Ornithin transkarbamyláza - Ornithine transcarbamylase

OTC
Ornithine carbamoyltransferase trimer 1OTH.png
Dostupné struktury
PDBHledání ortologu: PDBe RCSB
Identifikátory
AliasyOTC, OCTD, ornithinkarbamoyltransferáza
Externí IDOMIM: 300461 MGI: 97448 HomoloGene: 446 Genové karty: OTC
Umístění genu (člověk)
X chromozom (lidský)
Chr.X chromozom (lidský)[1]
X chromozom (lidský)
Genomic location for OTC
Genomic location for OTC
KapelaXp11.4Start38,352,586 bp[1]
Konec38,421,446 bp[1]
Exprese RNA vzor
PBB GE OTC 207200 at fs.png
Další údaje o referenčních výrazech
Ortology
DruhČlověkMyš
Entrez

5009

18416

Ensembl

ENSG00000036473

ENSMUSG00000031173

UniProt

P00480

P11725

RefSeq (mRNA)

NM_000531

NM_008769

RefSeq (protein)

NP_000522

NP_032795

Místo (UCSC)Chr X: 38,35 - 38,42 MbChr X: 10,25 - 10,32 Mb
PubMed Vyhledávání[3][4]
Wikidata
Zobrazit / upravit člověkaZobrazit / upravit myš

Ornithin transkarbamyláza (OTC) (také zvaný ornithin karbamoyltransferáza) je enzym (ES 2.1.3.3 ), který katalyzuje reakci mezi karbamoyl fosfát (CP) a ornitin (Orn) tvořit citrulin (Cit) a fosfát (Pi). Existují dvě třídy OTC anabolické a katabolické. Tento článek se zaměřuje na anabolické OTC. Anabolické OTC usnadňuje šestý krok v biosyntéze aminokyseliny argininu u prokaryot.[5] Naproti tomu savčí OTC hraje zásadní roli v močovinový cyklus jehož účelem je zachytit toxický amoniak a přeměnit ho na méně toxický zdroj dusíku močoviny pro vylučování.

Reakční mechanismus

Reakční mechanismus:. The postranní řetěz aminoskupina Orn napadá karbonylový uhlík CP nukleofilně, vlevo, odjet, k vytvoření čtyřstěnného přechodového stavu, střední. Charge přesmyk uvolní Cit a Pi, že jo.[6]

Struktura

OTC je trimerní protein. Existují tři aktivní místa proteinu, která jsou umístěna v rozštěpu mezi monomery. Karbamoyl fosfát vázající doména spočívá na N-terminálním konci každého monomeru, zatímco C-terminální konec obsahuje vazebnou doménu pro ornithin. Obě vazebné domény mají podobný strukturní vzor s centrálním paralelním β skládaným listem ohraničeným a-šroubovicemi a smyčkami.[7] Kromě vazebných domén mají OTC smyčky SMG. Tyto se otočí, aby uzavřely vazebné místo, jakmile se oba substráty spojí. SMG znamená konzervovaný aminokyselinový motiv Ser-Met-Gly. Po uzavření tyto zbytky interagují s L-ornithinem. Vazba CP indukuje globální konformační změnu, zatímco vazba L-ornithinu indukuje pouze pohyb SMG smyčky k uzavření a izolaci aktivačního místa.[8]

Vazebné zbytky v lidském monomeru OTC. Zbytky ornitinu (OT) jsou purpurové, zbytky vázající karbamoylfosfát (CP) tmavě modré a ostatní zbytky části smyčky SMG jsou ve vodě.[9]

Aktivní stránky

Zobrazen je CP umístěný v OTC vazebném místě se zbytky, které hrají důležitou roli ve vazbě CP.[9]

Motiv Ser-Thr-Arg-Thr-Arg z jedné podjednotky a His ze sousední podjednotky oba interagují s fosfátovou skupinou CP pro vazbu. Vazbou na primární dusík CP jsou zbytky Gln, Cys a Arg. Karbonylový kyslík CP je vázán zbytky Thr, Arg a His.[10]

Složení aminokyselin

Rostlinné OTC mají největší rozdíl od ostatních OTC. Existuje 50 až 70% méně zbytků Leu, zatímco zbytků Arg je dvakrát tolik. Počet podjednotek v OTC se pohybuje od 322 do 340 zbytků. Zvířata mají nejvyšší hustotu Leu. Tento rozklad reziduí způsobí pí pro živočišný enzym 6,8, zatímco rostlinný enzym má pí 7,6.[11] Potkaní, hovězí a lidský OTC mají stejný C terminální zbytek fenylalaninu. Na druhé straně se jejich N-koncové zbytky liší. Krysa končí Serem, skot aspartátem a člověk glycinem.[12][13]

Genomika

Lidský OTC gen se nachází na krátkém rameni chromozom X (Xp21.1). Gen je umístěn ve Watsonově (plus) řetězci a je dlouhý 73 kbáz. Otevřený čtecí rámec 1 062 nukleotidů a je disbused mezi 10 exony a devíti introny. Kódovaný protein je dlouhý 354 aminokyselin s předpokládanou molekulovou hmotností 39 935 kD. Postranskripční modifikace opouští zralý peptid s 322 aminokyselinami a hmotností 36,1 kD.[14] Protein se nachází v mitochondriální matice. U savců je OTC exprimován v játrech a sliznici tenkého střeva.

Lidské mutace

Bylo hlášeno 341 mutací v lidském OTC. Je známo, že 149 z těchto mutací způsobuje nástup hyperamonemie během prvních týdnů života. 70 se projevuje jako hyperamonemie u pacientů mužského pohlaví později v životě. Většina mutací se vyskytuje ve známých funkčních motivech, jako je SMG smyčka nebo CP vazebné domény.[15]

Nedostatek

Hlavní článek: Nedostatek ornithin-transkarbamylázy
OTC monomer

Mutace v OTC genu mohou způsobit nedostatek ornithin-transkarbamylázy. Je klasifikován jako porucha močovinového cyklu vzhledem k tomu, že bez správné OTC funkce se amoniak začne hromadit v krvi. Akumulace amoniaku v krvi je známá jako hyperamonémie. Jelikož je amoniak toxický, je pro tělo zdrojem dusíku, a proto zvýšené hladiny způsobí zvýšení hladin aminokyselin, glutamátu a alaninu. Hladiny karbamoylfosfátu (CP) začnou klesat s poklesem hladiny močovinového dusíku v krvi. To způsobí přesměrování CP na uridinmonofosfát syntetická cesta. Kyselina orotová je produktem této cesty. Zvýšené hladiny kyseliny orotové v moči mohou být indikátorem toho, že pacient trpí poruchou spojující hyperamonemii.

Nedostatek OTC se projevuje jak ve formě s časným nástupem, tak v pozdní formě.

Časný nástup

Časný nástup je patrný u novorozenců. Příznaky poruchy cyklu močoviny se často neobjeví, dokud dítě není doma a rodina a rodiče je nemusí včas rozpoznat. praktický lékař. Příznaky u malých dětí s hyperamonémie jsou nespecifické: nejsou ochotni jíst, problémy s dýcháním, tělesnou teplotou, záchvaty, neobvyklé pohyby těla (záškuby) a somnolence.[16] Jak hromadění amoniaku pokračuje, příznaky postupují od spavost na letargie potenciálně končí písmenem a kóma. Abnormální držení těla (nekontrolovaný pohyb) a encefalopatie (poškození mozku) často souvisí se stupněm otok centrálního nervového systému a tlak na mozkový kmen. Asi 50% novorozenců s těžkou hyperamonemií má záchvaty.

Pozdní nástup

U mírnějších (nebo částečných) nedostatků enzymů v cyklu močoviny může být akumulace amoniaku vyvolána nemocí nebo stresem téměř kdykoli v životě, což má za následek několikanásobné mírné zvýšení koncentrace amoniaku v plazmě [Bourrier et al. 1988]. U pacientů s částečným nedostatkem enzymů může dojít ke zpoždění příznaků o měsíce nebo roky. Mezi indikátory, že možná trpíte nedostatkem OTC nebo poruchou cyklu močoviny, patří „epizody deliria, nepravidelného chování nebo sníženého vědomí, bolesti hlavy, zvracení, averze k potravinám s vysokým obsahem bílkovin a záchvaty.“[17]

Léčba

Možné je ošetření vysokých hladin amoniaku benzoan sodný, který kombinuje s glycin k výrobě hippurate, současně odstranění amoniové skupiny. Biotin hraje také důležitou roli ve fungování OTC enzymu[18] a bylo prokázáno, že snižuje intoxikaci amoniakem při pokusech na zvířatech. Kromě toho bylo jako léčba navrženo a studováno použití celotělové terapeutické hypotermie (TH). Předpokládá se, že TH zvyšuje účinnost dialýzy k extrakci amoniaku z těla.[19][20]

Reference

  1. ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000036473 - Ensembl, Květen 2017
  2. ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000031173 - Ensembl, Květen 2017
  3. ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  4. ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  5. ^ Cunin R, Glansdorff N, Piérard A, Stalon V (září 1986). "Biosyntéza a metabolismus argininu v bakteriích". Mikrobiologické recenze. 50 (3): 314–52. PMC  373073. PMID  3534538.
  6. ^ Langley DB, Templeton MD, Fields BA, Mitchell RE, Collyer CA (červen 2000). "Mechanismus deaktivace ornithin-transkarbamoylázy Ndelta - (N'-sulfodiaminofosfinyl) -L-ornithin, skutečný analog přechodného stavu? Krystalová struktura a důsledky pro katalytický mechanismus". The Journal of Biological Chemistry. 275 (26): 20012–9. doi:10,1074 / jbc.M000585200. PMID  10747936.
  7. ^ Sankaranarayanan R, Cherney MM, Cherney LT, Garen CR, Moradian F, James MN (leden 2008). "Krystalové struktury ornithinkarbamoyltransferázy z Mycobacterium tuberculosis a jeho ternární komplex s karbamoylfosfátem a L-norvalinem odhaluje katalytický mechanismus enzymu “. Journal of Molecular Biology. 375 (4): 1052–63. doi:10.1016 / j.jmb.2007.11.025. PMID  18062991.
  8. ^ Ha Y, McCann MT, Tuchman M, Allewell NM (září 1997). "Substrátem indukovaná konformační změna v trimerické ornithinové transkarbamoyláze". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 94 (18): 9550–5. doi:10.1073 / pnas.94.18.9550. PMC  23215. PMID  9275160.
  9. ^ A b PDB: 1C9Y​; Shi D, Morizono H, Aoyagi M, Tuchman M, Allewell NM (červen 2000). "Krystalová struktura lidské ornithin-transkarbamylázy v komplexu s karbamoylfosfátem a L-norvalinem v rozlišení 1,9". Proteiny. 39 (4): 271–7. doi:10.1002 / (SICI) 1097-0134 (20000601) 39: 4 <271 :: AID-PROT10> 3.0.CO; 2-E. PMID  10813810.
  10. ^ Shi D, Morizono H, Yu X, Tong L, Allewell NM, Tuchman M (březen 2001). „Lidská ornithinová transkarbamyláza: krystalografické pohledy na rozpoznávání substrátu a konformační změny“. The Biochemical Journal. 354 (Pt 3): 501–9. doi:10.1042 / bj3540501. PMC  1221681. PMID  11237854.
  11. ^ Slocum RD, Richardson DP (1991-05-01). „Čištění a charakterizace ornithin-transkarbamylázy z hrachu (Pisum sativum L.) ". Fyziologie rostlin. 96 (1): 262–8. doi:10,1104 / str. 96.1.262. PMC  1080743. PMID  11538003.
  12. ^ Kalousek F, François B, Rosenberg LE (červen 1978). "Izolace a charakterizace ornithin-transkarbamylázy z normálních lidských jater". The Journal of Biological Chemistry. 253 (11): 3939–44. PMID  25896.
  13. ^ Lusty CJ, Jilka RL, Nietsch EH (říjen 1979). "Ornithin-transkarbamyláza z potkaních jater. Kinetické, fyzikální a chemické vlastnosti". The Journal of Biological Chemistry. 254 (20): 10030–6. PMID  489581.
  14. ^ Horwich AL, Kalousek F, Fenton WA, Pollock RA, Rosenberg LE (únor 1986). „Cílení pre-ornitin-transkarbamylázy na mitochondrie: definice kritických oblastí a zbytků ve vedoucím peptidu“. Buňka. 44 (3): 451–9. doi:10.1016/0092-8674(86)90466-6. PMID  3943133.
  15. ^ Yamaguchi S, Brailey LL, Morizono H, Bale AE, Tuchman M (červenec 2006). "Mutace a polymorfismy v genu lidské ornithin-transkarbamylázy (OTC)". Lidská mutace. 27 (7): 626–32. doi:10.1002 / humu.20339. PMID  16786505.
  16. ^ „Nedostatek ornithin-transkarbamylázy“. Genetická domácí reference. National Library of Medicine, US Department of Health & Human Services. Citováno 2019-03-03.
  17. ^ „Nedostatek ornithin-transkarbamylázy“. Informační centrum o genetických a vzácných onemocněních (GARD) - program NCATS. National Institutes of Health, U.S. Department of Health & Human Services. Citováno 2019-03-03.
  18. ^ Nagamine T, Saito S, Kaneko M, Sekiguchi T, Sugimoto H, Takehara K, Takagi H (červen 1995). "Vliv biotinu na intoxikaci amoniakem u potkanů ​​a myší". Journal of Gastroenterology. 30 (3): 351–5. doi:10.1007 / bf02347511. PMID  7647902.
  19. ^ Lichter-Konecki U, Nadkarni V, Moudgil A, Cook N, Poeschl J, Meyer MT, Dimmock D, Baumgart S (srpen 2013). "Proveditelnost doplňkové terapeutické léčby hypotermie pro hyperamonemii a encefalopatii v důsledku poruch cyklu močoviny a organických kyselin". Molekulární genetika a metabolismus. 109 (4): 354–9. doi:10.1016 / j.ymgme.2013.05.014. PMID  23791307.
  20. ^ Lichter-Konecki U, Caldovic L, Morizono H, Simpson K (duben 2016). "Nedostatek ornithin-transkarbamylázy". Adam Adam, Ardinger HH, Pagon RA, Wallace SE, Bean LJ, Stephens K, Amemiya A (eds.). GeneReviews. Seattle (WA): University of Washington, Seattle.

Další čtení

externí odkazy