Arginin dekarboxyláza - Arginine decarboxylase

arginin dekarboxyláza
Decamer.png
3D zobrazení pentameru arginin dekarboxylázy homodimerů
Identifikátory
EC číslo4.1.1.19
Číslo CAS9024-77-5
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Kyselinou indukovaná arginin dekarboxyláza (AdiA), také běžně označované jako arginin dekarboxyláza, je enzym zodpovědný za katalyzující přeměna L-arginin do agmatin a oxid uhličitý. Tento proces spotřebovává proton v dekarboxylaci a využívá a pyridoxal-5'-fosfát (PLP) kofaktor, podobně jako jiné enzymy podílející se na aminokyselina metabolismus, jako je ornithin dekarboxyláza a glutamin dekarboxyláza.[1] Nachází se v bakterie a virus, ačkoli se většina výzkumů dosud zaměřovala na formy enzymu v bakteriích. Během dekarboxylace argininu katalyzované AdiA se z buňky spotřebuje potřebný proton cytoplazma který pomáhá zabránit nadměrné akumulaci protonů uvnitř buňky a slouží ke zvýšení intracelulárního pH.[2] Arginin dekarboxyláza je součástí enzymatického systému v Escherichia coli (E-coli),[3] Salmonella Typhimurium,[4] a bakterie produkující metan Methanococcus jannaschii[5] díky čemuž jsou tyto organismy odolné vůči kyselinám a umožňují jim přežít ve vysoce kyselém prostředí.

Struktura

Arginin dekarboxyláza je a multimer proteinových podjednotek. Například forma tohoto enzymu v E-coli je ca. 800 kDa dekamer stejných podjednotky, a je složen jako a pentamer z dimery.[6] Každá podjednotka může být rozdělena do pěti domén: (1) amino-terminální křídlová doména, (2) linkerová doména, (3) doména vázající PLP, (4) aspartátaminotransferáza - (AspAT-) jako malá doména a (5) karboxy-terminál doména.[3] Malá doména podobná AspAT, doména vázající PLP a karboxy-terminál doména tvoří otevřenou miskovitou strukturu. Křídlová doména sahá od ostatních tří domén jako rukojeť mísy a spojovací doména spojuje tyto dvě části dohromady. Těchto pět domén se dohromady navzájem sdružuje Vodíkové vazby a elektrostatické interakce.[3]

Monomer arginin dekarboxylázy zobrazující: (A) doménu křídla (fialová); (B) doména linkeru (červená); (C) doména vázající PLP (oranžová); (D) Malá doména podobná AspAT (modrá); (E) karboxyterminální doména (zelená). Generováno z 2VYC.

v E-coli arginin dekarboxyláza homodimer má dvě aktivní místa, která jsou pohřbena asi 30 Å od povrchu dimeru. Aktivní místo, které se nachází v doméně vázající PLP, sestává z kofaktoru PLP navázaného na a lysin zbytek ve formě a Schiffova základna. The fosfát skupina PLP je udržována na místě prostřednictvím vodíkové vazby s alkoholovými postranními řetězci několika serin a threonin zbytky, jakož i prostřednictvím vodíkové vazby s imidazol boční řetězec a histidin zbytek. Protonovaný dusík na aromatickém kruhu PLP je vodíkovou vazbou na karboxylát na aspartátovém postranním řetězci.[3]

Klíčové zbytky, které interagují s PLP v aktivním místě. Generováno z 2VYC.

Mechanismus

Mechanismus vzniku arginin dekarboxylázy je obdobný jako u jiných deaminující a dekarboxylaci enzymů PLP při použití Schiffovy báze středně pokročilí.[7] Zpočátku je zbytek Lys386 přemístěn do a transaminace reakce substrátem L-argininu, vytvoření argininové Schiffovy báze s kofaktorem PLP.[8] Poté dochází k dekarboxylaci karboxylátové skupiny argininu, kde se předpokládá, že přerušená vazba C-C je kolmá na PLP pyridin prsten.[9] Pyridinová dusíková skupina působí jako výběr elektronů skupina, která usnadňuje rozbití vazby C-C. Protonace aminokyseliny vede k tvorbě nové Schiffovy báze, která následně prochází transaminační reakcí lysinovým zbytkem arginin dekarboxylázy, regenerací katalyticky aktivní PLP a uvolněním agmantine jako produkt. Ačkoli se předpokládá, že protonovaný histidinový zbytek zahrnuje v protonačním kroku jako zdroj protonu,[10] identita zbytku darujícího proton v arginin dekarboxyláze musí být ještě potvrzena.

Mechanismus arginin dekarboxylázy (AdiA)

Funkce

Arginin dekarboxyláza je jednou z hlavních složek odolnost vůči kyselinám závislá na argininu (AR3)[11] to umožňuje E-coli přežít dostatečně dlouho ve vysoce kyselém prostředí žaludku, aby prošel skrz zažívací trakt a infikovat člověka hostitel. Enzym spotřebovává cytoplazmatický proton v dekarboxylační reakci a brání tomu, aby se pH buňky stalo příliš kyselým. Aktivita enzymu závisí na okolním pH. Při více základních úrovních buněčného pH existuje enzym v neaktivní formě homodimeru, jako elektrostatické odpuzování mezi záporně nabitými kyselinami zbytky v doménách křídla zabraňují homodimerům v shromažďování do katalyticky aktivního dekameru. Jakmile se buněčné prostředí stane kyselějším, stanou se tyto zbytky protonací neutrálně nabité. S menším elektrostatickým odporem mezi homodimery se nechá enzym shromáždit jako katalyticky aktivní dekamer.[12] Tuto konkrétní strategii sestavování používá E-coli arginin dekarboxyláza je také běžně používána jinými acidofilní organismy vyrovnat se s podmínkami kyselého růstu.[13] Celkově je aktivita kyselé rezistence arginin dekarboxylázy dvojnásobná. Zbytky povrchového proteinu homodimeru spotřebovávají protony, což vede k tvorbě aktivních dekamerů, které dále zvyšují spotřebu protonů dekarboxylační reakcí. Arginin dekarboxyláza pracuje v tandemu s antiportery arginin dekarboxylázy (AdiC), další složka AR3, která vyměňuje extracelulární argininový substrát za intracelulární vedlejší produkt dekarboxylace.[14][15]

Reference

  1. ^ Paiardini A, Contestabile R, Buckle AM, Cellini B (2014). "PLP závislé enzymy". BioMed Research International. 2014: 856076. doi:10.1155/2014/856076. PMC  3914556. PMID  24527459.
  2. ^ Boeker EA, Snell EE (leden 1971). „[225] dekarboxyláza argininu (Escherichia coli B) ". Metody v enzymologii. 17: 657–662. doi:10.1016/0076-6879(71)17114-5. ISBN  9780121818777.
  3. ^ A b C d Andréll J, Hicks MG, Palmer T, Carpenter EP, Iwata S, Maher MJ (květen 2009). "Krystalová struktura arginin dekarboxylázy vyvolané kyselinou z Escherichia coli: reverzibilní sestava dekameru řídí aktivitu enzymu ". Biochemie. 48 (18): 3915–27. doi:10.1021 / bi900075d. PMID  19298070.
  4. ^ Deka G, Bharath SR, Savithri HS, Murthy MR (září 2017). „Strukturální studie na dekameriku S. Typhimurium arginin dekarboxyláza (ADC): Vazba pyridoxal 5'-fosfátu vyvolává konformační změny ". Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 490 (4): 1362–1368. doi:10.1016 / j.bbrc.2017.07.032. PMID  28694189.
  5. ^ PDB: 1MT1​; Tolbert WD, Graham DE, White RH, Ealick SE (březen 2003). „Pyruvoyl-dependentní arginin dekarboxyláza z Methanococcus jannaschii: krystalová struktura samoštěpných a proenzymových forem S53A“. Struktura. 11 (3): 285–94. doi:10.1016 / S0969-2126 (03) 00026-1. PMID  12623016.
  6. ^ Boeker EA, Snell EE (duben 1968). „Arginin dekarboxyláza z Escherichia coli. II. Disociace a reasociace podjednotek ". The Journal of Biological Chemistry. 243 (8): 1678–84. PMID  4870600.
  7. ^ Eliot AC, Kirsch JF (2004). "Pyridoxal fosfátové enzymy: mechanistické, strukturální a evoluční úvahy". Roční přehled biochemie. 73: 383–415. doi:10.1146 / annurev.biochem.73.011303.074021. PMID  15189147.
  8. ^ John RA (duben 1995). "Enzymy závislé na pyridoxal fosfátu". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - proteinová struktura a molekulární enzymologie. 1248 (2): 81–96. doi:10.1016 / 0167-4838 (95) 00025-p. PMID  7748903.
  9. ^ Toney MD (leden 2005). "Specifičnost reakce v pyridoxal fosfátových enzymech". Archivy biochemie a biofyziky. 433 (1): 279–87. doi:10.1016 / j.abb.2004.09.037. PMID  15581583.
  10. ^ Akhtar M, Stevenson DE, Gani D (srpen 1990). „Fern L-methionin dekarboxyláza: kinetika a mechanismus dekarboxylace a neúspěšné transaminace“. Biochemie. 29 (33): 7648–60. doi:10.1021 / bi00485a014. PMID  2271524.
  11. ^ Lin J, Smith MP, Chapin KC, Baik HS, Bennett GN, Foster JW (září 1996). "Mechanismy kyselinové rezistence u enterohemoragické Escherichia coli". Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 62 (9): 3094–100. doi:10.1128 / AEM.62.9.3094-3100.1996. PMC  168100. PMID  8795195.
  12. ^ Nowak S, Boeker EA (březen 1981). "Indukovatelná arginin dekarboxyláza z Escherichia coli B: aktivita dimeru a dekameru ". Archivy biochemie a biofyziky. 207 (1): 110–6. doi:10.1016/0003-9861(81)90015-1. PMID  7016035.
  13. ^ Richard H, Foster JW (září 2004). "Escherichia coli systémy odolné vůči kyselinám závislé na glutamátu a argininu zvyšují vnitřní pH a reverzní transmembránový potenciál ". Journal of Bacteriology. 186 (18): 6032–41. doi:10.1128 / jb.186.18.6032-6041.2004. PMC  515135. PMID  15342572.
  14. ^ Gong S, Richard H, Foster JW (srpen 2003). „YjdE (AdiC) je arginin: agmatinový antiporter nezbytný pro odolnost vůči kyselinám závislou na argininu v Escherichia coli". Journal of Bacteriology. 185 (15): 4402–9. doi:10.1128 / jb.185.15.4402-4409.2003. PMC  165756. PMID  12867448.
  15. ^ Iyer R, Williams C, Miller C (listopad 2003). "Arginin-agmatinový antiporter v extrémní kyselé rezistenci v Escherichia coli". Journal of Bacteriology. 185 (22): 6556–61. doi:10.1128 / jb.185.22.6556-6561.2003. PMC  262112. PMID  14594828.