Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Синтаза тетрагидроканнибиноловой кислоты
Структура белка синтазы тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) .png
3VTE
Идентификаторы
ЕС нет.1.21.3.7
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Синтаза тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) (полное название Δ 1 -тетрагидроканнабиноловая кислота-синтаза ) - это фермент, ответственный за катализирование образования THCA из каннабигероловой кислоты (CBGA). ТГКК является прямым предшественником из тетрагидроканнабинола (THC) , основной психоактивный компонент конопли , который получает из различных штаммов конопли . Таким образом, THCA-синтаза считается ключевым ферментом, контролирующим психоактивность каннабиса. [1]Полиморфизм THCA-синтазы приводит к различным уровням THC в растениях каннабиса, что приводит к появлению разновидностей C. sativa «лекарственного типа» и «волокнистого типа» . [2] [3]

Структура [ править ]

THCA-синтаза представляет собой мономерный фермент 60 кДа (~ 500 аминокислот) с изоэлектрической точкой 6,4. [4] Посттрансляционное N-связанное гликозилирование увеличивает общую массу примерно до 74 кДа. Третичная структура разделена на две области (домены I и II) с флавинадениндинуклеотид (FAD) , расположенной между двумя доменами. Домен I состоит из восьми альфа-спиралей и восьми бета-листов и ковалентно связан с FAD. Домен II состоит из пяти альфа-спиралей, окруженных восемью бета-листами. Ферменты, которые имеют сходные аминокислотные последовательности, включают фермент берберинового мостика флавопротеинов. (BBE), глюкоолигосахаридоксидаза (GOOX) и аклациномицин оксидоредуктаза (AknOx). [1]

Фрагмент FAD является местом ферментативной активности и ковалентно связан с His114 и Cys176. FAD также связывается водородными связями с основными и боковыми цепями соседних аминокислот. Совместная кристаллизация THCA-синтазы с субстратом или продуктом еще не завершена. [1]

  • Кофактор FAD (зеленый) расположен между доменом I и доменом II THCA-синтазы. Альфа-спирали имеют голубой цвет, а бета-листы - пурпурный.

  • FAD (зеленый) ковалентно связан с гистидином 114 и цистеином 176 (розовый).

Механизм реакции [ править ]

Химическая структура каннбигероловой кислоты (CBGA), субстрата для THCA-синтазы.

ТГКК синтазы, A флавопротеин , использует флавинадениндинуклеотид (FAD) кофактор , чтобы катализировать в окислительной циклизации в монотерпеновом фрагменте из cannabigerolic кислоты (CBGA). Подобные реакции циклизации происходят при биосинтезе монотерпена из геранилпирофосфата , но не являются окислительными. [5] THCA-синтаза не проявляет каталитической активности против каннабигерола , у которого отсутствует карбоксильная группа по сравнению с CBGA, что позволяет предположить, что карбоксильная группа CBGA необходима для протекания реакции. [1]

Общая химическая реакция: CBGA + O 2 THCA + H 2 O 2

Химическая структура тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) , продукта THCA-синтазы.

Гидрид передаются от CBGA для уменьшения FAD, согласованного с помощью депротонирования о наличии гидроксильной группы остатком тирозина. Затем монотерпеновый фрагмент в CBGA помещается для завершения циклизации в THCA. Окисление восстановленного FAD O 2 дает перекись водорода (H 2 O 2 ) . [6] [1]

Механизм реакции THCA-синтазы. Изменено из Shoyama et al. J. Mol. Bio. 2012 г.

Биологическая функция [ править ]

ТГКК синтазы выражается в железистых трихом из конопли . ТГКК синтазы может внести свой вклад в самообороны из конопли растений, производя ТГКК и перекись водорода , которые являются как цитотоксические . Поскольку эти продукты токсичны для растений, THCA-синтаза секретируется в полость хранения трихома. [7] THCA также действует как фактор, вызывающий некроз, открывая поры перехода митохондрий на проницаемость , подавляя жизнеспособность митохондрий и приводя к старению тканей листа. [8]

Неферментативное декарбоксилирование THCA во время хранения или курения образует THC , основной психоактивный компонент каннабиса. [9] Дальнейшее разложение под воздействием температуры, автоокисления и воздействия света приводит к образованию каннабинола. [10] ТГК и другие каннабиноиды, как известно, уменьшают тошноту и рвоту и стимулируют чувство голода, особенно у пациентов, проходящих химиотерапию рака . [11]

Ферменты, сходные с THCA-синтазой, катализируют образование других каннабиноидов. Например, синтаза каннабидиоловой кислоты (CBDA) представляет собой флавопротеин, который катализирует аналогичную окислительную циклизацию CPGA в CBDA, доминирующий каннабиноидный компонент клетчатки C. sativa . CBDA подвергается аналогичному декарбоксилированию с образованием каннабидиола . [12]

Значение [ править ]

Спрос на ТГК фармацевтического класса и другие каннабиноиды высок из-за интереса к их потенциальному терапевтическому использованию , но сдерживается законодательными нормами культивирования C. sativa во многих странах. [13] Прямой химический синтез THC затруднен из-за высокой стоимости и низкого выхода. [14] Таким образом, было изучено использование THCA-синтазы для производства THC, поскольку CBGA легко синтезировать, а THCA легко декарбоксилатируется с образованием THC. [10] Биосинтез THCA путем экспрессии THCA-синтазы в организмах был предпринят с ограниченным успехом у бактерий, насекомых и растений табака. Производство THCA в миллиграммах продемонстрировано в Pichia pastorisдрожжевые клетки в двух независимых исследованиях. [15] [13]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е Shoyama Y, T, Тамада Курихара K, Takeuchi A, F, Taura Arai S, M, Blaber Shoyama Y, S, Моримото Куроки R (октябрь 2012 г.). «Структура и функция ∆1-тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) синтазы, фермента, контролирующего психоактивность Cannabis sativa». Журнал молекулярной биологии . 423 (1): 96–105. DOI : 10.1016 / j.jmb.2012.06.030 . PMID  22766313 .
  2. ^ Staginnus C, Zörntlein S, де Мейера E (июль 2014). «Маркер ПЦР, связанный с полиморфизмом THCA-синтазы, является надежным инструментом для распознавания потенциально богатых ТГК растений Cannabis sativa L». Журнал судебной медицины . 59 (4): 919–26. DOI : 10.1111 / 1556-4029.12448 . PMID 24579739 . 
  3. ^ Kojoma M, Секи H, Yoshida S, Muranaka T (июнь 2006). «Полиморфизмы ДНК в гене синтазы тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) в« лекарственном типе »и« волокнистом типе »Cannabis sativa L». Международная криминалистическая экспертиза . 159 (2–3): 132–40. DOI : 10.1016 / j.forsciint.2005.07.005 . PMID 16143478 . 
  4. ^ Таура F, S Моримото, Shoyama Y, Mechoulam R (1995). «Первое прямое доказательство механизма биосинтеза Δ 1 -тетрагидроканнабиноловой кислоты». Варенье. Chem. Soc . 117 (38): 9766–9767. DOI : 10.1021 / ja00143a024 .
  5. ^ Sirikantaramas S, S Моримото, Shoyama Y, Ishikawa Y, Y Вада, Shoyama Y, Taura F (сентябрь 2004). «Ген, контролирующий психоактивность марихуаны: молекулярное клонирование и гетерологичная экспрессия дельта-1-тетрагидроканнабиноловой кислоты синтазы из Cannabis sativa L» . Журнал биологической химии . 279 (38): 39767–74. DOI : 10.1074 / jbc.M403693200 . PMID 15190053 . 
  6. ^ Shoyama У, Такеучи А, Таура Р, Т Тамада, Адачи М, Куроки R, Shoyama Y, S Моримото (август 2005 г.). «Кристаллизация дельта-1-тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) синтазы из Cannabis sativa» . Acta Crystallographica Раздел F . 61 (Pt 8): 799–801. DOI : 10.1107 / S1744309105023365 . PMC 1952 348 . PMID 16511162 .  
  7. ^ Sirikantaramas S, Taura F, Танака Y, Y Ishikawa, Моримото S, Shoyama Y (сентябрь 2005). «Синтаза тетрагидроканнабиноловой кислоты, фермент, контролирующий психоактивность марихуаны, секретируется в полость хранения железистых трихомов» . Физиология растений и клеток . 46 (9): 1578–82. DOI : 10.1093 / PCP / pci166 . PMID 16024552 . 
  8. ^ Моримото S, Танака Y, Сасаки К., Танака Х, Фукамизу Т, Шояма Y, Шояма Y, Таура Ф (июль 2007 г.). «Идентификация и характеристика каннабиноидов, которые вызывают гибель клеток за счет перехода митохондриальной проницаемости в клетках листьев конопли» . Журнал биологической химии . 282 (28): 20739–51. DOI : 10.1074 / jbc.M700133200 . PMID 17513301 . 
  9. ^ Ямаучи Т, Shoyama Y, Арамаки Н, Адзума Т, Нисиока Я (июль 1967). «Тетрагидроканнабиноловая кислота, подлинное вещество тетрагидроканнабинола» . Химико-фармацевтический бюллетень . 15 (7): 1075–6. DOI : 10,1248 / cpb.15.1075 . PMID 5583149 . 
  10. ^ a b Морено-Санс G (2016-06-01). «9-Тетрагидроканнабиноловая кислота А» . Каннабис и исследования каннабиноидов . 1 (1): 124–130. DOI : 10,1089 / can.2016.0008 . PMC 5549534 . PMID 28861488 .  
  11. Перейти ↑ Guzmán M (октябрь 2003 г.). «Каннабиноиды: потенциальные противораковые агенты». Обзоры природы. Рак . 3 (10): 745–55. DOI : 10.1038 / nrc1188 . PMID 14570037 . 
  12. ^ Taura F, Sirikantaramas S, Shoyama Y, Yoshikai K, Shoyama Y, Моримото S (июнь 2007). «Синтаза каннабидиоловой кислоты, фермент, определяющий хемотип в клетчатке Cannabis sativa» . Письма FEBS . 581 (16): 2929–34. DOI : 10.1016 / j.febslet.2007.05.043 . PMID 17544411 . 
  13. ^ a b Zirpel B, Stehle F, Kayser O (сентябрь 2015 г.). «Производство Δ9-тетрагидроканнабиноловой кислоты из каннабигероловой кислоты целыми клетками Pichia (Komagataella) pastoris, экспрессирующими синтазу Δ9-тетрагидроканнабиноловой кислоты из Cannabis sativa L». Письма о биотехнологии . 37 (9): 1869–75. DOI : 10.1007 / s10529-015-1853-х . PMID 25994576 . 
  14. Перейти ↑ Trost BM, Dogra K (март 2007). «Синтез (-) - Delta9-транс-тетрагидроканнабинола: стереоконтроль через Mo-катализируемую реакцию асимметричного аллильного алкилирования» . Органические буквы . 9 (5): 861–3. DOI : 10.1021 / ol063022k . PMC 2597621 . PMID 17266321 .  
  15. ^ Lange K, Schmid A, Julsing MK (октябрь 2015). «Производство Δ (9) -тетрагидроканнабиноловой кислоты синтазы в Pichia pastoris делает возможным химический синтез каннабиноидов». Журнал биотехнологии . 211 : 68–76. DOI : 10.1016 / j.jbiotec.2015.06.425 . PMID 26197418 .