Tryptofan syntáza - Tryptophan synthase

Tryptofan syntáza
Tryptofan Synthase Dimer 3.png
Podjednotky: Beta podjednotka, Alfa podjednotka s PLP, IGP
Identifikátory
EC číslo4.2.1.20
Číslo CAS9014-52-2
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Tryptofan syntáza nebo tryptofan syntetáza je enzym který katalyzuje poslední dva kroky v biosyntéze tryptofan.[1] To se běžně vyskytuje v Eubakterie,[2] Archeobakterie,[3] Protista,[4] Houby,[5] a Plantae.[6] Nicméně chybí Animalia.[7] Obvykle se vyskytuje jako tetramer α2β2. Podjednotky α katalyzují reverzibilní tvorbu indol a glyceraldehyd-3-fosfát (G3P) z indol-3-glycerolfosfátu (IGP). Β podjednotky katalyzují nevratnou kondenzaci indolu a serin za vzniku tryptofanu v a pyridoxal fosfát (PLP) závislá reakce. Každé a aktivní místo je spojeno s aktivním místem p prostřednictvím hydrofobního kanálu o délce 25 angstrů obsaženého v enzymu. To usnadňuje difúzi indolu vytvořeného na aktivních místech α přímo do aktivních míst p v procesu známém jako směrování substrátu.[8] Aktivní stránky tryptofan syntázy jsou alostericky spojený.[9]

Struktura enzymu

Podjednotky: Tryptofan syntáza obvykle existuje jako komplex α-ββ-α. Podjednotky a a p mají molekulové hmotnosti 27, respektive 43 kDa. Podjednotka α má a Hlaveň TIM konformace. P podjednotka má skládací konformaci typu II a vazebné místo sousedící s aktivním místem pro jednomocné kationty.[10] Jejich sestavení do komplexu vede ke strukturálním změnám v obou podjednotkách, které mají za následek vzájemnou aktivaci. Existují dva hlavní mechanismy pro komunikaci mezi podjednotkami. Nejprve interagují doména COMM β-podjednotky a α-smyčka 2 a-podjednotky. Kromě toho existují interakce mezi zbytky αGly181 a pSer178.[11] Aktivní stránky jsou regulovány alostericky a procházejí přechody mezi otevřeným, neaktivním a uzavřeným, aktivním stavem.[9]

Vazebné místo pro indol-3-glycerol: Viz obrázek 1.

Vazebné místo pro indol a serin: Viz obrázek 1.

Hydrofobní kanál: Aktivní místa α a β jsou oddělena délkou 25 angstromů hydrofobní kanál obsažený v enzymu umožňující difúzi indolu. Pokud by kanál neexistoval, indol vytvořený na aktivním místě α by rychle difundoval a byl by ztracen do buňky, protože je hydrofobní a může snadno procházet membránami. Jako takový je kanál nezbytný pro funkci komplexu enzymů.[12]

titulek.
Obrázek 2: Navrhovaný mechanismus tryptofan syntázy

Enzymový mechanismus

Reakce podjednotky α: Podjednotka α katalyzuje tvorbu indolu a G3P z retroaldolového štěpení IGP. Předpokládá se, že αGlu49 a αAsp60 jsou přímo zapojeny do katalýzy, jak je znázorněno.[8] Krokem omezujícím rychlost je izomerizace IGP.[13] Viz obrázek 2.

β podjednotková reakce: Β podjednotka katalyzuje β-substituční reakci, při které kondenzuje indol a serin za vzniku tryptofanu v reakci závislé na PLP. Předpokládá se, že pLys87, pGlu109 a pSer377 jsou přímo zapojeny do katalýzy, jak je znázorněno.[8] Přesný mechanismus opět nebyl přesvědčivě stanoven. Viz obrázek 2.

Čistá reakce: Viz obrázek 3.

Obrázek 3: Reakce katalyzovaná tryptofan syntázou
titulek.
Obrázek 1: Aktivní místa pro podjednotky α a β vykazující předpokládané katalytické zbytky

Biologická funkce

Tryptofan syntáza se běžně vyskytuje v Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Houby a Plantae. Chybí u zvířat, jako jsou lidé. Tryptofan je jedním z dvaceti standardů aminokyseliny a jeden z devíti esenciální aminokyseliny pro lidi. Jako takový je tryptofan nezbytnou součástí lidské stravy.

Rozsah substrátu

Je také známo, že tryptofan syntetáza přijímá indolové analogy, např. Fluorované nebo methylované indoly, jako substráty za vzniku odpovídajících tryptofanových analogů.[14]

Relevance nemoci

Jelikož lidé nemají tryptofan syntázu, byl tento enzym zkoumán jako potenciál drogový cíl.[15] Předpokládá se však, že bakterie mají alternativní mechanismy produkce aminokyselin, které by mohly tento přístup snížit. V obou případech, i když droga pouze oslabuje bakterie, může to být užitečné, protože bakterie jsou již v prostředí nepřátelského hostitele zranitelné. Inhibice tryptofan syntázy spolu s dalšími PLP-enzymy v metabolismu aminokyselin má potenciál pomoci při řešení zdravotních problémů.[16]

Inhibice tryptofan syntázy a dalších PLP enzymů v metabolismu aminokyselin byla navržena pro:

Vývoj

Předpokládá se, že na počátku evoluce byl gen trpB2 duplikován. Jedna kopie vstoupila do trp operon jako trpB2i umožňující jeho expresi s trpA. TrpB2i vytvořil přechodné komplexy s TrpA a v procesu aktivoval TrpA jednosměrně. Druhá kopie zůstala venku jako trpB2o a splňovala existující roli nebo hrála novou, jako byla funkce záchranného proteinu pro indol. TrpB2i se vyvinul do TrpB1, který vytvořil trvalé komplexy s trpA, což vedlo k obousměrné aktivaci. Výhoda proteinu na záchranu indolu klesla a gen TrpB byl ztracen. Nakonec byly fúzovány geny TrpB1 a TrpA, což vedlo k tvorbě bifunkčního enzymu.[19]

Historický význam

Tryptofan syntáza byla prvním identifikovaným enzymem, který měl dva katalytické schopnosti, které byly důkladně studovány. Byl také prvním identifikovaným využívajícím směrování substrátu. Jako takový byl tento enzym rozsáhle studován a je předmětem velkého zájmu.[8]

Viz také

Reference

  1. ^ Dunn MF, Niks D, Ngo H, Barends TR, Schlichting I (červen 2008). "Tryptofan syntáza: fungování směrovacího nanomachinu". Trendy v biochemických vědách. 33 (6): 254–64. doi:10.1016 / j.tibs.2008.04.008. PMID  18486479.
  2. ^ Jablonski P, Jablonski L, Pintado O, Sriranganathan N, Howde C (září 1996). „Tryptofan syntáza: Identifikace B podjednotky tryptofan syntázy Pasteurella multocida antisérem proti kmenu PI059“. Mikrobiologie. 142: 115–21. doi:10.1099/13500872-142-1-115. PMID  8581158.
  3. ^ Lazcano A, Diaz-Villgomez E, Mills T, Oro J (březen 1995). „Na úrovních specificity enzymatického substrátu: důsledky pro časný vývoj metabolických cest“. Pokroky ve vesmírném výzkumu. 15 (3): 345–56. doi:10.1016 / S0273-1177 (99) 80106-9. PMID  11539248.
  4. ^ Anderson I, Watkins R, Samuelson J, Spencer D, Majoros W, Gray M, Loftus B (srpen 2005). „Gene Discovery v genomu Acanthamoeba castellanii“. Protist. 156 (2): 203–14. doi:10.1016 / j.protis.2005.04.001. PMID  16171187.
  5. ^ Irsko C, Peekhaus N, Lu P, Sangari R, Zhang A, Masurekar P, An Z (duben 2008). „Gen tryptofan syntetázy TRP1 od Nodulisporium sp .: molekulární charakterizace a její vztah k produkci kyseliny nodulisporové A“. Appl Microbiol Biotechnol. 79 (3): 451–9. doi:10.1007 / s00253-008-1440-3. PMID  18389234.
  6. ^ Sanjaya, Hsiao PY, Su RC, Ko SS, Tong CG, Yang RY, Chan MT (duben 2008). „Nadměrná exprese tryptofan syntázy Arabidopsis thaliana beta 1 (AtTSB1) v Arabidopsis a rajčatech propůjčuje toleranci vůči stresu kadmiem“. Plant Cell Environ. 31 (8): 1074–85. doi:10.1111 / j.1365-3040.2008.01819.x. PMID  18419734.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  7. ^ Eckert SC, Kubler E, Hoffmann B, Braus GH (červen 2000). "Tryptofan syntáza kódující trpB gen Aspergillus nidulans je regulován křížovým regulačním systémem". Mol Gen Genet. 263 (5): 867–76. doi:10,1007 / s004380000250. PMID  10905354.
  8. ^ A b C d Raboni S, Bettati S, Mozzarelli A (duben 2009). "Tryptofan syntáza: důl pro enzymology". Cell Mol Life Sci. 66 (14): 2391–403. doi:10.1007 / s00018-009-0028-0. hdl:11381/2293687. PMID  19387555.
  9. ^ A b Fatmi MQ, Ai R, Chang CA (září 2009). "Synergická regulace a ligandem vyvolané konformační změny tryptofan syntázy". Biochemie. 48 (41): 9921–31. doi:10.1021 / bi901358j. PMID  19764814.
  10. ^ Grishin NV, Phillips MA, Goldsmith EJ (červenec 1995). „Modelování prostorové struktury ornithinových dekarboxyláz“. Protein Sci. 4 (7): 1291–304. doi:10.1002 / pro.5560040705. PMC  2143167. PMID  7670372.
  11. ^ Schneider TR, Gerhardt E, Lee M, Liang PH, Anderson KS, Schlichting I (duben 1998). Msgstr "Uzavření smyčky a komunikace mezi podjednotkami v tryptofan syntáze". Biochemie. 37 (16): 5394–406. doi:10.1021 / bi9728957. PMID  9548921.
  12. ^ Huang X, Holden HM, Raushel FM (2001). „Usměrňování substrátů a meziproduktů v reakcích s enzymovými katalyzátory“. Annu Rev Biochem. 70: 149–80. doi:10.1146 / annurev.biochem.70.1.149. PMID  11395405.
  13. ^ Anderson KS, Miles EW, Johnson KA (květen 1991). "Serin moduluje směrování substrátu v tryptofan syntáze. Nový mechanismus spouštění mezi podjednotkami". J Biol Chem. 266 (13): 8020–33. PMID  1902468.
  14. ^ Wilcox, Michael (01.06.1974). "Enzymatická syntéza analogů l-tryptofanu". Analytická biochemie. 59 (2): 436–440. doi:10.1016/0003-2697(74)90296-6. PMID  4600987.
  15. ^ A b C Chaudhary K, Roos DS (září 2005). „Protozoální genomika pro objevování drog“. Nat Biotechnol. 23 (9): 1089–91. doi:10.1038 / nbt0905-1089. PMC  7096809. PMID  16151400.
  16. ^ Becker D, Selbach M, Rollenhagen C, Ballmaier M, Meyer TF, Mann M, Bumann D (březen 2006). "Robustní metabolismus salmonely omezuje možnosti nových antimikrobiálních látek". Příroda. 440 (7082): 303–7. doi:10.1038 / nature04616. PMID  16541065.
  17. ^ Caldwell HD, Wood H, Crane D, Baily R (červen 2003). „Polymorfismy v genech tryptofan syntázy Chlamydia trachomatis rozlišují mezi genitálními a očními izoláty“. J Clin Invest. 111 (11): 1757–69. doi:10,1172 / JCI17993. PMC  156111. PMID  12782678.
  18. ^ Kulik V, Hartmann E, Weyand M, Frey M, Gierl A, Niks D, Dunn MF, Schlichting I (září 2005). „Na strukturálním základě katalytického mechanismu a regulace a-podjednotky tryptofan syntázy ze Salmonella typhimurium a BXI z kukuřice, dvou evolučně příbuzných enzymů“. J Mol Biol. 352 (3): 608–20. doi:10.1016 / j.jmb.2005.07.014. PMID  16120446.
  19. ^ Leopoldseder S, Hettwer S, Sterner R (listopad 2006). „Vývoj komplexů s více enzymy: případ tryptofan syntázy“. Biochemie. 45 (47): 14111–9. doi:10.1021 / bi061684b. PMID  17115706.