Syntáza kyseliny aminolevulové - Aminolevulinic acid synthase

5-aminolevulinát syntáza
2bwo.jpg
Dimer syntázy kyseliny aminolevulové, Rhodobacter capsulatus
Identifikátory
EC číslo2.3.1.37
Číslo CAS9037-14-3
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum

Syntáza kyseliny aminolevulové (ALA syntáza, BĚDAnebo syntáza kyseliny delta-aminolevulinové) je enzym (ES 2.3.1.37 ), který katalyzuje syntézu kyselina 8-aminolevulinová (ALA), první společný předchůdce biosyntézy všech tetrapyrroly jako jsou hemes, kobalaminy a chlorofyly.[1] Reakce je následující:

sukcinyl-CoA + glycin kyselina 8-aminolevulinová + CoA + CO2

Tento enzym je exprimován ve všech rostlinných eukaryotech a třídě α proteobakterií a reakce, kterou katalyzuje, se někdy označuje jako Sheminova cesta pro tvorbu ALA.[2] Jiné organismy produkují ALA cestou tří enzymů známou jako dráha C5. ALA se syntetizuje kondenzací glycin a sukcinyl-CoA. U lidí je transkripce ALA syntázy přísně kontrolována přítomností Fe2+ - vazebné prvky, aby se zabránilo hromadění porfyrinových meziproduktů v nepřítomnosti železa. V těle existují dvě formy ALA syntázy. Jedna forma je exprimována v prekurzorových buňkách červených krvinek (ALAS2 ), zatímco ostatní (ALAS1 ) je všudypřítomně vyjádřen v celém těle. Forma červených krvinek je kódována genem na chromozomu x, zatímco druhá forma je kódována genem na chromozomu 3.

Nemoc souvisí s X. sideroblastická anémie je způsoben mutacemi v genu ALA syntázy na chromozomu X, zatímco není známo, že by onemocnění bylo způsobeno mutacemi v jiném genu. Ukázalo se, že v poslední době bylo prokázáno, že zvýšení funkčních mutací v erytroidně specifickém genu ALA syntázy způsobuje dříve neznámou formu porfyrie známou jako X-vázaná dominantní protoporfyrie.

Struktura a vlastnosti enzymu

Enzymy závislé na PLP převládají, protože jsou potřebné k transformaci aminokyselin na jiné zdroje.[1] ALAS je homodimer s podobně velkými podjednotkami a aktivní místa skládající se z postranních řetězců aminokyselin, jako je arginin, threonin a lysin, existují na rozhraní subunity.[1] Protein extrahovaný z R. sféroidů obsahuje 1600krát a váží asi 80 000 daltonů.[3] Enzymatická aktivita se u různých zdrojů enzymu liší.[3]

Reakční mechanismus

Aktivní místa ALAS využívají tři klíčové aminokyselinové postranní řetězce: Arg-85 a Thr-430 a Lys-313. Ačkoli byly identifikovány tyto tři aminokyseliny, které umožňují tuto reakci pokračovat, byly by neaktivní bez přidání kofaktoru pyridoxal 5’-fosfátu (PLP), jehož role v této syntéze je podrobně uvedena na obrázku níže. Než může reakce začít, váže se kofaktor PLP na postranní řetězec lysinu za vzniku Schiffovy báze, která podporuje útok glycinovým substrátem.[4][5][6][7] Lysin působí během tohoto mechanismu jako obecná báze.[1][8] V podrobném reakčním mechanismu pocházejí přidané atomy hydronia z různých zbytků, které nabízejí vodíkové vazby k usnadnění syntézy ALA.[1]ALA syntáza odstraní karboxyl skupina z glycinu a CoA ze sukcinyl-CoA prostřednictvím své protetické skupiny pyridoxal fosfát (derivát vitaminu b6), tvořící kyselinu δ-aminolevulinovou (dALA), tzv. protože amino skupina je na čtvrtém atomu uhlíku v molekule. Tento reakční mechanismus je zvláště jedinečný ve srovnání s jinými enzymy, které používají kofaktor PLP, protože glycin je zpočátku deprotonován vysoce konzervovaným aktivním lysinem, což vede ke kondenzaci se sukcinyl-CoA a ztrátě CoA. Protonace karbonylové skupiny meziproduktu aktivním místem histidinu vede ke ztrátě karboxylové skupiny. Poslední meziprodukt je nakonec reprotonován k produkci ALA. Disociace ALA z enzymu je krok omezující rychlost enzymatické reakce a bylo prokázáno, že závisí na pomalé konformační změně enzymu. Funkce pyridoxal fosfát je usnadnit odstranění vodíku využitím elektrofilní pyridinium prsten jako jímka elektronů.

ALAS Reaction Mechanism Image.jpg

Umístění tohoto enzymu v biologických systémech svědčí o zpětné vazbě, kterou může obdržet. ALA syntáza byla nalezena v bakteriích, kvasinkách, ptačích a savčích játrech a krevních buňkách a kostní dřeni. Umístění tohoto enzymu ve zvířecích buňkách je v mitochondriích.[3] Jelikož se zdá, že se enzym nachází poblíž zdroje sukcinyl-CoA a konec hemové dráhy naznačuje, že výchozí a koncový bod biosyntézy hemu slouží jako zpětná vazba pro ALA syntázu.[3] ALA syntáza je také inhibována hemin a glukóza.[9]

Syntéza hemu

Biologická funkce

ALAS1 a ALAS2 katalyzují první krok v procesu syntézy hemu. Je to první nevratný krok a také omezuje rychlost. To znamená, že začátek tvorby lemů je velmi úmyslný a podléhá různým oblastem zpětné vazby. Například dva substráty, oxaloacetát a glycin, jsou vysoce produkovány a využívány v dalších základních biologických procesech, jako je glykolýza a TCA cyklus. Obrázek níže ilustruje cestu syntézy hemu a roli, kterou hraje ALAS.

Syntéza hemu - všimněte si, že některé reakce probíhají v cytoplazma a někteří v mitochondrie (žlutá)

Relevance nemoci

Nedostatek syntázy aminolevulinové kyseliny má za následek nedostatečnou schopnost vytvářet hem, protože jeho úkolem je katalyzovat první krok procesu. Tyto nedostatky jsou často výsledkem genetické mutace, která může vést k řadě nemocí. Jedním z takových onemocnění je x-vázaná sideroblastická anémie, která vede k výskytu červených krvinek v kostní dřeni.[10] Toto onemocnění je spojeno konkrétně s mutacemi v genech, které kódují ALAS2.[10]

Reference

  1. ^ A b C d E Hunter, Gregory A .; Ferreira, Gloria C. (listopad 2011). „Molekulární enzymologie 5-aminolevulinát syntázy, strážce biosyntézy hemu“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - bílkoviny a proteomika. 1814 (11): 1467–1473. doi:10.1016 / j.bbapap.2010.12.015. PMC  3090494. PMID  21215825.
  2. ^ Shemin, David; Rittenberg, D (18. června 1945). "Využití glycinu pro syntézu porfyrinu". Journal of Biological Chemistry. 159: 567–568.
  3. ^ A b C d Beale, S I (červen 1978). „Kyselina δ-aminolevulinová v rostlinách: její biosyntéza, regulace a role ve vývoji plastidů“. Roční přehled fyziologie rostlin. 29 (1): 95–120. doi:10.1146 / annurev.pp.29.060178.000523.
  4. ^ „ALA syntáza“. flipper e nuvola. Turínská univerzita. Citováno 10. března 2016.
  5. ^ Shoolingin-Jordan, Peter M .; Al-Daihan, Sooad; Alexejev, Dmitrij; Baxter, Robert L .; Bottomley, Sylvia S .; Kahari, I.Donald; Roy, Ipsita; Sarwar, Muhammad; Sawyer, Lindsay; Wang, Shu-Fen (duben 2003). "Syntáza kyseliny 5-aminolevulové: mechanismus, mutace a medicína". Biochim Biophys Acta. 1647 (1–2): 361–6. doi:10.1016 / s1570-9639 (03) 00095-5. PMID  12686158.
  6. ^ CHOI, H (červenec 2004). „Klonování, exprese a charakterizace syntázy kyseliny 5-aminolevulinové z Rhodopseudomonas palustris KUGB306“. Mikrobiologické dopisy FEMS. 236 (2): 175–181. doi:10.1016 / j.femsle.2004.05.048. PMID  15251194.
  7. ^ Ferreira, Gloria C .; Neame, Peter J .; Dailey, Harry A. (listopad 1993). „Hémová biosyntéza v savčích systémech: Důkazy o schiffové vazbě báze mezi pyridoxal 5'-fosfátovým kofaktorem a lysinovým zbytkem v 5-aminolevulinát syntáze“. Věda o bílkovinách. 2 (11): 1959–1965. doi:10.1002 / pro.5560021117. PMC  2142290. PMID  8268805.
  8. ^ Hunter, Gregory A .; Ferreira, Gloria C. (březen 1999). „Lysin-313 z 5-aminolevulinátsyntázy působí jako obecná báze během tvorby meziproduktů chinonoidní reakce“. Biochemie. 38 (12): 3711–3718. doi:10.1021 / bi982390w. PMID  10090759.
  9. ^ Doss M, Sixel-Dietrich F, Verspohl F (1985). ""Účinek glukózy „a rychlost omezující funkce uroporfyrinogen syntázy na metabolismus porfyrinu v kultuře hepatocytů: vztah s lidskými akutními jaterními porfyriemi“ (PDF). J Clin Chem Clin Biochem. 23 (9): 505–13. doi:10,1515 / cclm.1985.23.9.505. PMID  4067519.
  10. ^ A b Ajioka, Richard S .; Phillips, John D .; Kushner, James P. (Červenec 2006). "Biosyntéza hemu u savců". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - výzkum molekulárních buněk. 1763 (7): 723–736. doi:10.1016 / j.bbamcr.2006.05.005. PMID  16839620.

externí odkazy

  • NIH
  • Abu-Farha M, Niles J, Willmore W (2005). „Erythroid-specifický 5-aminolevulinát syntázový protein je stabilizován nízkou kyslíkovou a proteazomální inhibicí“. Biochem Cell Biol. 83 (5): 620–30. doi:10.1139 / o05-045. PMID  16234850.
  • Shemin, D; Rittenberg, D (1945). „Využití glycinu pro syntézu porfyrinu“. J. Biol. Chem. 159: 567–8.
  • Nemoc defektu SIDEROBLASTICKÉ ANEMIAS -ALAS-2