Difosfomevalonát dekarboxyláza - Diphosphomevalonate decarboxylase

difosfomevalonát dekarboxyláza
Celková reakce katalyzovaná mevalonát-difosfát-dekarboxylázou.jpg
ATP závislá dekarboxylace katalyzovaná mevalonát-difosfát-dekarboxylázou[1]
Identifikátory
EC číslo4.1.1.33
Číslo CAS9024-66-2
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO
Mevalonát (difosfo) dekarboxyláza
Identifikátory
SymbolMVD
Gen NCBI4597
HGNC7529
OMIM603236
RefSeqNM_002461
UniProtP53602
Další údaje
EC číslo4.1.1.33
MístoChr. 16 q24.3

Difosfomevalonát dekarboxyláza (ES 4.1.1.33 ), nejčastěji zmiňovaný v vědecká literatura tak jako mevalonát difosfát dekarboxyláza, je enzym že katalyzuje the chemická reakce

ATP + (R) -5-difosfomevalonát ADP + fosfát + isopentenyldifosfát + CO2

Tento enzym se převádí mevalonát-5-difosfát (MVAPP) do isopentenyl difosfát (IPP) prostřednictvím ATP závislý dekarboxylace.[1] Dva substráty tohoto enzymu jsou ATP a mevalonát 5-difosfát, zatímco jeho 4 produkty jsou ADP, fosfát, isopentenyl difosfát, a CO2.

Mevalonát difosfát dekarboxyláza katalyzuje poslední krok v mevalonátová cesta. Mevalonátová dráha je zodpovědná za biosyntézu isoprenoidy z acetát.[2] Tato cesta hraje klíčovou roli ve více buněčných procesech syntézou sterol isoprenoidy, jako cholesterol a nesterolové isoprenoidy, jako je například dolichol, heme A, tRNA isopentenyltransferáza, a ubichinon.[3][4]

Tento enzym patří do rodiny lyázy, konkrétně karboxy-lyázy, které štěpí vazby uhlík-uhlík. The systematické jméno této třídy enzymů je ATP: (R) -5-difosfomevalonátkarboxylyáza (s přídavkem tvorby ATP isopentenyl-difosfátu). Mezi další běžně používaná jména patří pyrofosfomevalonát dekarboxyláza, mevalonát-5-pyrofosfát dekarboxyláza, dekarboxyláza kyseliny pyrofosfomevalonové, 5-pyrofosfomevalonát dekarboxyláza, mevalonát-5-difosfát dekarboxyláza, a ATP: (R) -5-difosfomevalonátkarboxylyáza (dehydratace).

Enzymový mechanismus

Mevalonát difosfát dekarboxyláza rozeznává a váže dva substráty: ATP a mevalonát 5-difosfát. Po navázání provede enzym tři typy reakcí, které lze rozdělit do dvou hlavních stupňů. Za prvé, fosforylace dojde. Tím se vytvoří reaktivní meziprodukt, který ve druhé fázi prochází společnou dohodou defosforylace a dekarboxylace.[5] Mnoho enzymových zbytků v aktivním místě hraje v tomto koordinovaném mechanismu důležitou roli. Serinový zbytek deprotonuje hydroxylovou skupinu na MVAPP a usnadňuje kyslíku napadat fosfát z ATP. Výsledkem je, že meziprodukt 1, 3-fosfoMVAPP, má nyní mnohem lépe odstupující skupinu, která pomáhá produkovat meziprodukt 2.[1] Tento třetí meziprodukt je přechodný beta karboxykarboniový meziprodukt a poskytuje „elektronový jímač“, který pomáhá řídit dekarboxylační reakci.[1]

Navrhovaný mechanismus pro lidskou mevalonát-difosfát-dekarboxylázu. Aminokyselinové zbytky zbarvené tak, aby odpovídaly obrazu krystalové struktury zbytků aktivního místa. ATP je hnědá, aby ukázala přenos fosforylu.[1]

Struktura enzymu

Krystalová struktura aktivního citátu lidské mevalonát difosfát dekarboxylázy, generovaná z 3D4J. Navrhované důležité zbytky pro mechanismus a vazbu substrátu jsou zvýrazněny: Arg-161 (zelená), Ser-127 (modrá), Asp-305 (oranžová) a Asn-17 (červená). Síranový iont pomáhal lépe porozumět vazbě substrátu. Navrhuje se umístit mevalonát-difosfát tak, aby byl koncový fosfát v blízkosti síranového iontu v krystalové struktuře.[1]

Přesný enzymový aparát mevalonát-difosfát-dekarboxylázy není zcela objasněn. Struktury jak kvasinek, tak lidské mevalonát difosfát dekarboxylázy byly vyřešeny Rentgenová krystalografie Vědci však měli potíže se získáváním struktur vázaných metabolitů. Vědci klasifikovali mevalonát-difosfát-dekarboxylázu jako enzym v Rodina kináz GHMP (galaktokináza, homoserinkináza, mevalonátkináza a fosfomevalonátkináza).[6] Oba mevalonát kináza a mevalonát difosfát dekarboxyláza se pravděpodobně vyvinula ze společného předka, protože mají podobný záhyb a katalyzují fosforylaci podobných substrátů.[6][7] Kvůli těmto společným rysům jsou oba enzymy často studovány poměrně, zejména s ohledem na inhibitory.

Ačkoli existují omezené informace, byly identifikovány některé důležité zbytky, které jsou zvýrazněny ve struktuře a mechanismu aktivního místa. Kvůli obtížnosti získání krystalových struktur vázaných substrátů byly pro lepší pochopení zbytkové role ve vazbě substrátu použity molekuly síranového iontu a vody.[8]

Při zkoumání lidské formy mevalonát difosfát dekarboxylázy byly identifikovány následující specifické zbytky: arginin-161 (Arg-161), serin-127 (Ser-127), aspartát-305 (Asp-305) a asparagin-17 (Asn -17).[1] Arg-161 interaguje s C1 karbonylem MVAPP a Asn-17 je důležitý pro vodíkovou vazbu se stejným argininovým zbytkem.[1] Asp-305 je umístěn přibližně 4 Á od hydroxylu C3 na MVAPP a působí jako obecný bazický katalyzátor v aktivním místě.[1] Ser-127 pomáhá v orientaci fosforylového řetězce pro přenos fosfátu do MVAPP.[1] Mevalonát difosfát dekarboxyláza má také smyčku vázající fosfáty („smyčka P“), kde aminokyselinové zbytky poskytují klíčové interakce, které stabilizují nukleotidovou trifosforylovou část.[9] Zbytky ze smyčky P jsou konzervovány napříč enzymy v rodině kináz GHMP a zahrnují Ala-105, Ser-106, Ser-107 a Ala-108.[9]

Biologická funkce

Mnoho různých organismů využívá cestu mevalonátu a mevalonát difosfát dekarboxylázu, ale pro různé účely.[9] U grampozitivních bakterií je isopentenyldifosfát, konečný produkt mevalonát-difosfát-dekarboxylázy, základním meziproduktem peptidoglykan a biosynetéza polyisoprenoidů.[9] Proto by zaměření na mevalonátovou dráhu a mevalonát difosfát dekarboxylázu mohlo být potenciálním antimikrobiálním léčivem.[9]

Mevalonátová cesta

Cesta mevalonátu se také používá u eukaryot a rostlin vyššího řádu. Mevalonát-difosfát-dekarboxyláza je přítomna hlavně v játrech savců, kde se většina mevalonátu převádí na cholesterol.[10][11] Část cholesterolu se přemění na steroidní hormony, žlučové kyseliny, a Vitamín D.[10] Mevalonát se také převádí na mnoho dalších důležitých meziproduktů v buňkách savců: dolicholy (nosiče při sestavování řetězců uhlohydrátů v glykoproteiny ), ubichinony (důležité pro transport elektronů), tRNA isopentenyltransferáza (používá se při syntéze proteinů) a franesylované a geranylgeranylované proteiny (proteiny spojené s membránou, které se zdají být zapojeny do intracelulární signalizace).[10] Hlavním bodem regulace v biosynethse cholesterolu a nesterol-isoprenu je HMGCoA reduktáza, třetí enzym v dráze mevalonátu.[10]

Relevance nemoci

Ischemická choroba srdeční je hlavní příčinou úmrtí v obecné populaci USA.[12] Hypercholesterolemie nebo vysoký cholesterol je považován za hlavní rizikový faktor u ischemické choroby srdeční.[13] Proto je hlavní úsilí zaměřeno na pochopení regulace a vývoj inhibitorů biosyntézy cholesterolu.[13] Mevalonát-difosfát-dekarboxyláza je potenciální enzym, který má být cílen v cestě syntézy cholesterolu. Vědci objevili molekulu, 6-fluoromevalonát (6-FMVA), který je silným kompetitivním inhibitorem mevalonát-difosfát-dekarboxylázy.[13] Přidání 6-FMVA vede ke snížení hladiny cholesterolu.[13]

Spontánně jsou hypertenzní krysy (náchylné k mrtvici) (SHRSP) postiženy těžkou formou hypertenze a mozkové krvácení.[14] Vědci zjistili nízkou hladinu cholesterolu v séru u potkanů ​​s tímto stavem.[14] V SHRSP má mevalonát difosfát dekarboxyláza mnohem nižší aktivitu, zatímco HMG-CoA reduktáza zůstává nezměněna; proto může být mevalonát difosfát dekarboxyláza odpovědná za biosyntézu nižší hladiny cholesterolu v tomto stavu.[14][15] U lidí se předpokládá, že nedostatek cholesterolu může způsobit křehkost plazmatických membrán a v důsledku toho vyvolat v mozku angionekrózu. Snížený cholesterol v séru způsobený nízkou aktivitou mevalonát-difosfát-dekarboxylázy může být v některých případech příčinou mozkového krvácení.[14]

Strukturální studie

Jak 2015, nejméně 15 struktur byly vyřešeny pro tuto třídu enzymů, včetně PDB přístupové kódy 1FI4, 2HK2, 2HK3, a 2HKE.

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j Voynova, NE; Fu, Z; Battaile, KP; Herdendorf, TJ; Kim, JJ; Miziorko, HM (1. prosince 2008). „Humánní mevalonát-difosfát-dekarboxyláza: charakterizace, zkoumání vazebného místa pro mevalonát-difosfát a krystalová struktura“. Archivy biochemie a biofyziky. 480 (1): 58–67. doi:10.1016 / j.abb.2008.08.024. PMC  2709241. PMID  18823933.
  2. ^ Miziorko, HM (15. ledna 2011). „Enzymy mevalonátové dráhy biosyntézy izoprenoidů“. Archivy biochemie a biofyziky. 505 (2): 131–43. doi:10.1016 / j.abb.2010.09.028. PMC  3026612. PMID  20932952.
  3. ^ Buhaescu, I; Izzedine, H (červen 2007). „Mevalonátová cesta: přehled klinických a terapeutických důsledků“. Klinická biochemie. 40 (9–10): 575–84. doi:10.1016 / j.clinbiochem.2007.03.016. PMID  17467679.
  4. ^ Miziorko, HM (15. ledna 2011). "Enzymy mevalonátové dráhy biosyntézy izoprenoidů". Archivy biochemie a biofyziky. 505 (2): 131–43. doi:10.1016 / j.abb.2010.09.028. PMC  3026612. PMID  20932952.
  5. ^ Byres, E; Alphey, MS; Smith, TK; Hunter, WN (10. srpna 2007). „Krystalové struktury Trypanosoma brucei a Staphylococcus aureus mevalonát-difosfát-dekarboxylázy informují o determinantech specificity a reaktivity“. Journal of Molecular Biology. 371 (2): 540–53. doi:10.1016 / j.jmb.2007.05.094. PMID  17583736.
  6. ^ A b Qiu, Yongge; Gao, Jinbo; Guo, Fei; Qiao, Yuqin; Li, Ding (listopad 2007). „Mutační a inhibiční studie mevalonát-5-difosfát dekarboxylázy“. Dopisy o bioorganické a léčivé chemii. 17 (22): 6164–6168. doi:10.1016 / j.bmcl.2007.09.033. PMID  17888661.
  7. ^ Qiu, Yongge; Li, Ding (červenec 2006). „Inhibice mevalonát-5-difosfát dekarboxylázy fluorovanými analogy substrátu“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Obecné předměty. 1760 (7): 1080–1087. doi:10.1016 / j.bbagen.2006.03.009. PMID  16626865.
  8. ^ Krepkiy, Dmitriy; Miziorko, Henry M. (červenec 2004). „Identifikace zbytků aktivního místa v mevalonát-difosfát-dekarboxyláze: důsledky pro rodinu fosfotransferáz“. Věda o bílkovinách. 13 (7): 1875–1881. doi:10.1110 / ps.04725204. PMC  2279928. PMID  15169949.
  9. ^ A b C d E Barta, Michael L .; McWhorter, William J .; Miziorko, Henry M .; Geisbrecht, Brian V. (17. července 2012). "Strukturní základ pro vazbu nukleotidů a katalýzu reakce v mevalonát-difosfát-dekarboxyláze". Biochemie. 51 (28): 5611–5621. doi:10.1021 / bi300591x. PMC  4227304. PMID  22734632.
  10. ^ A b C d Hinson, DD; Chambliss, KL; Toth, MJ; Tanaka, RD; Gibson, KM (listopad 1997). „Posttranslační regulace mevalonátkinázy meziprodukty biosyntetických drah cholesterolu a nesterol-isoprenu“. Journal of Lipid Research. 38 (11): 2216–23. PMID  9392419.
  11. ^ Michihara, A; Akasaki, K; Yamori, Y; Tsuji, H (listopad 2001). "Tkáňová distribuce hlavní mevalonát pyrofosfát dekarboxylázy u potkanů". Biologický a farmaceutický bulletin. 24 (11): 1231–4. doi:10,1248 / bpb.24.1231. PMID  11725954.
  12. ^ McCullough, P. A. (11. dubna 2007). "Ischemická choroba srdeční". Klinický časopis Americké nefrologické společnosti. 2 (3): 611–616. doi:10,2215 / CJN.03871106. PMID  17699471.
  13. ^ A b C d Nave, Jean-Franqois; d'Orchymont, Hugues; Ducep, Jean-Bernard; Piriou, Franqois; Jung, Michel J. (1985). "Mechanismus inhibice biosyntézy cholesterolu 6-fluoromevalonátem". Biochemical Journal. 227 (1): 247–254. doi:10.1042 / bj2270247. PMC  1144833. PMID  2986604.
  14. ^ A b C d Sawamura, M; Nara, Y; Yamori, Y (25. března 1992). „Játrový mevalonát-5-pyrofosfát-dekarboxyláza je zodpovědný za snížení sérového cholesterolu u spontánně hypertenzních potkanů ​​náchylných k mrtvici“. The Journal of Biological Chemistry. 267 (9): 6051–5. PMID  1556116.
  15. ^ Krepkiy, D; Miziorko, HM (červenec 2004). „Identifikace zbytků aktivního místa v mevalonát-difosfát-dekarboxyláze: důsledky pro rodinu fosfotransferáz“. Věda o bílkovinách. 13 (7): 1875–81. doi:10.1110 / ps.04725204. PMC  2279928. PMID  15169949.
  • Bloch K, Chaykin S, Phillips AH, de Waard A (1959). "Pyrofosfát kyseliny mevalonové a isopentenylpyrofosfát". J. Biol. Chem. 234: 2595–2604. PMID  13801508.