Syntáza kyseliny tetrahydrokanabinolové - Tetrahydrocannabinolic acid synthase

Syntáza kyseliny tetrahydrocannibinolové
Struktura proteinu syntázy kyseliny tetrahydrokanabinolové (THCA) .png
3VTE​
Identifikátory
EC číslo1.21.3.7
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum

Kyselina tetrahydrokanabinolová (THCA) syntáza (celé jméno Δ1-syntáza kyseliny tetrahydrokanabinolové) je enzym zodpovědný za katalyzující Formace THCA z kyselina kanabigerolová (CBGA). THCA je přímá předchůdce z tetrahydrokanabinol (THC), ředitel psychoaktivní součást konopí, který se vyrábí z různých kmenů Cannabis sativa. Proto je THCA syntáza považována za klíčový enzym kontrolující psychoaktivitu konopí.[1] Polymorfismy THCA syntázy vedou k různým úrovním THC v rostlinách konopí, což vede k "drogový typ" a "vláknový" C. sativa odrůdy.[2][3]

Struktura

THCA syntáza je 60 kDa (~ 500 aminokyselin) monomerní enzym s izoelektrický bod v 6.4.[4] Posttranslační N-vázaná glykosylace zvyšuje celkovou hmotnost na přibližně 74 kDa. The terciární struktura je rozdělena do dvou domén (domény I a II), s a flavin adenin dinukleotid (FAD) umístěny mezi dvěma doménami. Doména I zahrnuje osm alfa helixy a osm beta list a je kovalentně vázán na FAD. Doména II obsahuje pět alfa helixů obklopených osmi beta listy. Enzymy, které sdílejí podobné aminokyselinové sekvence, zahrnují flavoproteiny enzym berberinového můstku (BBE), glukooligosacharid oxidáza (GOOX) a aclacinomycin oxidoreduktáza (AknOx).[1]

Skupina FAD je místem enzymatické aktivity a je kovalentně vázána na His114 a Cys176. FAD je také vázán Vodíkové vazby se sousedními hlavními a postranními řetězci aminokyselin. Kokrystalizace THCA syntázy se substrátem nebo produktem dosud nebyla dokončena.[1]

  • Kofaktor FAD (zeleně) je umístěn mezi doménou I a doménou II THCA syntázy. Alfa šroubovice jsou azurová a beta listy purpurové.

  • FAD (zeleně) je kovalentně vázán na histidin 114 a cystein 176 (růžově).

Reakční mechanismus

Chemická struktura kyseliny cannbigerolové (CBGA), substrátu pro THCA syntázu.

THCA syntáza, a flavoprotein, používá a flavin adenin dinukleotid (FAD) kofaktor na katalyzovat the oxidační cyklizace z monoterpen skupina kyseliny kanabigerolové (CBGA). Podobné cyklizační reakce se vyskytují v biosyntéze monoterpenu z geranylpyrofosfát, ale nejsou oxidační.[5] THCA syntáza nevykazuje žádnou katalytickou aktivitu proti kanabigerol, kterému chybí a karboxyl skupina ve srovnání s CBGA, což naznačuje, že karboxylová skupina CBGA je nezbytná pro reakci.[1]

Celková chemická reakce je: CBGA + O2 THCA + H2Ó2

Chemická struktura kyselina tetrahydrokanabinolová (THCA), produkt THCA syntázy.

Hydrid je přenesen z CBGA ke snížení FAD, společně deprotonace a hydroxyl skupina zbytkem tyrosinu. Monoterpenová skupina v CBGA je poté umístěna tak, aby dokončila cyklizaci na THCA. Oxidace redukovaného FAD působením O2 vyrábí peroxid vodíku (H2Ó2).[6][1]

Reakční mechanismus THCA syntázy. Upraveno Shoyama et al. J. Mol. Bio. 2012.

Biologická funkce

THCA syntáza je exprimována v žlázách trichomy z Cannabis sativa. THCA syntáza může přispívat k Sebeobrana z Konopí rostliny produkcí THCA a peroxid vodíku, což jsou oba cytotoxický. Protože tyto produkty jsou pro rostlinu toxické, vylučuje se THCA syntáza do úložné dutiny trichomu.[7] THCA také působí jako faktor vyvolávající nekrózu otevřením mitochondriální propustnost přechodové póry, inhibici mitochondriální životaschopnosti a vedoucí ke stárnutí v tkáních listů.[8]

Neenzymatické dekarboxylace THCA během skladování nebo kouření THC, hlavní psychoaktivní složka konopí.[9] Další degradace působením teploty, autooxidace a světla tvoří kanabinol.[10] THC a další kanabinoidy je známo, že snižují nevolnost a zvracení a stimulují hlad, zejména u podstupujících pacientů chemoterapie rakoviny.[11]

Podobné enzymy jako THCA syntáza katalyzují tvorbu dalších kanabinoidů. Například, kyselina kanabidiolová (CBDA) syntáza je flavoprotein, který katalyzuje podobnou oxidační cyklizaci CPGA na CBDA, dominantní kanabinoidní složku typ vlákna C. sativa. CBDA prochází podobnou dekarboxylací kanabidiol.[12]

Význam

Poptávka je vysoká po THC a dalších kanabinoidech farmaceutické kvality kvůli jejich zájmu potenciální terapeutické použití, ale je potlačen právními předpisy z C. sativa pěstování v mnoha zemích.[13] Přímo chemická syntéza THC je obtížné kvůli vysokým nákladům a nízkým výnosům.[14] Proto bylo prozkoumáno použití THCA syntázy pro výrobu THC, protože CBGA se snadno syntetizuje a THCA snadno dekarboxyláty za vzniku THC.[10] Biosyntéza THCA expresí THCA syntázy v organismech byla zkoušena u bakterií, hmyzu a tabákových rostlin s omezeným úspěchem. Produkce THCA v miligramovém měřítku byla prokázána v roce Pichia pastoris kvasinkové buňky ve dvou nezávislých studiích.[15][13]

Reference

  1. ^ A b C d E Shoyama Y, Tamada T, Kurihara K, Takeuchi A, Taura F, Arai S, Blaber M, Shoyama Y, Morimoto S, Kuroki R (říjen 2012). „Struktura a funkce syntázy ∆1-tetrahydrokanabinolové kyseliny (THCA), enzymu kontrolujícího psychoaktivitu Cannabis sativa“. Journal of Molecular Biology. 423 (1): 96–105. doi:10.1016 / j.jmb.2012.06.030. PMID  22766313.
  2. ^ Staginnus C, Zörntlein S, de Meijer E (červenec 2014). „Značka PCR spojená s polymorfismem syntézy THCA je spolehlivým nástrojem pro rozlišení potenciálně rostlin TH Cannabis sativa L, které jsou potenciálně bohaté na THC.“ Journal of Forensic Sciences. 59 (4): 919–26. doi:10.1111/1556-4029.12448. PMID  24579739.
  3. ^ Kojoma M, Seki H, Yoshida S, Muranaka T (červen 2006). „Polymorfismy DNA v genu pro syntézu kyseliny tetrahydrokanabinolové (THCA) v„ drogovém typu “a„ vláknitém “typu„ Cannabis sativa L “. Forensic Science International. 159 (2–3): 132–40. doi:10.1016 / j.forsciint.2005.07.005. PMID  16143478.
  4. ^ Taura F, Morimoto S, Shoyama Y, Mechoulam R (1995). „První přímý důkaz mechanismu Δ1- biosyntéza kyseliny tetrahydrokanabinolové “. J. Am. Chem. Soc. 117 (38): 9766–9767. doi:10.1021 / ja00143a024.
  5. ^ Sirikantaramas S, Morimoto S, Shoyama Y, Ishikawa Y, Wada Y, Shoyama Y, Taura F (září 2004). „Gen kontrolující psychoaktivitu marihuany: molekulární klonování a heterologní exprese syntázy kyseliny Delta1-tetrahydrokanabinolové z Cannabis sativa L“. The Journal of Biological Chemistry. 279 (38): 39767–74. doi:10,1074 / jbc.M403693200. PMID  15190053.
  6. ^ Shoyama Y, Takeuchi A, Taura F, Tamada T, Adachi M, Kuroki R, Shoyama Y, Morimoto S (srpen 2005). „Krystalizace syntázy kyseliny Delta1-tetrahydrokanabinolové (THCA) z Cannabis sativa“. Acta Crystallographica oddíl F. 61 (Pt 8): 799–801. doi:10.1107 / S1744309105023365. PMC  1952348. PMID  16511162.
  7. ^ Sirikantaramas S, Taura F, Tanaka Y, Ishikawa Y, Morimoto S, Shoyama Y (září 2005). „Syntáza kyseliny tetrahydrokanabinolové, enzymu kontrolujícího psychoaktivitu marihuany, je vylučována do zásobní dutiny žláznatých trichomů“. Fyziologie rostlin a buněk. 46 (9): 1578–82. doi:10.1093 / pcp / pci166. PMID  16024552.
  8. ^ Morimoto S, Tanaka Y, Sasaki K, Tanaka H, ​​Fukamizu T, Shoyama Y, Shoyama Y, Taura F (červenec 2007). „Identifikace a charakterizace kanabinoidů, které indukují buněčnou smrt přechodem mitochondriální permeability v buňkách listového konopí“. The Journal of Biological Chemistry. 282 (28): 20739–51. doi:10,1074 / jbc.M700133200. PMID  17513301.
  9. ^ Yamauchi T, Shoyama Y, Aramaki H, Azuma T, Nishioka I (červenec 1967). „Kyselina tetrahydrokanabinolová, skutečná látka tetrahydrokanabinolu“. Chemický a farmaceutický bulletin. 15 (7): 1075–6. doi:10.1248 / cpb.15.1075. PMID  5583149.
  10. ^ A b Moreno-Sanz G (01.06.2016). "Kyselina 9-tetrahydrokanabinolová A". Výzkum konopí a kanabinoidů. 1 (1): 124–130. doi:10.1089 / can.2016.0008. PMC  5549534. PMID  28861488.
  11. ^ Guzmán M (říjen 2003). „Kanabinoidy: potenciální protirakovinné látky“. Recenze přírody. Rakovina. 3 (10): 745–55. doi:10.1038 / nrc1188. PMID  14570037.
  12. ^ Taura F, Sirikantaramas S, Shoyama Y, Yoshikai K, Shoyama Y, Morimoto S (červen 2007). „Cannabidiolic-acid synthase, the chemotype-určuje enzym ve vláknovém typu Cannabis sativa“. FEBS Dopisy. 581 (16): 2929–34. doi:10.1016 / j.febslet.2007.05.043. PMID  17544411.
  13. ^ A b Zirpel B, Stehle F, Kayser O (září 2015). „Produkce kyseliny Δ9-tetrahydrokanabinolová z kyseliny kanabigerolové celými buňkami Pichia (Komagataella) pastoris exprimující syntázu kyseliny Δ9-tetrahydrokanabinolové z Cannabis sativa L“. Biotechnologické dopisy. 37 (9): 1869–75. doi:10.1007 / s10529-015-1853-x. PMID  25994576.
  14. ^ Trost BM, Dogra K (březen 2007). „Syntéza (-) - Delta9-trans-tetrahydrokanabinolu: stereokontrola prostřednictvím Mo-katalyzované asymetrické allylové alkylační reakce“. Organické dopisy. 9 (5): 861–3. doi:10.1021 / ol063022k. PMC  2597621. PMID  17266321.
  15. ^ Lange K, Schmid A, Julsing MK (říjen 2015). „Výroba syntázy Δ (9) -tetrahydrokanabinolové kyseliny v Pichia pastoris umožňuje chemickou syntézu kanabinoidů“. Journal of Biotechnology. 211: 68–76. doi:10.1016 / j.jbiotec.2015.06.425. PMID  26197418.