Adenylosukcinát lyáza - Adenylosuccinate lyase

ADSL
Dostupné struktury
PDBHledání ortologu: PDBe RCSB
Identifikátory
AliasyADSL, AMPS, ASASE, ASL, adenylosukcinát lyáza, adenylosukcinát lyáza
Externí IDOMIM: 608222 MGI: 103202 HomoloGene: 12 Genové karty: ADSL
Umístění genu (člověk)
Chromozom 22 (lidský)
Chr.Chromozom 22 (lidský)[1]
Chromozom 22 (lidský)
Genomické umístění pro ADSL
Genomické umístění pro ADSL
Kapela22q13.1Start40,346,500 bp[1]
Konec40,390,463 bp[1]
Ortology
DruhČlověkMyš
Entrez

158

11564

Ensembl

ENSG00000239900

ENSMUSG00000022407

UniProt

P30566

P54822

RefSeq (mRNA)

NM_000026
NM_001123378
NM_001317923
NM_001363840

NM_009634

RefSeq (protein)

NP_000017
NP_001116850
NP_001304852
NP_001350769

NP_033764

Místo (UCSC)Chr 22: 40,35 - 40,39 MbChr 15: 80,95 - 80,97 Mb
PubMed Vyhledávání[3][4]
Wikidata
Zobrazit / upravit člověkaZobrazit / upravit myš
Adenylosukcinát lyáza
ASL active sites.png
"Homotetramerická struktura ASL v Thermotoga maritima Doména 1 je červená, Doména 2 je modře, Doména 3 je žlutá. Tato struktura byla inspirována článkem Toth a Yeates[5]
Identifikátory
EC číslo4.3.2.2
Číslo CAS9027-81-0
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Adenylosukcinát lyáza (nebo adenylosukcináza) je enzym že u lidí je kódováno ADSL gen.[6]

Adenylosukcinát lyáza se převádí adenylosukcinát na AMP a fumarát jako součást purinový nukleotidový cyklus. ASL katalyzuje dvě reakce v purinové biosyntetické dráze, která vytváří AMP; ASL štěpí adenylosukcinát na AMP a fumarát a štěpí SAICAR do AICAR a fumarát.

Adenylosukcinát lyáza je součástí β-eliminace nadrodina enzymů a probíhá prostřednictvím E1cb mechanismus reakce. Enzym je a homotetramer se třemi doménami v každé monomer a čtyři aktivní stránky na homotetramer.

Bodové mutace v adenylosukcinátu, které způsobují snížení enzymatická aktivita způsobit klinické příznaky, které tento stav poznamená nedostatek adenylosukcinát lyázy.

Tento protein může používat morpheein model alosterická regulace.[7]

Funkce

Tento vývojový diagram ukazuje kroky v biosyntéze AMP. Kroky zeleně ukazují kroky katalyzované ASL Kroky červeně ukazují defosforylaci substrátů ASL

Adenylosukcinát lyáza (ASL) je enzym, který katalyzuje dvě reakce v de novo purinový biosyntetický cesta. V obou reakcích používá E1cb eliminační reakce mechanismus k odštěpení fumarátu od substrátu. V první reakci ASL převádí 5-aminoimidazol- (N-sukcinylokarboxamid) ribotid (SAICAR) na 5-aminoimidazol-4-karboxamid ribotid (AICAR) a fumarát. AICAR pokračuje třemi dalšími reakcemi, než se z něj stane adenylosukcinát (také nazývaný sukcinyladenosin monofosfát nebo SAMP), který se ASL poté rozdělí na adenosin monofosfát (AMP) a fumarát.[8] ASL je důležitý pro buňky nejen kvůli jeho zapojení do vytváření purinů potřebných pro buněčná replikace, ale také proto, že pomáhá regulovat metabolické procesy řízením hladin AMP a fumarátu v buňce.[9]

ASL štěpí SAICAR na AICAR a fumarát a adenylosukcinát na AMP a fumarát. Tato figura byla inspirována jedním z příspěvků Toth a Yeates.[5]

Struktura

Podjednotky

Adenylosukcinát lyáza patří do β-eliminační nadrodiny a jako taková je její struktura homotetramer. Monomer adenylosukcinát lyázy má tři domény. v Thermotoga maritima, doména 1 obsahuje 7 α-šroubovice v zbytky 1-93, včetně His68, který je vysoce konzervovaný a dříve byl považován za katalyzátor kyselina v Aktivní stránky.[5] Novější studie předpokládají, že His171 v doméně 2, dříve považovaný za katalyzátor základna, může ve skutečnosti působit jako katalytická kyselina, alespoň v Escherichia coli.[9] Doména 2 je tvořena zbytky 94-341 a obsahuje pouze 5 α-šroubovic a monomery β-list. Doménu 3 tvoří 7 α-šroubovic. Jádro tetrameru je tvořeno čtyřmi kopiemi domény 2 a na každém konci tetrameru jsou dvě kopie každé z domén 1 a 3, které dávají tetramer D2 dihedrální symetrie. Tetramer má čtyři aktivní místa, z nichž každé se setkává se třemi doménami.[5]

Adenylosukcinát lyáza u lidí a Bacillus subtilis může být kompetitivně potlačeno podle substrát analog kyselina 2 '(3'), 5'-difosfát adenosin fosfonobutanová (APBADP). APBADP je kompetitivní inhibitor pro obě reakce katalyzované adenylosukcinát lyázou a kinetické studie s APBADP ukazují, že substráty pro obě reakce používají stejné aktivní místo.[10] V reakci katalyzované ASL štěpením adenylosukcinátu na adenosinmonofosfát (AMP) a fumarát musí AMP po ukončení reakce a před uvolněním fumarátu mírně rotovat, aby se oba produkty vešly na aktivní místo.[11]

Mutace

Adenylosukcinát lyáza mutanti může mít značně sníženou aktivitu, ať už je mutace v aktivním místě nebo mimo něj. Mutanti ASL způsobující nemoci R396C a R396H jsou u vstupu do aktivního místa a mají nižší PROTImax než ASL divokého typu, ale mutanty K246E a L311V, které jsou mimo aktivní místo, také způsobují snížení Vmax. ASL mutant R194C je mimo aktivní místo a udržuje Vmax podobně jako ASL divokého typu se ukázalo, že je nejméně konformačně stabilní z pěti mutantů in vitro a stále způsobuje nemoci.[12]

Mechanismus

Dříve se předpokládalo, že mechanismem účinku adenylosukcinát lyázy byla společná katalýza, při které byl vodík na β-uhlíku (s ohledem na odcházející dusík) abstrahován katalytickou bází současně s tím, že odcházející dusík byl protonován katalytická kyselina pro eliminaci E2.[5] Novější údaje jsou v rozporu s touto myšlenkou a potvrdily, že mechanismus není ve skutečnosti koordinovaný, ale že k abstrakci dochází jako první a existuje přechodná karbanion druh, který je rezonančně stabilizovaný. U obou reakcí katalyzovaných ASL dochází nejprve k deprotonaci uhlíku β na odcházející dusík, poté k tvorbě a rezonanční stabilizace karbaniontu a nakonec protonace odcházejícího dusíku, která způsobí rozbití vazby C-N.[9] Experimentální potvrzení deprotonace, tvorby karbaniontu a kroku omezujícího rychlost protonace způsobujícího štěpení znamená, že se jedná o mechanismus E1cb. Nejnovější údaje naznačují, že katalytickou kyselinou je His171, o které se dříve myslelo, že je katalytickou bází, a že poněkud neobvykle jde o serin v poloze 295, který působí jako katalytická báze. Štěpení adenylosukcinátu na AMP a fumarát je uspořádaný uni-bi mechanismus, což znamená, že po štěpení fumarát opouští aktivní místo před AMP.[13]

Mechanismus působení ASL. Nejprve kyselina deprotonuje β-uhlík, poté se vytvoří karbaniont a je rezonančně stabilizovaný, nakonec dusík přijme proton a štěpí se vazba C-N. Tento údaj byl inspirován článkem Tsai et al.[9] POZNÁMKA: fumarátová struktura na tomto obrázku je nesprávná. Mezi atomy uhlíku 2 a 3 musí existovat dvojná vazba v trans konfiguraci.

Role v nemoci

Mutovaná adenylosukcinát lyáza (ASL) způsobuje klinické onemocnění u pacientů, které se označuje jako nedostatek adenylosukcinát lyázy. Tento stav je vzácný a projevuje se různým stupněm psychomotorická retardace, autismus, ztráta svalové hmoty, a epilepsie.[14][15] Přesná příčina nemoci není známa, ale možností je málo purin nukleotid syntéza pro replikace buněk, nefunkčnost purinový nukleotidový cyklus a hromadění substrátů na toxické hladiny. Bylo identifikováno několik bodových mutací souvisejících s chorobami a ti, kteří jsou heterozygotní pro bodovou mutaci jsou zdraví, ale ti, kteří jsou homozygotní vyvinout klinické onemocnění.[16] Počet genotypů způsobujících onemocnění se neustále zvyšuje, protože je objevováno více mutací, a nyní bylo dosud identifikováno třicet různých bodových mutací a jedna delece, která způsobuje nedostatek adenylosukcinátu lyázy.[17]

Když se substráty ASL (adenylosukcinát a SAICAR) hromadí v důsledku nedostatku enzymů, jsou defosforylovaný a přeměnit se na sukcinyladenosin (S-Ado) a sukcinylaminoimidazol karboximid ribosid (SAICA ribosid).[18] Normálně tyto sloučeniny nejsou přítomny v mozkomíšním moku nebo v moči, protože ASL působí na většinu molekul substrátu, než se mohou hromadit a být fosforylovány.[15] V minulosti neexistoval dobrý test na nedostatek adenylosukcinát lyázy, který by diagnostikoval vzácné onemocnění, ale nedávno byl vyvinut test na detekci SAICA a S-Ado v moči. Test je levný a v malém vzorku výzkumníků neměl falešná pozitiva ani falešná negativa.[19]

Předpokládá se, že SAICA ribosid může být toxičtější sloučeninou, protože se vyskytuje ve vyšších hladinách u pacientů se závažnými klinickými příznaky a někteří vědci si myslí, že S-Ado může být dokonce ochranný. Je třeba provést další výzkum toho, co určuje závažnost onemocnění, ale nestabilita lidského ASL v laboratorním prostředí byla překážkou tohoto výzkumu.[17]

Terapeutické aplikace

Jak se zvyšuje odolnost proti antimalarikům, vědci hledají nové strategie, jak se zaměřit na Plasmodium parazity, které způsobují malárie, zvláště smrtící P. falciparum. Někteří vědci navrhli, aby se na ASL pohlíželo jako na potenciální drogový cíl, protože i když přerušení léčby de novo dráha biosyntézy purinu je pro hostitele toxická, Plasmodium ASL má nízkou úroveň sekvenční homologie s lidským ASL, které mohou způsobitPlasmodium ASL léky dostatečně specifické, aby nepoškodily lidské hostitele.[20]

Reference

  1. ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000239900 - Ensembl, Květen 2017
  2. ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000022407 - Ensembl, Květen 2017
  3. ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  4. ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  5. ^ A b C d E Toth EA, Yeates TO (únor 2000). "Struktura adenylosukcinát lyázy, enzymu s dvojí aktivitou v de novo purinové biosyntetické cestě". Struktura. 8 (2): 163–74. doi:10.1016 / S0969-2126 (00) 00092-7. PMID  10673438.
  6. ^ „Entrez Gene: Adenylosuccinate lyase“. Citováno 2012-03-01.
  7. ^ Selwood T, Jaffe EK (březen 2012). „Dynamické disociační homo-oligomery a řízení funkce proteinu“. Archivy biochemie a biofyziky. 519 (2): 131–43. doi:10.1016 / j.abb.2011.11.020. PMC  3298769. PMID  22182754.
  8. ^ Spiegel EK, Colman RF, Patterson D (2006). "Nedostatek adenylosukcinát lyázy". Molekulární genetika a metabolismus. 89 (1–2): 19–31. doi:10.1016 / j.ymgme.2006.04.018. PMID  16839792.
  9. ^ A b C d Tsai M, Koo J, Yip P, Colman RF, Segall ML, Howell PL (červenec 2007). „Substrát a produktové komplexy adenylosukcinátové lyázy Escherichia coli poskytují nový pohled na enzymatický mechanismus“. Journal of Molecular Biology. 370 (3): 541–54. doi:10.1016 / j.jmb.2007.04.052. PMC  4113493. PMID  17531264.
  10. ^ Sivendran S, Colman RF (červenec 2008). "Účinek nového neštěpitelného analogu substrátu na divoký typ a serinové mutanty v signální sekvenci adenylosukcinát lyázy z Bacillus subtilis a Homo sapiens". Věda o bílkovinách. 17 (7): 1162–74. doi:10.1110 / ps.034777.108. PMC  2442012. PMID  18469177.
  11. ^ Kozlov G, Nguyen L, Pearsall J, Gehring K (září 2009). „Struktura fosfátem vázané lysázy Escherichia coli adenylosukcinát identifikuje His171 jako katalytickou kyselinu“. Acta Crystallographica oddíl F. 65 (Pt 9): 857–61. doi:10.1107 / S1744309109029674. PMC  2795585. PMID  19724117.
  12. ^ Ariyananda Lde Z, Lee P, Antonopoulos C, Colman RF (červen 2009). „Biochemická a biofyzikální analýza pěti mutantů lidské adenylosukcinát-lyázy spojené s onemocněním“. Biochemie. 48 (23): 5291–302. doi:10,1021 / bi802321m. PMC  2745324. PMID  19405474.
  13. ^ Bulusu V, Srinivasan B, MP Bopanna, Balaram H (duben 2009). "Elucidace substrátové specificity, kinetického a katalytického mechanismu adenylosukcinát lyázy z Plasmodium falciparum". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - bílkoviny a proteomika. 1794 (4): 642–54. doi:10.1016 / j.bbapap.2008.11.021. PMID  19111634.
  14. ^ Maaswinkel-Mooij PD, Laan LA, Onkenhout W, Brouwer OF, Jaeken J, Poorthuis BJ (srpen 1997). "Nedostatek adenylosukcinázy s epilepsií v raném dětství". Journal of Inherited Metabolic Disease. 20 (4): 606–7. doi:10.1023 / A: 1005323512982. PMID  9266401.
  15. ^ A b Lee P, Colman RF (únor 2007). "Exprese, čištění a charakterizace stabilní, rekombinantní lidské adenylosukcinátové lyázy". Exprese a čištění proteinů. 51 (2): 227–34. doi:10.1016 / j.pep.2006.07.023. PMID  16973378.
  16. ^ Stone RL, Aimi J, Barshop BA, Jaeken J, Van den Berghe G, Zalkin H, Dixon JE (duben 1992). "Mutace v adenylosukcinát lyáze spojená s mentální retardací a autistickými rysy". Genetika přírody. 1 (1): 59–63. doi:10.1038 / ng0492-59. PMID  1302001.
  17. ^ A b Palenchar JB, Crocco JM, Colman RF (srpen 2003). „Charakterizace mutantních lysáz Bacillus subtilis adenylosukcinát odpovídající závažným nedostatkům lidské adenylosukcinát lyázy“. Věda o bílkovinách. 12 (8): 1694–705. doi:10.1110 / ps.0303903. PMC  2323956. PMID  12876319.
  18. ^ Jaeken J, Van den Berghe G (listopad 1984). "Infantilní autistický syndrom charakterizovaný přítomností sukcinylpurinů v tělních tekutinách". Lanceta. 2 (8411): 1058–61. doi:10.1016 / s0140-6736 (84) 91505-8. PMID  6150139.
  19. ^ Maddocks J, Reed T (leden 1989). "Test moči na nedostatek adenylosukcinázy u autistických dětí". Lanceta. 1 (8630): 158–9. doi:10.1016 / S0140-6736 (89) 91172-0. PMID  2563072.
  20. ^ Marshall VM, Coppel RL (září 1997). "Charakterizace genu kódujícího adenylosukcinát lyázu Plasmodium falciparum". Molekulární a biochemická parazitologie. 88 (1–2): 237–41. doi:10.1016 / S0166-6851 (97) 00054-6. PMID  9274883.

Další čtení

externí odkazy