Methionin gama-lyáza - Methionine gamma-lyase

methionin gama-lyáza
Struktura podjednotky methionin gama-lyázy.png
Struktura methioninové gama-lyázové podjednotky, generovaná z 1GC2
Identifikátory
EC číslo4.4.1.11
Číslo CAS42616-25-1
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Methionin gama-lyáza (MGL) je enzym v γ-rodině enzymů závislých na PLP. Rozkládá aminokyseliny obsahující síru na α-ketokyseliny, amoniak a thioly. Protože aminokyseliny obsahující síru hrají roli v mnoha biologických procesech, je regulace těchto aminokyselin nezbytná. Kromě toho je zásadní udržovat nízkou hladinu homocysteinu pro správné fungování různých cest a pro prevenci toxických účinků cysteinového homologu.[1] Methionin gama-lyáza byla nalezena v několika bakteriích (Clostridiums porogenes, Pseudomonas ovalis, Pseudomonas putida, Aeromonas sp., Citrobacter intermedius, Brevibacterium linens, Citrobacter freundii, Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola), parazitické prvoky (Trichomonas vaginalis, Entamoeba histolytica)a rostliny (Arabidopsis thaliana).[2]

Tento enzym patří do rodiny lyázy, konkrétně třída lyáz uhlík-síra. The systematické jméno této třídy enzymů je L-methionin methanthiol-lyáza (deaminující 2-oxobutanoát tvořící). Mezi další běžně používaná jména patří L-methionináza, methionin lyáza, methionináza, methionin dethiomethyláza, L-methionin gama-lyáza, a L-methionin methanthiol-lyáza (deaminující). Tento enzym se účastní metabolismus selenoaminokyseliny. Zaměstnává jednoho kofaktor, pyridoxal fosfát.

Struktura

Enzym je tvořen 389-441 aminokyselinami a tvoří čtyři identické podjednotky. Aktivní molekula se skládá ze dvou těsně asociovaných dimerů, jejichž rozhraní leží na aktivním místě. Každý z dimerů má pyridoxal 5’-fosfátový (PLP) kofaktor. Do reakce je zapojeno šest aminokyselin umístěných v blízkosti aktivního místa, jmenovitě Tyr59, Arg61, Tyr114, Cys116, Lys240 a Asp241.[2] Na rozdíl od ostatních aminokyselin se Cys116 obvykle nenachází v enzymech rodiny PLP y, které místo toho obsahují glycin nebo prolin. Ačkoli neexistuje žádný přímý kontakt mezi Cys116 a buď MGL nebo methioninovým substrátem, studie ukazují, že aminokyselina se podílí na zachování substrátové specificity.[3]

Reakční mechanismus

Mechanismus methionin gama-lyázy[2]

v enzymologie, a methionin gama-lyáza (ES 4.4.1.11 ) je enzym že katalyzuje the chemická reakce

L-methionin + H2Ó methanthiol + NH3 + 2-oxobutanoát

Tedy dva substráty tohoto enzymu jsou L-methionin a H2Ó, zatímco jeho 3 produkty jsou methanthiol, NH3, a 2-oxobutanoát.

MGL také katalyzuje α, β-eliminační L-cystein, degradaci O-substituovaného serinu nebo homoserinu, β- nebo γ-náhradu, stejně jako deaminaci a y-přidání L-vinylglycinu. Reakční mechanismus původně sestává z aminoskupiny substrátu připojené Schiff-bázovou vazbou k PLP. Když lysinový zbytek nahradí aminoskupinu, vytvoří se externí aldimin a vodíky ze substrátu se posunou na PLP. Sousední tyrosinová aminokyselina působí jako kyselý katalyzátor a napadá substrát, čímž eliminuje thiolovou skupinu ze substrátu. Nakonec se z PLP uvolní α-keto kyselina a amoniak.[2]

Funkce

Protože MGL má odlišnou substrátovou specificitu mezi organismy, má enzym také různé fyziologické role mezi organismy. U anaerobních bakterií a parazitických prvoků vytváří MGL z methioninu 2-oxobutyrát. 2-oxobutyrát se nakonec rozloží acetát-CoA ligázou a produkuje ATP, čímž přispívá k metabolismu ATP. MGL také hraje roli v patogenitě periodontálních bakterií, jako jsou P. gingivalis. Studie zjistila korelaci mezi přítomností MGL a zvýšením přežití myší po subkutánní injekci bakterií. V B. linens, bakterii zrající sýr, je aktivita MGL úzce spojena s metabolizmem sacharidů.[4]

V rostlinách se MGL mRNA nachází v suchých semenech, ačkoli samotný protein tomu tak není. Enzym je však vysoce exprimován ve vlhkých semenech, což naznačuje, že MGL je důležitou součástí časného klíčení. MGL se může také podílet na tvorbě těkavých sloučenin síry, jako je methanthiol, na poškozených listech rostlin, aby se chránil před hmyzem. Není však určeno, zda je MGL přítomen v guavě, u které byl poprvé objeven tento ochranný mechanismus, a zda jiné rostliny používají podobnou techniku.[5]

Izozymy MGL se vyskytují pouze u parazitických protistů E. histolytica a T. vaginalis. Izozymy se liší svou schopností účinně degradovat methionin, homocystein a cystein. E. histolytica MGL je odvozen z archaea MGL vzhledem k T. vaginalis MGL sdílí více podobností s bakteriálním MGL. Proto k zahrnutí MGL do genomu těchto dvou druhů došlo nezávisle.[6]

Vývoj léků

Trifluormethionin (TFM) je fluorovaný methioninový proléčivo, které vykazuje svoji toxicitu až po degradaci MGL. Studie ukazují, že TFM je toxický pro a zpomaluje růst anaerobních mikroorganismů (Mycobacterium smegmatis, Mycobacterium phlei, Candida lipolytica), periodontální bakterie (P. gingivalis, F. nucleatum)a parazitické protisty (E. histolytica, T. vaginalis). Studie ukázaly, že TFM je také účinný in vivo. Kromě toho má TFM omezenou toxicitu pro savčí buňky, které nemají MGL. Proto TFM vykazuje pouze toxické účinky na patogeny, které obsahují MGL.[7]

Terapie rakoviny

Některé nádory, jako např glioblastomy, meduloblastom, a neuroblastom, jsou mnohem citlivější na methionin hladovění než normální tkáně. Proto dochází k vyčerpání methioninu jako relevantní terapeutický přístup k léčbě rakoviny. Z tohoto důvodu bylo zkoumáno, že MGL snižuje hladiny methioninu v krevním séru a snižuje růst nádoru a také zabíjí tyto maligní buňky hladem.[8]

Reference

  1. ^ Stipanuk MH (2004). "Metabolismus aminokyselin síry: způsoby produkce a odstraňování homocysteinu a cysteinu". Každoroční přehled výživy. 24: 539–577. doi:10.1146 / annurev.nutr.24.012003.132418. PMID  15189131.
  2. ^ A b C d Sato D, Nozaki T (listopad 2009). „Methionin gama-lyáza: jedinečný mechanismus reakce, fyziologické role a terapeutické aplikace proti infekčním chorobám a rakovině“. IUBMB Life. 61 (11): 1019–1028. doi:10.1002 / iub.255. PMID  19859976. S2CID  21230108.
  3. ^ Kudou D, Misaki S, Yamashita M, Tamura T, Esaki N, Inagaki K (červenec 2008). „Úloha cysteinu 116 v aktivním místě protinádorového enzymu L-methionin gama-lyázy z Pseudomonas putida.“ Bioscience, biotechnologie a biochemie. 72 (7): 1722–1730. CiteSeerX  10.1.1.319.2805. doi:10,1271 / bbb.80015. PMID  18603802. S2CID  14292815.
  4. ^ Nozaki T, Ali V, Tokoro M (2005). Metabolismus aminokyselin obsahujících síru u parazitických prvoků. Pokroky v parazitologii. 60. str. 1–99. doi:10.1016 / S0065-308X (05) 60001-2. ISBN  9780120317608. PMID  16230102.
  5. ^ Rouseff RL, Onagbola EO, Smoot JM, Stelinski LL (říjen 2008). „Sulfur volatiles in guava (Psidium guajava L.) leaves: možný obranný mechanismus“. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 56 (19): 8905–8910. doi:10.1021 / jf801735v. PMID  18778077.
  6. ^ Alexander FW, Sandmeier E, Mehta PK, Christen P (únor 1994). "Evoluční vztahy mezi pyridoxal-5'-fosfát-závislými enzymy. Regio-specifické alfa, beta a gama rodiny". European Journal of Biochemistry / FEBS. 219 (3): 953–960. doi:10.1111 / j.1432-1033.1994.tb18577.x. PMID  8112347.
  7. ^ Coombs GH, Mottram JC (červen 2001). „Trifluormethionin, proléčivo určené proti patogenům obsahujícím methionin gama-lyázu, má účinnost in vitro a in vivo proti Trichomonas vaginalis.“. Antimikrobiální látky a chemoterapie. 45 (6): 1743–1745. doi:10.1128 / AAC.45.6.1743-1745.2001. PMC  90540. PMID  11353620.
  8. ^ Fernandes, H. S .; Teixeira, C. S. Silva; Fernandes, P. A .; Ramos, M. J .; Cerqueira, N. M. F. S. A. (4. listopadu 2016). „Deprivace aminokyselin pomocí enzymů jako cílené léčby rakoviny a virových infekcí“. Znalecký posudek na terapeutické patenty. 0 (ja): 283–297. doi:10.1080/13543776.2017.1254194. ISSN  1354-3776. PMID  27813440. S2CID  7768944.

Další čtení