : 175–214. DOI : 10.1016 / s0065-3233 (01) 58005-5 . ISBN 9780120342587. PMID  11665488 .
  14. ^ Frey PA, Hegeman AD (2007). «Метиленимидазолон-зависимое отщепление и присоединение: фенилаланин-аммиак-лиаза». Механизмы ферментативных реакций . Издательство Оксфордского университета. стр.  460 -466. ISBN 9780195352740.
  15. ^ a b Ritter H, Schulz GE (декабрь 2004 г.). «Структурная основа вступления в метаболизм фенилпропаноидов, катализируемый фенилаланин-аммиак-лиазой» . Растительная клетка . 16 (12): 3426–36. DOI : 10.1105 / tpc.104.025288 . PMC 535883 . PMID 15548745 .  
  16. ^ Rétey, Янош (2003). «Открытие и роль метилиденимидазолона, высоко электрофильной простетической группы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1647 (1-2): 179–184. DOI : 10.1016 / S1570-9639 (03) 00091-8 . PMID 12686130 . 
  17. ^ a b c Calabrese JC, Jordan DB, Boodhoo A, Sariaslani S, Vannelli T (сентябрь 2004 г.). «Кристаллическая структура фенилаланин аммиаклиазы: множественные спиральные диполи, участвующие в катализе». Биохимия . 43 (36): 11403–16. DOI : 10.1021 / bi049053 + . PMID 15350127 . 
  18. ^ Sato T, Kiuchi F, Sankawa U (1 января 1982). «Ингибирование фенилаланин-аммиак-лиазы производными коричной кислоты и родственными соединениями». Фитохимия . 21 (4): 845–850. DOI : 10.1016 / 0031-9422 (82) 80077-0 .
  19. ^ Pilbák S, Томин A, Rétey J, L Поппе (март 2006). «Существенная конформация тирозин-содержащей петли и роль С-концевой мультиспиральной области в эукариотических фенилаланин-аммиак-лиазах» . Журнал FEBS . 273 (5): 1004–19. DOI : 10.1111 / j.1742-4658.2006.05127.x . PMID 16478474 . S2CID 33002042 .  
  20. ↑ Powers M (29 мая 2018 г.). «Заключительный экзамен по биомарину: Palynziq получает одобрение FDA для лечения фенилкетонурии у взрослых» . BioWorld .
  21. ^ Леви HL, Саркиссиан CN, Стивенс RC, Scriver CR (июнь 2018 г.). «Фенилаланин-аммиаклиаза (PAL): от открытия к ферментной заместительной терапии фенилкетонурии». Молекулярная генетика и метаболизм . 124 (4): 223–229. DOI : 10.1016 / j.ymgme.2018.06.002 . PMID 29941359 . 
  22. ^ Straathof AJ, Adlercreutz P (2014). Прикладной биокатализ . CRC Press. п. 146. ISBN. 9781482298420.
  23. Перейти ↑ Hughes A (2009). Аминокислоты, пептиды и белки в органической химии Том 1 . Weinheim Германия: Wiley VCH. п. 94. ISBN 9783527320967.
  24. ^ Ренар G, J Guilleux, Диаметр цилиндра С, Мальта-Валетт В, D Лернера (1992). «Синтез аналогов L-фенилаланина с помощью Rhodotorula glutinis. Биоконверсия производных коричной кислоты». Письма о биотехнологии . 14 (8): 673–678. DOI : 10.1007 / BF01021641 . S2CID 46423586 . 
  25. Перейти ↑ Lovelock SL, Turner NJ (октябрь 2014 г.). «Бактериальная фенилаланин-аммиаклиаза Anabaena variabilis: биокатализатор с широкой субстратной специфичностью». Биоорганическая и медицинская химия . 22 (20): 5555–7. DOI : 10.1016 / j.bmc.2014.06.035 . PMID 25037641 . 
  26. ^ Сева Д., Хиробуми А. "Процесс производства производных L-фенилаланина микроорганизмами" . Патенты Google . Центральная исследовательская лаборатория Хиробуми . Проверено 20 июля 2014 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Koukol J, Conn EE (октябрь 1961 г.). «Метаболизм ароматических соединений у высших растений. IV. Очистка и свойства фенилаланиндезаминазы Hordeum vulgare» (PDF) . Журнал биологической химии . 236 (10): 2692–8. PMID  14458851 .
  • Молодой MR, Neish AC (1966). «Свойства аммиачных лиаз, дезаминирующих фенилаланин и родственные соединения в Triticum sestivum и Pteridium aquilinum». Фитохимия . 5 (6): 1121–1132. DOI : 10.1016 / S0031-9422 (00) 86105-1 .