Orotát fosforibosyltransferáza - Orotate phosphoribosyltransferase

Orotát fosforibosyltransferáza
2PSI - orotát fosforibosyltransferáza vázaná na substráty - S cerevisiae.png
S. cerevisiae orotát fosforibosyl transferáza vázaná na své substráty. Ze souboru PDB 2PS1.[1]
Identifikátory
EC číslo2.4.2.10
Číslo CAS9030-25-5
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Orotát fosforibosyltransferáza (OPRTase) nebo fosforibosyltransferáza kyseliny orotové je enzym zahrnutý do něčeho, zůčastnit se čeho pyrimidin biosyntéza. Katalyzuje vznik orotidin 5'-monofosfát (OMP) z orotovat a fosforibosylpyrofosfát.[1] v droždí a bakterie, orotát fosforibosyltransferáza je nezávislý enzym s jedinečným gen kódující protein, zatímco v savci a další mnohobuněčné organismy, katalytická funkce se provádí doménou bifunkčního enzymu UMP syntáza (UMPS).[2]

Biologické pozadí

Reakce katalyzovaná orotát fosforibosyltransferázou se substrátem PRPP kyseliny orotové na orotidylát.

Protože OPRTase je součástí bifunkčního komplexu UMP syntáza u lidí není funkce a stabilita tohoto enzymu nutně přímo spojena s poruchami v lidském těle. Je však rozumné se domnívat, že dysfunkce jednoho z enzymů způsobí dysfunkci celého enzymu.[3] Vady v UMP syntáza je spojena s hypochromní anémií.[3] U savců tento bifunkční enzym UMPS převádí kyselina orotová do uridinmonofosfát (UMP).[4] Orotát fosforibosyltransferáza se nachází v N-koncové doméně UMP syntáza. Tento proces probíhá v několika krocích s orotát fosforibosyltransferázou odpovědnou za první krok přidání a ribóza zazvonit na orotovat.[4] V tomto kroku kyselina orotová je převeden na orotidylát použitím PRPP (fosforibosylpyrofosfát ) jako kosubstrát. Tato reakce je řízena hydrolýza z pyrofosfát.[5] Orotidylát dekarboxyláza se nachází v C-terminální doméně UMPS a převede to orotidylát meziprodukt do uridinmonofosfát (označovaný také jako uridylát nebo UMP) prostřednictvím dekarboxylace.[4] Tyto dva kroky jsou u savců rychlé a nevratné. V jiných pyrimidin auxotrofy kteří nemají tento bifunkční enzym, obvykle méně složité organismy, jsou k provedení této reakce zapotřebí dva samostatné enzymy.[6] Oba orotidylát a uridylát jsou hlavní pyrimidin nukleotidy, tak jako uridylát je předchůdcem RNA. Uridylát (UMP) se později převede na UDP přes fosforylace podle UMP kináza a ATP a pak nukleosid difosfát kináza reverzibilně fosforyláty UDP na UTP. UTP pak může být aminovaný přes katalýza podle cytidin trifosfát syntetáza do od CTP.[5]

Enzymový mechanismus

Reakce kyselina orotová (orotovat) do orotidylát je katalyzován orotátphoforibosyltransferázou s kofaktor PRPP, což je kofaktor běžně používané pro syntéza nukleotidů. Velmi příznivě přenáší pyrofosforylové skupiny s a ΔG z -8,3 + 0,5 kcal / mol.[6] Přitahují se dvě hlavní interakce PRPP napomáhat orotaci fosforibosyltransferázy v této reakci. Nejprve má orotát fosforibosyltransferázu Kyselina asparagová - Kyselina asparagová zbytky vedle PRPP - vazebný motiv, který interaguje s ribosylovými 2- / 3-hydroxylovými skupinami, které stabilizují pohyb uhlíku-1 vázané ribosylové skupiny.[6] Ke stabilizaci dochází prostřednictvím jejich sítě vodíkových vazeb hydroxyl skupiny s pyrofosfát, voda a hořčík.[6] Za druhé, postranní řetězce C-terminálního konce PRPP -vázací motiv příznivě interaguje s PRPP 5-fosfát.[6]

Orotujte celkovou strukturu fosforibosyltransferázy s kyselinou orotovou, hořčíkem a PRPP v kapse aktivního místa.

U B. subtilis, PRPP je vázán na tyto dvě stránky pomocí K.d 33 mM. Když orotovat je přítomen, pyrofosfát vazebná afinita se čtyřnásobně zvýší a reakce prochází kinetika výbuchu, s rychlým přenosem fosforibosylu a následným pomalým uvolňováním produktů.[7] Předpokládá se, že toto pomalé uvolňování je způsobeno smyčkou orotát fosforibosyltransferázy vystavené rozpouštědlu, která chrání aktivní místo během prvního kroku.[7] Otevírání smyčky probíhá ve dvou krocích pomocí PRPP disociace nepříznivá a pomalá, protože smyčka uzavírá 85% času.[8]

Tři klíče pyrimidin nukleosidy zahrnout uridin, cytidin a thymidin a hrají hlavní roli v biosyntéze nukleových kyselin i v metabolismu sacharidů a lipidů.[4] Pyrimidinové fosforibosyltransferázy, jako je orotát fosforibosyltransferáza, aktivují své substráty tvorbou SN1 přechodné stavy podobné migraci ribosylové anomerní uhlíkové oblasti na MgPPi.[9] Stejně jako ostatní pyrimidinové fosforibosyltransferázy má i orotát fosforibosyltransferáza flexibilní smyčku, která se pohybuje do pozičních skupin v ideálních pozicích pro katalýza.[4] Používají také mnoho molekul vody k udržení všeho na místě během reakce.[6]

Struktura enzymu

Krystalová struktura OPRTázy byla několikrát řešena různými vědeckými skupinami.[1][10][11][12]V bakteriích je celková struktura dimerem dvou podjednotek, z nichž každá se skládá ze sedmi a-šroubovic a deseti β-řetězců, s molekulovou hmotností 23919,13 Da.[13] Orotát fosforibosyltransferáza má jádrovou část plus pružnou smyčku, která při uzavření brání vstupu rozpouštědla během reakce.[1] V jiných organismech, jako jsou savci, hmyz a sliz, je to jedna z domén UMP syntáza, s druhou bytostí orotidylát dekarboxyláza.[14] N-terminál má dvojici antiparalelních řetězců se zbytky, které interagují s vázaným orotátem a Lys 26, která sahá až k aktivnímu místu a tvoří vazbu s pružnou smyčkou v uzavřené formě.[6] Kyselina orotová a PRPP jsou stabilizovány v aktivním místě většinou vodíkovou vazbou se stabilizujícími interakcemi od Lys 26, Phe 34 a Phe 35 do kyselina orotová, stejně jako Thr 128, Ala 129, Gly 130, Ala 132, Asp 124, Lys 26 a Lys 73 až PRPP.[14] Když je Lys 26 mutován, orotát fosforibosyltransferáza často vykazuje sníženou aktivitu a specificitu.[6]

Aktivní místo orotát fosforibosyltransferázy vázané na kyselinu orotovou a PRPP v Salmonella typhimurium. Jsou ukázány stabilizační zbytky, včetně Lys 26, Phe 34 a Phe 35, které stabilizují kyselinu orotovou, stejně jako Thr 128, Ala 129, Gly 130, Ala 132, Asp 124, Lys 26 a Lys 73.[14]

Relevance nemoci

Vady orotátfosforibosyltransferázy se podílejí na mnoha zdravotních stavech. Poruchy v doméně orotát fosforibosyltransferázy UMPS způsobit orotická acidurie u lidí, což je vzácné dědičné metabolické onemocnění vyplývající z problémů s pyrimidin metabolismus.[15] Může to vést k megaloblastická anémie a krystalurie kyseliny orotové, která je spojena s fyzickými a duševními poruchami.[15] Orotická acidurie byl poprvé zaznamenán v roce 1959, kdy přebytek kyselina orotová byl nalezen v moči kojence.[6] Pokud mají jedinci mutaci vedoucí ke ztrátě aktivity orotát fosforibosyltransferázy a tím i UTP Výroba, kyselina orotová hromadí se a může být až 1,5 g / den v kojenecké moči.[6] Je to proto, že UTP je normální konečný produkt u zdravých jedinců v pyrimidinové syntetické dráze a normálně dráhu reguluje.[6] Kyselina orotová nahromadění může vést ke srážení ledvin a nakonec k selhání ledvin.[6] Podobně u skotu Holstein je nedostatek UMPS způsoben autozomální poruchou, která vede k úhynu potomků na počátku embryonální Stát.[16]

Orotát fosforibosyltransferáza je také hlavním enzymem zapojeným do přeměny 5-flurouracil na 5-F-UMP prostřednictvím fosforibosylace. Některé vědecké studie ukázaly, že orotát fosforibosyltransferáza může potenciálně hrát roli v prognostice rakoviny.[17] Jedna studie například zjistila, že poměr genové exprese orotát fosforibosyltransferázy k dihydropyrimidin dehydrogenáza ovlivňuje prognózu metastatický kolorektální karcinom pacienti po podání fluropyrimidinu chemoterapie.[17] Předpokládá se, že 5-F-UMP se stává inhibitorem sebevraždy thymidylát syntetáza a hraje důležitou roli v inhibici růstu nádoru.[17][18] Když resekovatelný kolorektální karcinom pacienti byli léčeni perorálním 5-flurouracilem, měli pacienti s vysokými hladinami orotát fosforibosyltransferázy významně lepší výsledky přežití.[18] Podobně se předpokládá potenciál prognózy založený na hladinách a aktivitě orotát fosforibosyltransferázy karcinom močového měchýře a karcinom žaludku.[19][20]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d González-Segura L, Witte JF, McClard RW, Hurley TD (prosinec 2007). „Tvorba ternárních komplexů a indukovaná asymetrie v orotátfosforibosyltransferáze“. Biochemie. 46 (49): 14075–86. doi:10.1021 / bi701023z. PMID  18020427.
  2. ^ Yablonski MJ, Pasek DA, Han BD, Jones ME, Traut TW (květen 1996). „Vnitřní aktivita a stabilita bifunkční lidské UMP syntázy a jejích dvou samostatných katalytických domén, orotát fosforibosyltransferázy a orotidin-5'-fosfát dekarboxylázy“. The Journal of Biological Chemistry. 271 (18): 10704–8. doi:10.1074 / jbc.271.18.10704. PMID  8631878.
  3. ^ A b Musick WD (1981). "Strukturní rysy fosforibosyltransferáz a jejich vztah k poruchám lidského deficitu metabolismu purinu a pyrimidinu". CRC kritické recenze v biochemii. 11 (1): 1–34. doi:10.3109/10409238109108698. PMID  7030616.
  4. ^ A b C d E Okesli A, Khosla C, Bassik MC (prosinec 2017). "Lidská pyrimidinová nukleotidová biosyntéza jako cíl antivirové chemoterapie". Aktuální názor na biotechnologie. 48: 127–134. doi:10.1016 / j.copbio.2017.03.010. PMC  5659961. PMID  28458037.
  5. ^ A b Berg JM, Tymoczko JL, Gatto GJ, Stryer L (2018). „Stryer Biochemie“. doi:10.1007/978-3-662-54620-8. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  6. ^ A b C d E F G h i j k l Schramm VL, Grubmeyer C (2004). "Fosforibosyltransferázové mechanismy a role v metabolismu nukleových kyselin". Pokrok ve výzkumu nukleových kyselin a molekulární biologie. 78: 261–304. doi:10.1016 / s0079-6603 (04) 78007-1. ISBN  9780125400787. PMID  15210333.
  7. ^ A b Frey PA, Arabshahi A (září 1995). "Standardní změna volné energie pro hydrolýzu alfa, beta-fosfoanhydridového můstku v ATP". Biochemie. 34 (36): 11307–10. doi:10.1021 / bi00036a001. PMID  7547856.
  8. ^ Wang GP, Cahill SM, Liu X, Girvin ME, Grubmeyer C (leden 1999). "Pohybová dynamika katalytické smyčky v OMP syntáze". Biochemie. 38 (1): 284–95. doi:10.1021 / bi982057s. PMID  9890909.
  9. ^ Bhagavan NV, Ha CE (2015). "Nukleotidový metabolismus". Základy lékařské biochemie. Elsevier. str. 465–487. doi:10.1016 / b978-0-12-416687-5.00025-7. ISBN  9780124166875.
  10. ^ Grubmeyer C, Hansen MR, Fedorov AA, Almo SC (červen 2012). "Struktura Salmonella typhimurium OMP syntázy v kompletním komplexu substrátu". Biochemie. 51 (22): 4397–405. doi:10.1021 / bi300083p. PMC  3442144. PMID  22531064.
  11. ^ Henriksen A, Aghajari N, Jensen KF, Gajhede M (březen 1996). „Flexibilní smyčka na rozhraní dimeru je součástí aktivního místa sousedního monomeru Escherichia coli orotát fosforibosyltransferázy.“ Biochemie. 35 (12): 3803–9. doi:10.1021 / bi952226y. PMID  8620002.
  12. ^ Scapin G, Grubmeyer C, Sacchettini JC (1994). "Krystalová struktura orotátfosforibosyltransferázy". Biochemie. 33 (6): 1287–1294. doi:10.1021 / bi00172a001. PMID  8312245.
  13. ^ PDB: 1STO​; Scapin G, Grubmeyer C, Sacchettini JC (únor 1994). "Krystalová struktura orotát fosforibosyltransferázy". Biochemie. 33 (6): 1287–94. doi:10.1021 / bi00172a001. PMID  8312245.
  14. ^ A b C Scapin G, Ozturk DH, Grubmeyer C, Sacchettini JC (srpen 1995). „Krystalová struktura orotát fosforibosyltransferázy v komplexu s orotátem a alfa-D-5-fosforibosyl-1-pyrofosfátem“. Biochemie. 34 (34): 10744–54. doi:10.1021 / bi00034a006. PMID  7545004.
  15. ^ A b Suchi M, Harada N, Tsuboi T, Asai K, Okajima K, Wada Y, Takagi Y (červenec 1988). "152 Molekulární klonování lidské UMP syntázy". Pediatrický výzkum. 24 (1): 136. doi:10.1203/00006450-198807000-00176.
  16. ^ Schwenger B, Schöber S, Simon D (duben 1993). „DUMPS skot nese bodovou mutaci v genu uridinmonofosfát syntázy“. Genomika. 16 (1): 241–4. doi:10.1006 / geno.1993.1165. PMID  8486364.
  17. ^ A b C Ichikawa W, Uetake H, Shirota Y, Yamada H, Takahashi T, Nihei Z, Sugihara K, Sasaki Y, Hirayama R (říjen 2003). „Jak genová exprese pro orotát fosforibosyltransferázu, tak její poměr k dihydropyrimidin dehydrogenáze ovlivňují výsledek po chemoterapii fluoropyrimidinem na bázi metastazujícího kolorektálního karcinomu“. British Journal of Cancer. 89 (8): 1486–92. doi:10.1038 / sj.bjc.6601335. PMC  2394351. PMID  14562021.
  18. ^ A b Ochiai T, Nishimura K, Noguchi H, Kitajima M, Tsukada A, Watanabe E, Nagaoka I, Futagawa S (červen 2006). „Prognostický dopad orotátfosforibosyltransferázy mezi metabolickými enzymy 5-fluorouracilu v resekovatelných kolorektálních rakovinách léčených orální adjuvantní chemoterapií na bázi 5-fluorouracilu“. International Journal of Cancer. 118 (12): 3084–8. doi:10.1002 / ijc.21779. PMID  16425285.
  19. ^ Sakurai Y, Sakamoto K, Sugimoto Y, Yoshida I, Masui T, Tonomura S, Inaba K, Shoji M, Nakamura Y, Uyama I, Komori Y, Ochiai M, Matsuura S, Tanaka H, ​​Oka T, Fukushima M (červen 2006 ). „Hladiny orotátu fosforibosyltransferázy měřené nově zavedeným enzymovým imunosorbentním testem u karcinomu žaludku“. Cancer Science. 97 (6): 492–8. doi:10.1111 / j.1349-7006.2006.00200.x. PMID  16734727.
  20. ^ Mizutani Y, Wada H, Fukushima M, Yoshida O, Nakanishi H, Li YN, Miki T (únor 2004). "Prognostický význam aktivity orotát fosforibosyltransferázy v karcinomu močového měchýře". Rakovina. 100 (4): 723–31. doi:10.1002 / cncr.11955. PMID  14770427.