N-acetylglutamát syntáza - N-Acetylglutamate synthase

N-Acetylglutamát syntáza
4kzt.jpg
N-Acetylglutamát syntáza / tetramer kinázy, Maricaulis maris
Identifikátory
SymbolNAGS
Gen NCBI162417
HGNC17996
OMIM608300
RefSeqNM_153006
UniProtQ8N159
Další údaje
EC číslo2.3.1.1
MístoChr. 17 q21.31

N- Acetylglutamát syntáza (NAGS) je enzym který katalyzuje produkci N-acetylglutamát (NAG) z glutamát a acetyl-CoA.

Zjednodušeně řečeno NAGS katalyzuje následující reakci:

acetyl-CoA + L-glutamát → CoA + N-acetyl-L-glutamát

NAGS, člen N-acetyltransferáza rodina enzymů, je přítomna v obou prokaryoty a eukaryoty, ačkoli jeho role a struktura se velmi liší v závislosti na druhu. NAG lze použít při výrobě ornitin a arginin, dvě důležité aminokyseliny, nebo jako alosterický kofaktor pro karbamoylfosfát syntáza (CPS1). U savců je NAGS exprimován primárně v játrech a tenkém střevě a je lokalizován v mitochondriální matrici.[1]

Celkové reakční schéma pro N-acetylglutamát (NAG) syntéza přes N-acetylglutamát syntáza (NAGS)

Biologická funkce

Většina prokaryot (bakterie ) a nižší eukaryoty (houba, zelené řasy, rostliny, atd.) produkují NAG prostřednictvím ornitinacetyltransferázy (OAT), která je součástí „cyklické“ cesty produkce ornitinu. NAGS se proto používá jako podpůrná role, která podle potřeby doplňuje rezervy NAG. U některých rostlin a bakterií však NAGS katalyzuje první krok v „lineární“ cestě produkce argininu.[2]

Proteinové sekvence NAGS mezi prokaryoty, nižšími eukaryoty a vyššími eukaryoty vykazovaly značný nedostatek podobnosti. Sekvenční identita mezi prokaryotickými a eukaryotickými NAGS je převážně <30%,[3] zatímco identita sekvence mezi nižšími a vyššími eukaryoty je ~ 20%.[4]

Enzymatická aktivita NAGS je modulována pomocí L-arginin, který funguje jako inhibitor v rostlinných a bakteriálních NAGS, ale efektor v obratlovců.[5][6] I když je role argininu jako inhibitoru NAG v syntéze ornithinu a argininu dobře známa, existuje určitá kontroverze ohledně role NAG v močovinový cyklus.[7][8] Aktuálně přijímaná role NAG u obratlovců je jako základní alosterický kofaktor pro CPS1, a proto působí jako primární kontrolor tok cyklem močoviny. V této roli regulace zpětné vazby od argininu by to signalizovalo NAGS amoniak je v buňce dostatek a je třeba jej odstranit, což urychluje funkci NAGS. Evoluční cesta NAGS od esenciálního syntetického enzymu k primárnímu regulátoru cyklu močoviny musí být dosud plně pochopena.[9]

Mechanismus

Zjednodušený reakční mechanismus pro N-acetylglutamát syntáza (NAGS)

Dva mechanismy pro N- byla navržena funkce acetyltransferázy: dvoustupňový ping-pongový mechanismus zahrnující přenos příslušného acetylová skupina na aktivovaný cystein zbytek[10] a jednostupňový mechanismus přímým útokem na amino dusík na karbonyl skupina.[11] Studie prováděné s použitím NAGS odvozených z Neisseria gonorrhoeae naznačují, že NAGS postupuje prostřednictvím dříve popsaného jednostupňového mechanismu.[12] V tomto návrhu je karbonylová skupina acetyl-CoA napadena přímo a-amino dusíkem glutamátu. Tento mechanismus je podporován aktivací karbonylu skrz vodíková vazba polarizace, jakož i nepřítomnost vhodného cysteinu v aktivním místě, který by působil jako přechodný akceptor acetylové skupiny.[13][14]

Klinický význam

Nečinnost NAGS má za následek N-acetylglutamát syntáza nedostatek, forma hyperamonémie.[15] U mnoha obratlovců N-acetylglutamát je nezbytný alosterický kofaktor CPS1, enzymu, který katalyzuje první krok močovinového cyklu.[16] Bez stimulace NAG nemůže CPS1 přeměnit amoniak na karbamoyl fosfát, což vede k hromadění toxického amoniaku.[17] Karbamoyl glutamát prokázala slib jako možnou léčbu nedostatku NAGS.[15] To je podezření, že je výsledkem strukturálních podobností mezi NAG a karabamoyl glutamátem, což umožňuje karbamoyl glutamátu působit jako efektivní agonista pro CPS1.[14]

Reference

  1. ^ Meijer AJ, Lof C, Ramos IC, Verhoeven AJ (duben 1985). "Řízení ureogeneze". European Journal of Biochemistry. 148 (1): 189–96. doi:10.1111 / j.1432-1033.1985.tb08824.x. PMID  3979393.
  2. ^ Cunin R, Glansdorff N, Piérard A, Stalon V (září 1986). "Biosyntéza a metabolismus argininu v bakteriích". Mikrobiologické recenze. 50 (3): 314–52. doi:10.1128 / MMBR.50.3.314-352.1986. PMC  373073. PMID  3534538.
  3. ^ Yu YG, Turner GE, Weiss RL (listopad 1996). "Acetylglutamát syntáza z Neurospora crassa: struktura a regulace výrazu ". Molekulární mikrobiologie. 22 (3): 545–54. doi:10.1046 / j.1365-2958.1996.1321494.x. PMID  8939437. S2CID  38149253.
  4. ^ Caldovic L, Ah Mew N, Shi D, Morizono H, Yudkoff M, Tuchman M (2010). "N-Acetylglutamát syntáza: struktura, funkce a defekty ". Molekulární genetika a metabolismus. 100 (Suppl 1): S13–9. doi:10.1016 / j.ymgme.2010.02.018. PMC  2876818. PMID  20303810.
  5. ^ Cybis J, Davis RH (červenec 1975). "Organizace a kontrola na biosyntetické dráze argininu v Neurospora". Journal of Bacteriology. 123 (1): 196–202. doi:10.1128 / JB.123.1.196-202.1975. PMC  235707. PMID  166979.
  6. ^ Sonoda T, Tatibana M (srpen 1983). "Čištění N-acetyl-L-glutamát syntetáza z mitochondrií jater potkana a specificita enzymu vůči substrátu a aktivátoru ". The Journal of Biological Chemistry. 258 (16): 9839–44. PMID  6885773.
  7. ^ Meijer AJ, Verhoeven AJ (říjen 1984). "N-Acetylglutamát a syntéza močoviny ". The Biochemical Journal. 223 (2): 559–60. doi:10.1042 / bj2230559. PMC  1144333. PMID  6497864.
  8. ^ Lund P, Wiggins D (březen 1984). "Je N-acetylglutamát krátkodobý regulátor syntézy močoviny? ". The Biochemical Journal. 218 (3): 991–4. doi:10.1042 / bj2180991. PMC  1153434. PMID  6721845.
  9. ^ Caldovic L, Tuchman M (červen 2003). "N-Acetylglutamát a jeho měnící se role v průběhu evoluce ". The Biochemical Journal. 372 (Pt 2): 279–90. doi:10.1042 / BJ20030002. PMC  1223426. PMID  12633501.
  10. ^ Wong LJ, Wong SS (září 1983). "Kinetický mechanismus reakce katalyzovaný jadernou histonacetyltransferázou z brzlíku tele". Biochemie. 22 (20): 4637–41. doi:10.1021 / bi00289a004. PMID  6626521.
  11. ^ Dyda F, Klein DC, Hickman AB (2000). „Související s GCN5 N-acetyltransferázy: strukturální přehled ". Roční přehled biofyziky a biomolekulární struktury. 29: 81–103. doi:10,1146 / annurev.biophys.29.1.81. PMC  4782277. PMID  10940244.
  12. ^ Shi D, Sagar V, Jin Z, Yu X, Caldovic L, Morizono H, Allewell NM, Tuchman M (březen 2008). "Krystalová struktura N-acetyl-L-glutamát syntáza z Neisseria gonorrhoeae poskytuje pohled na mechanismy katalýzy a regulace “. The Journal of Biological Chemistry. 283 (11): 7176–84. doi:10,1074 / jbc.M707678200. PMC  4099063. PMID  18184660.
  13. ^ Min L, Jin Z, Caldovic L, Morizono H, Allewell NM, Tuchman M, Shi D (únor 2009). "Mechanismus alosterické inhibice N-acetyl-L-glutamát syntáza pomocí L-argininu ". The Journal of Biological Chemistry. 284 (8): 4873–80. doi:10,1074 / jbc.M805348200. PMC  2643497. PMID  19095660.
  14. ^ A b Morizono H, Caldovic L, Shi D, Tuchman M (duben 2004). „Savčí N-acetylglutamát syntáza ". Molekulární genetika a metabolismus. 81 Suppl 1: S4–11. doi:10.1016 / j.ymgme.2003.10.017. PMC  3031861. PMID  15050968.
  15. ^ A b Caldovic L, Morizono H, Panglao MG, Cheng SF, Packman S, Tuchman M (duben 2003). "Nulové mutace v Ngen pro acetylglutamát syntázu spojený s akutním novorozeneckým onemocněním a hyperamonemií “. Genetika člověka. 112 (4): 364–8. doi:10.1007 / s00439-003-0909-5. PMID  12594532. S2CID  27479847.
  16. ^ McCudden CR, Powers-Lee SG (červenec 1996). "Požadované alosterické efektorové místo pro N-acetylglutamát na karbamoylfosfát syntetáze I ". The Journal of Biological Chemistry. 271 (30): 18285–94. doi:10.1074 / jbc.271.30.18285. PMID  8663466.
  17. ^ Caldovic L, Morizono H, Daikhin Y, Nissim I, McCarter RJ, Yudkoff M, Tuchman M (říjen 2004). "Obnova ureageneze v N-acetylglutamát syntáza nedostatek N-karbamylglutamát ". The Journal of Pediatrics. 145 (4): 552–4. doi:10.1016 / j.jpeds.2004.06.047. PMID  15480384.

externí odkazy