D-octopine dehydrogenáza - D-octopine dehydrogenase - Wikipedia

D-octopine dehydrogenáza
Identifikátory
EC číslo1.5.1.11
Číslo CAS37256-27-2
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Octopine dehydrogenase (N2- (D-l-karboxyethyl) -L-arginin: NAD + oxidoreduktáza, OcDH, ODH) je dehydrogenáza enzym v rodině opine dehydrogenázy, který pomáhá udržovat redoxní rovnováhu za anaerobních podmínek. Vyskytuje se převážně u vodních bezobratlých, zejména u měkkýšů, sipunculidů a coelenterátů,[1] a hraje roli obdobně jako laktátdehydrogenáza (vyskytuje se převážně u obratlovců)[2]. V přítomnosti NADH OcDH katalyzuje redukční kondenzaci α-ketokyseliny s aminokyselina za vzniku N-karboxyalkyl-aminokyselin (opiny ).[1] Účelem této reakce je reoxidace vytvořeného glykolyticky NADH do NAD +, doplnění tohoto důležitého redukční činidlo použito v glykolýza a umožnění pokračující produkce ATP v nepřítomnosti kyslíku.[3][4]

L-arginin + pyruvát + NADH + H+ D-oktopin + NAD+ + H2Ó

Struktura

OcDH je monomer s molekulovou hmotností 38 kD[5] ze dvou funkčně odlišných podjednotek. První, Doména I, je složena ze 199 aminokyselin a obsahuje a Rossmann fold.[6] Doména II se skládá z 204 aminokyselin a je spojena s Rossmannovým záhybem domény I prostřednictvím svého N-konce.[7]

Mechanismus

Izotermická titrační kalorimetrie (ITR),[3] nukleární magnetická rezonance (NMR)[8]krystalografie,[6][8] a klonální studie[1][6] OcDH a jeho substrátů vedly k identifikaci mechanismu enzymové reakce. Nejprve Rossmannův fold v doméně I OcDH váže NADH.[6] Vazba NADH na Rossmann fold spouští malé konformační změny typické pro vazbu NADH na většinu dehydrogenáz[9] což má za následek interakci mezi pyrofosfát skupina NADH se zbytkem Arg324 v doméně II. Tato interakce s Arg324 generuje a stabilizuje vazebné místo pro L-arginin[8] a spouští částečné uzavření domény (zmenšení vzdálenosti mezi dvěma doménami).[6] Vazba guanidiniové hlavní skupiny L-argininu na aktivní místo komplexu OcDH: NADH (umístěné mezi doménami) indukuje rotační pohyb domény II směrem k doméně I (prostřednictvím struktury helix-kink-helix v doméně II).[8] Tato konformační změna tvoří vazebné místo pro pyruvát. Vazba pyruvátu na OcDH: NADH: komplex L-arginin umístí alfa-ketoskupinu pyruvátu do blízkosti alfa-aminoskupiny L-argininu. Juxtapozice těchto skupin na substráty vede k vytvoření a Schiffova základna který se následně redukuje na D-oktopin.[6] Aktivace pyruvátového místa pro přenos hydridů přes Schiffovu bázi prostřednictvím postupné vazby NADH a L-argininu na OcDH brání redukci pyruvátu na laktát.[8]

Specifičnost podkladu

Octopine dehydrogenáza má alespoň dvě strukturní charakteristiky, které přispívají ke specificitě substrátu. Po navázání na NADH působí aminokyselinové zbytky lemující obě strany aktivního místa v prostoru mezi doménami OcDH jako „molekulární vládce“, což fyzicky omezuje velikost substrátů, které se do aktivního místa vejdou.[6] V rozštěpu mezi dvěma doménami je také záporně nabitá kapsa, která působí jako „elektrostatický výlev“, který zachycuje kladně nabitý postranní řetězec L-argininu.[6]

Vývoj

Zkoumání reakčních rychlostí OcDH z různých organismů v přítomnosti různých substrátů prokázalo trend zvyšování specificity substrátů u zvířat se zvyšující se složitostí.[10] Evoluční modifikace v substrátové specificitě je nejvíce patrná v aminokyselinovém substrátu. Ukázalo se, že OcDH z některých mořských sasanek dokáže používat neguanidino aminokyseliny, zatímco OcDH tvoří složitější bezobratlé, jako jsou sépie, může používat pouze L-arginin (guanidino aminokyselina).[10]

Reference

  1. ^ A b C Müller A, Janssen F, Grieshaber MK (2007). „Domnělý reakční mechanismus heterologně exprimované octopine dehydrogenázy z hřebenatky velké, Pecten maximus (L)“. FEBS Journal. 274 (24): 6329–6339. doi:10.1111 / j.1742-4658.2007.06151.x. PMID  18028427.
  2. ^ Philipp EE, Wessels W, Gruber H, Strahl J, Wagner AE, Ernst IM, Rimbach G, Kraemer L, Schreiber S, Abele D, Rosenstiel P (2012). „Genová exprese a fyziologické změny různých populací dlouhotrvající mlžů Arctica islandica za podmínek s nízkým obsahem kyslíku“. PLOS ONE. 7 (9): e44621. doi:10.1371 / journal.pone.0044621. PMC  3446923. PMID  23028566.
  3. ^ A b van Os N, Smits SH, Schmitt L, Grieshaber MK (2012). "Kontrola tvorby D-oktopinu ve svalovém hřebenu hřebenatky, jak vyplývá z termodynamických studií octopine dehydrogenázy". Journal of Experimental Biology. 215 (9): 1515–1522. doi:10.1242 / jeb.069344. PMID  22496288.
  4. ^ Strahl J, Dringen R, Schmidt MM, Hardenberg S, Abele D (2011). "Metabolické a fyziologické reakce v tkáních dlouhověké mlže Arctica islandica na nedostatek kyslíku". Srovnávací biochemie a fyziologie A. 158 (4): 513–519. doi:10.1016 / j.cbpa.2010.12.015. PMID  21184842.
  5. ^ Schrimsher JL, Taylor KB (1984). „Octopine dehydrogenase from Pecten maximus: steady-state mechanism“. Biochemie. 23 (7): 1348–53. doi:10.1021 / bi00302a002. PMID  6722094.
  6. ^ A b C d E F G h Smits SH, Mueller A, Schmitt L, Grieshaber MK (2008). "Strukturální základ pro selektivitu substrátu a stereoselektivitu v octopine dehydrogenáze z Pecten maximus". Journal of Molecular Biology. 381 (1): 200–211. doi:10.1016 / j.jmb.2008.06.003. PMID  18599075.
  7. ^ Bashton M, Chothia C (2002). Msgstr "Geometrie kombinace domén v proteinech". Journal of Molecular Biology. 315 (4): 927–939. doi:10.1006 / jmbi.2001.5288. PMID  11812158.
  8. ^ A b C d E Smits SH, Meyer T, Mueller A, van Os N, Stoldt M, Willbold D, Schmitt L, Grieshaber MK (2010). „Pohledy na mechanismus vazby ligandů na oktopindehydrogenázu z Pecten maximus pomocí NMR a krystalografie“. PLOS ONE. 5 (8): e12312. doi:10.1371 / journal.pone.0012312. PMC  2924402. PMID  20808820.
  9. ^ Rossmann MG, Moras D, Olsen KW (1974). "Chemická a biologická evoluce proteinu vázajícího nukleotidy". Příroda. 250 (5463): 194–199. doi:10.1038 / 250194a0. PMID  4368490.
  10. ^ A b Storey KB, Storey PR (1982). "Substrátové specificity octopin dehydrogenáz z mořských bezobratlých". Srovnávací biochemie a fyziologie. 73B (3): 521–528.