Fosfoenolpyruvát mutáza - Phosphoenolpyruvate mutase

fosfoenolpyruvát mutáza
Identifikátory
EC číslo5.4.2.9
Číslo CAS115756-49-5
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

v enzymologie, a fosfoenolpyruvát mutáza (ES 5.4.2.9 ) je enzym že katalyzuje the chemická reakce

fosfoenolpyruvát 3-fosfonopyruvát

PEP na PPR.png

Tento enzym tedy jeden má Podklad, fosfoenolpyruvát (PEP) a jedna produkt, 3-fosfonopyruvát (PPR), které jsou strukturní izomery.

Tento enzym patří do rodiny izomerázy, konkrétně fosfotransferázy (fosfomutázy), které přenášejí fosfátové skupiny v molekule. The systematické jméno této třídy enzymů je fosfoenolpyruvát 2,3-fosfonomutázu. Mezi další běžně používaná jména patří fosfoenolpyruvát-fosfonopyruvátfosfomutáza, PEP fosfomutáza, fosfoenolpyruvátfosfomutáza, PEPPM, a PEP fosfomutáza. Tento enzym se účastní metabolismus aminofosfonátů.

Fosfoenolpyruvát mutáza byla objevena v roce 1988.[1][2]

Strukturální studie

Ke konci roku 2007, 6 struktur byly pro tuto třídu enzymů vyřešeny, vše skupinou Herzberg [1] na University of Maryland pomocí PEPPM z modrá slávka, Mytilus edulis. První struktura (PDB přístupový kód 1PYM ) byl vyřešen v roce 1999 a obsahoval inhibitor oxalátu hořečnatého.[3] Tato struktura identifikovala enzym jako sestávající ze stejného beta barel podjednotky (vystavující Hlaveň TIM záhyb, který se skládá z osmi paralel beta vlákna ). Byla pozorována dimerizace, při které šroubovice z každé podjednotky interaguje s hlavní druhé podjednotky; autoři tuto funkci nazvali „helix swapping“. Dimery mohou také dimerizovat za vzniku homotetramerního enzymu. Na základě této studie byl navržen mechanismus přenosu dvojitého fosforylu: to by zahrnovalo rozbití vazby fosfor-kyslík PEP za vzniku fosfoenzymového meziproduktu, po kterém následuje přenos fosforylové skupiny z enzymu na uhlík-3 za vzniku PPR.

Avšak v poslední době byla vyřešena struktura s inhibitorem sulfopyruvátu, který je bližším analogem substrátu (1M1B );[4] tato studie místo toho podporovala a disociativní mechanismus. Pozoruhodným rysem těchto struktur bylo stínění Aktivní stránky z rozpouštědla; bylo navrženo, aby významné konformační změna probíhá navázáním, aby to bylo umožněno, přemístěním proteinu z „otevřeného“ do „uzavřeného“ stavu a toto bylo podporováno několika krystalovými strukturami v otevřeném stavu.[5] Tři z nich byli z divoký typ: apoenzym v 1S2T, enzym plus jeho hořčíkový iontový kofaktor v 1S2V a enzym s vysokou iontovou silou v 1S2W. Mutant (D58A, v jedné ze smyček aktivního místa) byl krystalizován také jako apoenzym (1S2U ). Z těchto struktur byla identifikována "hradlovací" smyčka aktivního místa (zbytky 115-133), která chrání substrát před rozpouštědlem v uzavřené konformaci.

Dvě konformace, převzaté z krystalových struktur 1M1B (uzavřená) a 1S2T (otevřená), jsou zakotveny do sebe na obrázcích níže; liší se zanedbatelně, s výjimkou hradlovací smyčky, která je pro uzavřenou konformaci zbarvena fialově a pro otevřenou konformaci modře. V detailním obrázku aktivního místa (vlevo) je také zahrnuto několik postranních řetězců (azurová), které byly identifikovány jako důležité při katalýze; přehled (vpravo) ilustruje výraznou záměnu šroubovice. Obrázky jsou stále záběry z stuha kinemages. Obě tyto struktury byly krystalizovány jako dimery. V řetězci A (používá se k detailnímu zobrazení aktivního místa) jsou šroubovice červené, zatímco smyčky (jiné než vtoková smyčka) jsou bílé a řetězce beta jsou zelené; v řetězci B jsou šroubovice žluté, vlákna beta jsou olivová a smyčky šedé; tyto barvy jsou stejné pro uzavřené i otevřené struktury. Hořčíkové ionty jsou šedé a sulfopyruvátové ligandy jsou růžové; oba jsou z uzavřené struktury (ačkoli enzym byl také krystalizován pouze s vázaným hořčíkem a přijal otevřenou konformaci).

Aktivní stránka PEPPM.jpg Přehled PEPPM.jpg

Struktura PEPPM je velmi podobná struktuře methylisocitrát lyáza, enzym podílející se na propanoát metabolismus, jehož substrát je také nízkomolekulární karboxylová kyselina —Struktura beta-barelu, stejně jako aktivní rozložení webu a geometrie multimerizace jsou stejné. Isocitrát lyáza je také docela podobný, ačkoli každá podjednotka má kromě hlavní beta hlavně i druhou, menší doménu beta.

Mechanismus

Předpokládá se, že fosfoenolpyruvát mutáza vykazuje disociační mechanismus.[4] Hořčíkový iont je zapojen jako kofaktor. Zdá se také, že fosforyl / fosfátová skupina iontově interaguje s Arg159 a His190 a stabilizuje reaktivní meziprodukt. Fosfoenzymový meziprodukt je nepravděpodobný, protože nejpravděpodobnější zbytky pro kovalentní adukt mohou být mutovány pouze s částečnou ztrátou funkce. Reakce zahrnuje disociaci fosforu z kyslíku 2 a poté a nukleofilní útok uhlíkem 3 na fosforu. Je pozoruhodné, že konfigurace je zachována na fosforu, tj. Uhlík 3 z PPR se přidává ke stejné ploše fosforu, ze kterého byl odstraněn kyslík 2 z PEP; to by bylo nepravděpodobné pro disociativní mechanismus bez enzymu katalyzovaný, ale protože reaktivní meziprodukt silně interaguje s aminokyselinami a ionty hořčíku aktivního místa, lze ho očekávat v přítomnosti enzymové katalýzy.

Zbytky ve vtokové smyčce aktivního místa, zejména Lys120, Asn122 a Leu124, také interagují se substrátem a reaktivním meziproduktem; tyto interakce vysvětlují, proč se smyčka přesouvá do uzavřené konformace při vázání substrátu.

Biologická funkce

Protože fosfoenolpyruvát mutáza má neobvyklou schopnost tvořit novou vazbu uhlík-fosfor, je nezbytná pro syntézu fosfonáty, jako fosfonolipidy a antibiotika fosfomycin a bialaphos. Tvorba této vazby je poměrně termodynamicky nepříznivá; přestože PEP je fosfátová sloučenina s velmi vysokou energií, rovnováha v interkonverzi PEP-PPR stále dává přednost PEP.[1] Enzym fosfonopyruvát dekarboxyláza představuje řešení tohoto problému: katalyzuje velmi termodynamicky příznivou dekarboxylaci PPR a výsledný 2-fosfonoacetaldehyd se poté převede na biologicky užitečné fosfonáty. To umožňuje, aby reakce fosfonolpyruvátu probíhala dopředu, kvůli Le Chatelierův princip. Dekarboxylace rychle odstraňuje produkt, a tak se reakce pohybuje vpřed, i když by bylo mnohem více reaktantu než produktu, pokud by systému bylo umožněno dosáhnout rovnováhy samo o sobě.

Enzym karboxyfosfoenolpyruvátfosfonomutáza provádí podobnou reakci, přeměňuje P-karboxyfosfoenolpyruvát na fosfinopyruvát a oxid uhličitý. [2] [6]

Reference

  1. ^ A b Bowman E, McQueney M, Barry RJ, Dunaway-Mariano D (1988). „Katalýza a termodynamika přesmyku fosfoenolpyruvát-fosfonopyruvát - vstup do třídy fosfonátů přirozeně se vyskytujících organofosforových sloučenin“. J. Am. Chem. Soc. 110 (16): 5575–5576. doi:10.1021 / ja00224a054.
  2. ^ Seidel HM, Freeman S, Seto H, Knowles JR (1988). „Fosfonátová biosyntéza: izolace enzymu odpovědného za tvorbu vazby uhlík-fosfor“. Příroda. 335 (6189): 457–458. Bibcode:1988Natur.335..457S. doi:10.1038 / 335457a0. PMID  3138545. S2CID  4310660.
  3. ^ Huang K, Li Z, Jia Y, Dunaway-Mariano D, Herzberg O (1999). "Výměna helixu mezi dvěma alfa / beta sudy: krystalová struktura fosfoenolpyruvát mutázy s navázaným Mg (2 +) - oxalátem". Skládání struktury. Des. 7 (5): 539–48. doi:10.1016 / S0969-2126 (99) 80070-7. PMID  10378273.
  4. ^ A b Liu S, Lu Z, Jia Y, Dunaway-Mariano D, Herzberg O (2002). „Disociativní přenos fosforylu v katalýze PEP mutázy: struktura komplexu enzym / sulfopyruvát a kinetické vlastnosti mutantů“. Biochemie. 41 (32): 10270–10276. doi:10.1021 / bi026024v. PMID  12162742.
  5. ^ Liu S, Lu Z, Han Y, Jia Y, Howard A, Dunaway-Mariano D, Herzberg O (2004). "Konformační flexibilita PEP mutázy". Biochemie. 43 (15): 4447–4453. CiteSeerX  10.1.1.432.6514. doi:10.1021 / bi036255h. PMID  15078090.
  6. ^ Hidaka T, Imai S, Hara O, Anzai H, Murakami T, Nagaoka K, Seto H (1990). „Karboxyfosfonoenolpyruvátfosfonomutáza, nový enzym katalyzující tvorbu vazby CP“. J. Bacteriol. 172 (6): 3066–72. doi:10.1128 / jb.172.6.3066-3072.1990. PMC  209109. PMID  2160937.