Aspartoacyláza - Aspartoacylase
| Aspartoacyláza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura dimeru aspartoacylázy. Generováno z 2I3C.[5] | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| EC číslo | 3.5.1.15 | ||||||||
| Databáze | |||||||||
| IntEnz | IntEnz pohled | ||||||||
| BRENDA | Vstup BRENDA | ||||||||
| EXPASY | Pohled NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Vstup KEGG | ||||||||
| MetaCyc | metabolická cesta | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB struktur | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
Aspartoacyláza je hydroláza enzym (ES 3.5.1.15, aminoacyláza II, N-acetylaspartát amidohydroláza, acetyl-asparagová deamináza, acyláza II, LÁZNĚ), který je u lidí kódován LÁZNĚ gen. ASPA je odpovědná za katalyzující deacylace N-acetyl-l-aspartát (N-acetylaspartate ') do aspartát a acetát.[6][7] Jedná se o hydrolázu závislou na zinku, která podporuje deprotonaci vody k použití jako a nukleofil v mechanismu analogickém s mnoha jinými hydrolázami závislými na zinku.[8] Nejběžněji se vyskytuje v mozek, kde reguluje hladiny N-aktetyl-l-aspartátu. Mutace které vedou ke ztrátě aktivity aspartoacylázy Canavanova choroba, vzácný autosomálně recesivní neurodegenerativní porucha.[9]
Struktura
Aspartoacylasa je a dimer dvou identických monomery z 313 aminokyseliny a v každém používá zinkový kofaktor.[5][10] V každém monomeru jsou dvě odlišné domény: N-koncová doména ze zbytků 1 212 a C-koncová doména ze zbytků 213–313.[11] N-koncová doména aspartoacylázy je podobná doméně hydrolasy závislé na zinku, jako je karboxypeptidáza A.. Karboxypeptidázy však nemají něco podobného jako C-doména. V karboxypeptidáze A se Aktivní stránky je přístupný velkým substráty jako objemný C-koncový zbytek z polypeptidy, zatímco C-doména stéricky brání přístup na aktivní stránku v aspartoacylase. Místo toho tvoří N-doména a C-doména aspartoacylázy hluboký úzký kanál, který vede k aktivnímu místu.[5]
Zinkový kofaktor se nachází v aktivním místě a je držen Glu-24, His-21 a His 116.[12] Substrát je držen na místě pomocí Arg-63, Asn-70, Arg-71, Tyr-164, Arg-168 a Tyr-288.[5] Kofaktor zinku se používá ke snížení pKa a ligován vody, aby mohlo dojít k útoku na N-acetyl-L-aspartát a ke stabilizaci výsledného čtyřboký meziprodukt spolu s Arg-63 a Glu-178.[12]
Mechanismus
Existují dva typy možných mechanismů pro hydrolasy závislé na zinku v závislosti na tom, co je nukleofil. První používá deprotonovanou vodu a druhý útočí pomocí aspartát nebo glutamát nejprve tvoří anhydrid.[13] Aspartoacyláza sleduje mechanismus deprotonované vody.[12] Zinek snižuje pKa ligované molekuly vody a reakce probíhá útokem na N-acetyl-l-aspartát, když je molekula vody deprotonována Glu-178.[5] To vede k čtyřboký meziprodukt který je stabilizován zinkem, Arg-63 a Glu-178.[12] Nakonec karbonyl potom se reformuje, vazba s dusíkem se rozbije a dusík se protonuje protonem odebraným Glu-178, to vše v jednom společném kroku.[13]
Biologická funkce
Aspartoacyláza se používá k metabolizaci N-acetyl-L-aspartátu katalyzací jeho deacylace. Aspartoacyláza zabraňuje hromadění N-acetyl-L-aspartátu v mozku. Předpokládá se, že kontrola hladin N-acetyl-L-aspartátu je nezbytná pro vývoj a udržování bílá hmota.[5] Není známo, proč se v mozku produkuje tolik N-acetyl-L-aspartátu, ani to, co je jeho primární funkcí.[14] Jednou z hypotéz však je, že se potenciálně používá jako chemický rezervoár, do kterého lze čerpat acetát acetyl-CoA syntéza nebo aspartát pro glutamát syntéza.[14][15] Tímto způsobem lze k jejich transportu použít N-acetyl-L-aspartát předchůdce k jejich uvolňování se používají molekuly a aspartoacyláza. Například N-acetyl-L-aspartát vyrobený v neurony lze přepravovat do oligodendrocyty a uvolněný acetát lze použít pro myelin syntéza.[11][16] Další hypotézou je, že N-acetyl-L-aspartát je nezbytný osmolyt který funguje jako molekulární vodní čerpadlo, které pomáhá udržovat správnou rovnováhu tekutin v mozku.[17]
Relevance nemoci
Mutace které vedly ke ztrátě aktivity aspartoacylázy byly identifikovány jako příčina Canavanova choroba.[18] Canavanova choroba je vzácná autosomálně recesivní porucha, která způsobuje houbovitou degeneraci bílé hmoty v mozku a těžkou psychomotorickou retardaci, obvykle vedoucí k smrti v mladém věku.[11][19] Ztráta aktivity aspartoacylázy vede k hromadění N-acetyl-L-aspartátu v mozku a ke zvýšení koncentrace moči až o 60násobek normálních hladin.[18] Ačkoli přesný mechanismus, jak ztráta aktivity aspartoacylázy vede k Canavanově chorobě, není zcela objasněn, existují dvě hlavní konkurenční vysvětlení. První spočívá v tom, že vede k defektní syntéze myelinu v důsledku deficitu acetyl-CoA odvozeného z acetátového produktu.[19] Dalším vysvětlením je, že zvýšené hladiny N-acetyl-l-aspartátu interferují s jeho normálním mozkem osmoregulační mechanismus vedoucí k osmotické nerovnováze.[20]
Existuje více než 70 hlášených mutací tohoto enzymu, ale nejběžnější jsou aminokyselinové substituce E285A a A305E.[11] E285A snižuje aktivitu aspartoacylázy až na 0,3% její normální funkce a nachází se v 98% případů s Ashkenazi židovský původ.[21] Mutace A305E se vyskytuje asi u 40% nežidovských pacientů a snižuje aktivitu na asi 10%.[21] Z těchto dvou mutací byla převzata krystalová struktura mutantu E285A, což ukazuje, že ztráta vodíkové vazby z glutamátu vede k a konformační změna, která narušuje aktivní místo a mění vazbu substrátu, což vede k mnohem nižší katalytické aktivitě.[11]
Reference
- ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000108381 - Ensembl, Květen 2017
- ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000020774 - Ensembl, Květen 2017
- ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
- ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
- ^ A b C d E F G h Bitto E, Bingman CA, Wesenberg GE, McCoy JG, Phillips GN (leden 2007). "Struktura aspartoacylázy, mozkového enzymu narušeného u Canavanovy choroby". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (2): 456–61. doi:10.1073 / pnas.0607817104. PMC 1766406. PMID 17194761.
- ^ Birnbaum SM (1955). Aminoacyláza. Aminokyselinové aminoacylázy I a II z prasečí ledviny. Metody Enzymol. Metody v enzymologii. 2. str. 115–119. doi:10.1016 / S0076-6879 (55) 02176-9. ISBN 9780121818029.
- ^ Birnbaum SM, Levintow L, Kingsley RB, Greenstein JP (leden 1952). "Specifičnost aminokyselin acyláz". The Journal of Biological Chemistry. 194 (1): 455–70. PMID 14927637.
- ^ Le Coq J, An HJ, Lebrilla C, Viola RE (květen 2006). „Charakterizace lidské aspartoacylázy: mozkový enzym odpovědný za Canavanovu chorobu“. Biochemie. 45 (18): 5878–84. doi:10.1021 / bi052608w. PMC 2566822. PMID 16669630.
- ^ Hershfield JR, Pattabiraman N, Madhavarao CN, Namboodiri MA (květen 2007). „Mutační analýza aspartoacylázy: důsledky pro Canavanovu chorobu“. Výzkum mozku. 1148: 1–14. doi:10.1016 / j.brainres.2007.02.069. PMC 1933483. PMID 17391648.
- ^ Herga S, Berrin JG, Perrier J, Puigserver A, Giardina T (říjen 2006). "Identifikace ligandů vázajících zinek a katalytického zbytku v lidské aspartoacyláze, enzymu podílejícím se na Canavanově nemoci". FEBS Dopisy. 580 (25): 5899–904. doi:10.1016 / j.febslet.2006.09.056. PMID 17027983. S2CID 41351955.
- ^ A b C d E F Wijayasinghe YS, Pavlovsky AG, Viola RE (srpen 2014). „Katalytický nedostatek aspartoacylázy jako příčina Canavanovy choroby: strukturální perspektiva“. Biochemie. 53 (30): 4970–8. doi:10.1021 / bi500719k. PMID 25003821.
- ^ A b C d E F Le Coq J, Pavlovsky A, Malik R, Sanishvili R, Xu C, Viola RE (březen 2008). "Zkoumání mechanismu lidské mozkové aspartoacylázy prostřednictvím vazby meziproduktového analogu". Biochemie. 47 (11): 3484–92. doi:10.1021 / bi702400x. PMC 2666850. PMID 18293939.
- ^ A b Zhang C, Liu X, Xue Y (leden 2012). „Obecný mechanismus reakce kyselina - obecná báze pro aspartoacylázu lidského mozku: studie QM / MM“. Výpočetní a teoretická chemie. 980: 85–91. doi:10.1016 / j.comptc.2011.11.023.
- ^ A b Moffett JR, Arun P, Ariyannur PS, Namboodiri AM (prosinec 2013). „Snížení N-acetylaspartátu v poškození mozku: dopad na neuroenergetiku po poranění, syntézu lipidů a acetylaci bílkovin“. Hranice v neuroenergetice. 5: 11. doi:10,3389 / fnene.2013.00011. PMC 3872778. PMID 24421768.
- ^ Hershfield JR, Madhavarao CN, Moffett JR, Benjamins JA, Garbern JY, Namboodiri A (říjen 2006). „Aspartoacyláza je regulovaný nukleárně-cytoplazmatický enzym“. FASEB Journal. 20 (12): 2139–41. doi:10.1096 / fj.05-5358fje. PMID 16935940. S2CID 36296718.
- ^ Chakraborty G, Mekala P, Yahya D, Wu G, Ledeen RW (srpen 2001). „Intraneuronální N-acetylaspartát dodává acetylové skupiny pro syntézu myelinových lipidů: důkaz aspartoacylázy spojené s myelinem“. Journal of Neurochemistry. 78 (4): 736–45. doi:10.1046 / j.1471-4159.2001.00456.x. PMID 11520894. S2CID 23338456.
- ^ Baslow MH (duben 2002). „Důkazy podporující roli N-acetyl-L-aspartátu jako molekulární vodní pumpy v myelinovaných neuronech v centrální nervové soustavě. Analytický přehled“. Neurochemistry International. 40 (4): 295–300. doi:10.1016 / s0197-0186 (01) 00095-x. PMID 11792458. S2CID 34902757.
- ^ A b Moore RA, Le Coq J, Faehnle CR, Viola RE (květen 2003). "Čištění a předběžná charakterizace aspartoacylázy mozku". Archivy biochemie a biofyziky. 413 (1): 1–8. CiteSeerX 10.1.1.600.6321. doi:10.1016 / s0003-9861 (03) 00055-9. PMID 12706335.
- ^ A b Namboodiri AM, Peethambaran A, Mathew R, Sambhu PA, Hershfield J, Moffett JR, Madhavarao CN (červen 2006). „Canavanova choroba a role N-acetylaspartátu při syntéze myelinu“. Molekulární a buněčná endokrinologie. 252 (1–2): 216–23. doi:10.1016 / j.mce.2006.03.016. PMID 16647192. S2CID 12255670.
- ^ Baslow MH, Guilfoyle DN (duben 2013). „Canavanova choroba, vzácná lidská spongiformní leukodystrofie s časným nástupem: pohledy do její geneze a možné klinické intervence“. Biochimie. 95 (4): 946–56. doi:10.1016 / j.biochi.2012.10.023. PMID 23151389.
- ^ A b Zano S, Wijayasinghe YS, Malik R, Smith J, Viola RE (leden 2013). "Vztah mezi vlastnostmi enzymu a progresí nemoci u Canavanovy choroby". Journal of Inherited Metabolic Disease. 36 (1): 1–6. doi:10.1007 / s10545-012-9520-z. PMID 22850825. S2CID 34211521.
externí odkazy
- aspartoacyláza v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)
- Přehled všech strukturálních informací dostupných v PDB pro UniProt: P45381 (Aspartoacylasa) na PDBe-KB.
