Alanin racemáza - Alanine racemase
| alanin racemáza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 1,45 Á krystalová struktura alanin racemázy z Pseudomonas aeruginosa, PDB 1rcq | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| EC číslo | 5.1.1.1 | ||||||||
| Číslo CAS | 9024-06-0 | ||||||||
| Databáze | |||||||||
| IntEnz | IntEnz pohled | ||||||||
| BRENDA | Vstup BRENDA | ||||||||
| EXPASY | Pohled NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Vstup KEGG | ||||||||
| MetaCyc | metabolická cesta | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB struktur | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Genová ontologie | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Ala_racemase_N | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1,45 Á krystalová struktura alanin racemázy z patogenní bakterie, pseudomonas aeruginosa, obsahuje vnitřní i vnější formy aldiminu | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | Ala_racemase_N | ||||||||
| Pfam | PF01168 | ||||||||
| Pfam klan | CL0036 | ||||||||
| InterPro | IPR001608 | ||||||||
| STRÁNKA | PDOC00332 | ||||||||
| SCOP2 | 1 sft / Rozsah / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Ala_racemase_C | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | Ala_racemase_C | ||||||||
| Pfam | PF00842 | ||||||||
| InterPro | IPR011079 | ||||||||
| STRÁNKA | PDOC00332 | ||||||||
| SCOP2 | 1 sft / Rozsah / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
v enzymologie, an alanin racemáza (ES 5.1.1.1 ) je enzym že katalyzuje the chemická reakce
- L-alanin D-alanin
Tento enzym tedy jeden má Podklad, L-alanin a jeden produkt, D-alanin.
Tento enzym patří do rodiny izomerázy, konkrétně ty racemázy a epimerázy jednající na aminokyseliny a deriváty. The systematické jméno této třídy enzymů je alanin racemáza. Tento enzym se také nazývá L-alanin racemáza. Tento enzym se účastní alanin a aspartát metabolismus a D-alanin metabolismus. Zaměstnává jednoho kofaktor, pyridoxal fosfát. Nejméně dvě sloučeniny, 3-fluor-D-alanin a D-cykloserin je známo, že inhibovat tento enzym.
D-alanin produkovaný alanin racemázou se používá pro biosyntézu peptidoglykanu. Peptidoglykan se nachází v buněčných stěnách všech bakterií, včetně mnoha, které jsou pro člověka škodlivé. Enzym chybí u vyšších eukaryot, ale nachází se všude u prokaryot, což z alanin racemázy dělá skvělý cíl pro vývoj antimikrobiálních léčiv.[1] Alanin racemasu lze nalézt u některých bezobratlých.[2]
Bakterie mohou mít jeden (gen alr) nebo dva geny alanin racemázy. Bakteriální druhy se dvěma geny pro alanin racemázu mají jeden, který je trvale exprimován a druhý, který je indukovatelný, což ztěžuje cílení obou genů pro studium léků. Avšak knockoutové studie ukázaly, že bez exprese genu alr by bakterie potřebovaly k přežití externí zdroj D-alaninu. Proto je gen alr proveditelným cílem pro antimikrobiální léky.[1]
Strukturální studie
Aby se katalyzovala vzájemná přeměna D a L alaninu, musí alaninová racemáza umístit zbytky schopné výměny protonů na obou stranách alfa uhlíku alaninu. Strukturální studie komplexů enzym-inhibitor naznačují, že Tyrosin 265 a Lysin 39 jsou tyto zbytky. Alfa-proton L-enantiomeru je orientován na Tyr265 a alfa proton D-enantiomeru je orientován na Lys39 (obrázek 1).
Vzdálenost mezi zbytky enzymu a enantiomery je 3,5 A, respektive 3,6 A.[3] Strukturální studie komplexů enzymů se syntetickým analogem L-alaninu, inhibitorem těsné vazby [4] a propionát [5] dále ověřte, že Tyr265 a Lys39 jsou katalytické báze pro reakci.[4][6]
Komplexy PLP-L-Ala a PLP-D-Ala jsou téměř superimponovatelné.[3] Oblasti, které se nepřekrývají, jsou ramena spojená s pyridinovým kruhem PLP a alfa uhlíkem alaninu. Interakce mezi atomy fosforečnanu kyslíku a pyridinu na dusíku s 5'fosfopyridoxylovou oblastí PLP-Ala pravděpodobně vytváří pevnou vazbu na enzym.[3]
Struktura alanin racemázy z Bacillus stearothermophilus (Geobacillus stearothermophilus) byla stanovena pomocí Rentgenová krystalografie na rozlišení 1,9 A.[6] Alaninová racemáza monomer se skládá ze dvou domén, osmiřetězcové alfa / beta hlavně na N konci a C-koncové domény v podstatě složené z beta-řetězce. Model struktury dvou domén je uveden na obrázku 2. N-terminální doména se také nachází v PROSC (prolin syntetáza společně přepsán bakteriální homolog) rodina proteinů, o kterých není známo, že mají aktivitu alanin racemázy. The pyridoxal 5'-fosfát (PLP) kofaktor leží v ústí hlavně alfa / beta a nad ním a je kovalentně navázán aldiminovou vazbou na a lysin zbytek, který je na C konci prvního beta řetězce řetězce alfa / beta.
Navrhovaný mechanismus
Reakční mechanismy je obtížné plně dokázat experimentem. Tradiční mechanismus připisovaný reakci alanin racemázy je mechanismus dvou bazických mechanismů s meziproduktem karbaniontu stabilizovaným PLP. PLP se používá jako elektronová jímka ke stabilizaci záporného náboje vyplývajícího z deprotonace alfa uhlíku. Dva založené mechanismy upřednostňují reakční specificitu ve srovnání s jedním základním mechanismem. Druhý katalytický zbytek je předem umístěn tak, aby rychle vytvořil proton po vytvoření karbaniontového meziproduktu, a tak snižuje pravděpodobnost výskytu alternativních reakcí. S tímto tradičním mechanismem existují dva potenciální konflikty, jak je identifikovali Watanabe et al. Nejprve Arg219 vytvoří vodíkovou vazbu s pyridinovým dusíkem PLP.[6] Argininová skupina má pKa asi 12,6, a je proto nepravděpodobné, že bude protonovat pyridin. Normálně v reakcích PLP kyselý aminokyselinový zbytek, jako je skupina karboxylové kyseliny, s pKa asi 5, protonuje pyridinový kruh.[7] Protonace pyridinového dusíku umožňuje dusíku přijmout další negativní náboj. Proto je díky Arg219 méně pravděpodobné, že by vznikl meziprodukt karbaniontu stabilizovaný PLP. Dalším identifikovaným problémem byla potřeba dalšího bazického zbytku pro návrat Lys39 a Tyr265 zpět do jejich protonovaných a neprotonovaných forem pro L-alanin a naopak pro D-alanin. Watanabe a kol. nenalezli žádné aminokyselinové zbytky nebo molekuly vody, jiné než karboxylátová skupina PLP-Ala, dostatečně blízko (do 4,5 A) k protonaci nebo deprotonaci Lys nebo Tyr. To je znázorněno na obrázku 3.[3]
Na základě krystalových struktur N- (5’-fosfopyridoxyl) L-alaninu (PKP-L-Ala (a N- (5’-fosfopyridoxyl) D-alaninu (PLP-D-Ala)
Watanabe a kol. navrhl alternativní mechanismus v roce 2002, jak je vidět na obrázku 4. V tomto mechanismu se karboxylátové atomy kyslíku PLP-Ala přímo účastní katalýzy zprostředkováním přenosu protonů mezi Lys39 a Tyr265. Krystalizační struktura identifikovala, že karboxylátový kyslík PLP-L-Ala k OH Tyr265 byl pouze 3,6A a karboxylátový kyslík PLP-L-Ala k dusíku Lys39 byl pouze 3,5A. Proto byli oba dostatečně blízko, aby způsobili reakci.
Tento mechanismus je podporován mutacemi Arg219. Mutace měnící Arg219 na karboxylát vedou k detekci chinonoidního meziproduktu, zatímco žádný nebyl detekován s argininem.[8] Argininový meziprodukt má mnohem více volné energie, je nestabilnější než mutanty kyselých reziduí.[7] Destabilizace meziproduktu podporuje specifičnost reakce.[8][9]
Reference
- ^ A b Milligan Daniel L .; et al. (2007). „Alanin racemáza Mycobacterium smegmatis je nezbytná pro růst v nepřítomnosti D-alaninu“. Journal of Bacteriology. 189 (22): 8381–8386. doi:10.1128 / jb.01201-07. PMC 2168708. PMID 17827284.
- ^ Abe, H; Yoshikawa, N; Sarower, M. G .; Okada, S (2005). "Fyziologická funkce a metabolismus volného D-alaninu u vodních živočichů". Biologický a farmaceutický bulletin. 28 (9): 1571–7. doi:10,1248 / bpb.28.1571. PMID 16141518.
- ^ A b C d Watanabe, A., Yoshimura, T., Mikami, B., Hayashi, H., Kagamiyama, H., Esaki, N. (2002) Reaction Mechanism of alanine racemase from Bacillus stearothermophilus: rentgenové krystalografické studie vázané na enzym uvnitř - (5'-fosfopyridoxyl) alaninu Journal of Biological Chemistry 277, 19166-19172.
- ^ A b Stamper, G. F., Morollo, A. A. a Ringe, D. (1998) Biochemistry 37, 10438 - 10445
- ^ Morollo, A. A., Petsko, G. A. a Ringe, D. (1999) Biochemistry 38, 3293–3301
- ^ A b C Shaw, J. P., Petsko, G. A. a Ringe, D. (1997) Stanovení struktury alaninové racemázy z Bacillus stearothermophilus při 1,9-A Resolution Biochemistry 36, 1329–1342
- ^ A b Toney, Michael D. (2004) Reakční specificita v pyridoxal fosfátových enzymech, Archives of Biochemistry and Biophysics 433, 279-287.
- ^ A b Sun S., Toney, M.D. (1998) Důkazy pro dvousložkový mechanismus zahrnující tyrosin-265 z argininu-219 mutantů alanin Racemase Biochemistry 38, 4058-4065
- ^ Rubinstein, A., Major, D. T. (2010) Understanding Catalytic Specificity in alanin racemase from Quantum Mechanical Molecular Mechanical Simulation of the Arginine 210 Mutant Biochemistry 49, 3957-3963.
Další čtení
- MARR AG, WILSON PW (1954). „Alaninová racemáza Brucella abortus“. Oblouk. Biochem. Biophys. 49 (2): 424–33. doi:10.1016/0003-9861(54)90211-8. PMID 13159289.
- Wood WA (1955). "Aminokyselinové racemázy". Metody Enzymol. Metody v enzymologii. 2: 212–217. doi:10.1016 / S0076-6879 (55) 02189-7. ISBN 9780121818029.
- WOOD WA, GUNSALUS IC (1951). „Tvorba D-alaninu; racemáza u Streptococcus faecalis“. J. Biol. Chem. 190 (1): 403–16. PMID 14841188.
