Jump to content

Цистатионин-бета-синтаза

(Перенаправлено с Цистатионин-бета-синтазы )
CBS
Доступные структуры
ПДБ Поиск ортологов: PDBe RCSB
Идентификаторы
Псевдонимы CBS , HIP4, цистатионин-бета-синтаза, CBSL, цистатионин-бета-синтаза
Внешние идентификаторы Опустить : 613381 ; МГИ : 88285 ; Гомологен : 37258 ; GeneCards : CBS ; ОМА : CBS - ортологи
Ортологи
Разновидность Человек Мышь
Входить
Вместе
ЮниПрот
RefSeq (мРНК)

НМ_000071
НМ_001178008
НМ_001178009
НМ_001320298
НМ_001321072

НМ_001271353
НМ_144855
НМ_178224

RefSeq (белок)

НП_001258282
НП_659104
НП_835742

Местоположение (UCSC) Чр 21: 43.05 – 43.08 Мб Чр 17: 31,83 – 31,86 Мб
в PubMed Поиск [ 3 ] [ 4 ]
Викиданные
Просмотр/редактирование человека Просмотр/редактирование мыши

Цистатионин-β-синтаза , также известная как CBS , представляет собой фермент ( EC 4.2.1.22 ), который у человека кодируется CBS геном . Он катализирует первый этап пути транссульфурации от гомоцистеина к цистатионину : [ 5 ]

L -серин + L -гомоцистеин L -цистатионин + H 2 O

CBS использует кофактор пиридоксальфосфат (PLP) и может аллостерически регулироваться эффекторами, такими как вездесущий кофактор S -аденозил- L -метионин (adoMet). Этот фермент принадлежит к семейству лиаз , а именно гидролиаз, расщепляющих углерод-кислородные связи.

CBS представляет собой многодоменный фермент, состоящий из N-концевого ферментативного домена и двух доменов CBS . Ген CBS является наиболее распространенным локусом мутаций, связанных с гомоцистинурией . [ 6 ]

Номенклатура

[ редактировать ]

Систематическое название этого класса ферментов — L -серингидролиаза (добавляющая гомоцистеин; L -цистатионинобразующая). Другие широко используемые имена включают:

  • β-тионаза,
  • цистеинсинтаза,
  • L -серингидролиаза (с добавлением гомоцистеина),
  • метилцистеинсинтаза,
  • серинсульфгидраза и
  • серинсульфгидрилаза.

В 1961 году метилцистеинсинтазе был присвоен номер ЕС EC 4.2.1.23. Это вызвало побочная реакция CBS. Номер ЕС EC 4.2.1.23 был удален в 1972 году. [ 7 ]

Структура

[ редактировать ]
Последовательность и вторичная структура фермента CBS. [ 8 ]

Фермент цистатионин-β-синтаза человека представляет собой тетрамер и состоит из 551 аминокислоты с молекулярной массой субъединицы 61 кДа. Он представляет собой модульную организацию из трех модулей с N-концевым гемовым доменом, за которым следует ядро, содержащее кофактор PLP . [ 9 ] Кофактор находится глубоко в гемовом домене и связан основанием Шиффа. [ 10 ] Основание Шиффа представляет собой функциональную группу, содержащую связь C=N с атомом азота, соединенным с арильной или алкильной группой. Гемовый домен состоит из 70 аминокислот, и похоже, что гем существует только в CBS млекопитающих и отсутствует в CBS дрожжей и простейших . На С-конце регуляторный домен CBS содержит тандемный повтор двух доменов CBS β-α-β-β-α, мотива вторичной структуры, обнаруженного в других белках. [ 9 ] CBS имеет C-концевой ингибирующий домен. С-концевой домен цистатионин-β-синтазы регулирует ее активность посредством как внутристерических, так и аллостерических эффектов и важен для поддержания тетрамерного состояния белка. [ 9 ] Это ингибирование облегчается связыванием аллостерического эффектора adoMet или удалением регуляторного домена; однако масштабы эффектов различаются. [ 9 ] Мутации в этом домене коррелируют с наследственными заболеваниями . [ 11 ]

Гемовый домен содержит N-концевую петлю, которая связывает гем и обеспечивает аксиальные лиганды C52 и H65. Расстояние гема от сайта связывания PLP предполагает его неучастие в катализе, однако удаление гема-домена приводит к потере окислительно-восстановительной чувствительности, поэтому предполагается, что гем является окислительно-восстановительным сенсором. [ 10 ] Присутствие протопорфирина IX в CBS является уникальным PLP-зависимым ферментом и обнаруживается только в CBS млекопитающих. D. melanogaster и D. diskoides имеют усеченные N-концевые отростки и, следовательно, предотвращают образование консервативных гистидиновых и цистеиновых гемовых лигандов остатков . Однако последовательность Anopheles gambiae имеет более длинное N-концевое удлинение, чем человеческий фермент, и содержит консервативные остатки гистидинового и цистеинового гема- человека лиганда, такие как гем . Следовательно, возможно, что CBS у слизевиков и насекомых представляют собой гемепротеины, что позволяет предположить, что гемовый домен является ранней эволюционной инновацией, возникшей до разделения животных и слизевиков. [ 9 ] PLP с K119 представляет собой внутренний альдимин и образует основание Шиффа в активном центре. Между каталитическим и регуляторным доменами существует сверхчувствительный сайт, который вызывает протеолитическое расщепление и продуцирует укороченный димерный фермент, который более активен, чем исходный фермент. Как укороченный фермент, так и фермент, обнаруженный в дрожжах, не регулируются adoMet. Дрожжевой фермент также активируется за счет удаления С-конца с образованием димерного фермента. [ 9 ]

По состоянию на конец 2007 года две структуры для этого класса ферментов были решены PDB с кодами доступа 1JBQ и 1M54 .

Ферментативная активность

[ редактировать ]
цистатионин бета-синтаза
Гомодимер цистатионин-бета-синтазы, человек
Идентификаторы
Номер ЕС. 4.2.1.22
Номер CAS. 9023-99-8
Базы данных
ИнтЭнк вид IntEnz
БРЕНДА БРЕНДА запись
Экспаси Просмотр NiceZyme
КЕГГ КЕГГ запись
МетаЦик метаболический путь
ПРЯМОЙ профиль
PDB Структуры RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология АмиГО / QuickGO
Поиск
PMCarticles
PubMedarticles
NCBIproteins
Метаболизм цистеина. Цистатионин-бета-синтаза катализирует верхнюю реакцию, а цистатионин-гамма-лиаза катализирует нижнюю реакцию.

Транссульфурация, катализируемая CBS, превращает гомоцистеин в цистатионин , который цистатион-гамма-лиаза превращает в цистеин . [ 12 ]

CBS занимает ключевую позицию в метаболизме серы у млекопитающих в гомоцистеиновом соединении, где принимается решение сохранить метионин или превратить его в цистеин через путь транссульфурации . Более того, путь транссульфурации является единственным путем, способным удалять серосодержащие аминокислоты в условиях избытка. [ 9 ]

По аналогии с другими β-замещающими ферментами, в реакции, катализируемой CBS, предполагается участие ряда промежуточных продуктов, связанных с adoMet . Добавление серина приводит к реакции трансшиффизации , в результате которой образуется внешний альдимин . Альдимин промежуточного подвергается отщеплению протона у α-углерода с последующим отщеплением с образованием аминоакрилата . Нуклеофильная атака тиолата гомоцистеина на аминоакрилат и репротонирование Cα приводят к образованию внешнего альдимина цистатионина . Заключительная реакция трансальдиминирования высвобождает конечный продукт — цистатионин. [ 9 ] Конечный продукт, L -цистатионин, также может образовывать промежуточный аминоакрилат, что указывает на то, что вся реакция CBS обратима. [ 13 ]

Измеренное значение V 0 ферментативно-катализируемой реакции, как правило, отражает устойчивое состояние (где [ES] является постоянным), даже несмотря на то, что V 0 ограничено ранней частью реакции, и анализ этих начальных скоростей называется как стационарная кинетика. Стационарный кинетический анализ дрожжевого CBS дает параллельные линии. Эти результаты согласуются с предложенным механизмом пинг-понга, в котором за связыванием серина и высвобождением воды следует связывание гомоцистеина и высвобождение цистатионина. Напротив, кинетика фермента CBS в устойчивом состоянии крысы дает пересекающиеся линии, что указывает на то, что β-заместитель серина не высвобождается из фермента до связывания гомоцистеина. [ 9 ]

Одной из альтернативных реакций с участием CBS является конденсация цистеина с гомоцистеином с образованием цистатионина и сероводорода (H 2 S). [ 13 ] H 2 S в мозге вырабатывается из L -цистеина под действием CBS. Этот альтернативный метаболический путь также зависит от adoMet . [ 14 ]

Ферментативная активность CBS обнаруживается не во всех тканях и клетках. Он отсутствует в сердце, легких, семенниках, надпочечниках и селезенке у крыс. Было показано, что у людей он отсутствует в сердечной мышце и первичных культурах эндотелиальных клеток аорты человека. Отсутствие CBS в этих тканях означает, что эти ткани не способны синтезировать цистеин и что цистеин должен поступать из внеклеточных источников. Это также предполагает, что эти ткани могут иметь повышенную чувствительность к токсичности гомоцистеина, поскольку они не могут катаболизировать избыток гомоцистеина посредством транссульфурации. [ 13 ]

Регулирование

[ редактировать ]

Аллостерическая активация CBS с помощью adoMet определяет метаболическую судьбу гомоцистеина . CBS млекопитающих активируется AdoMet в 2,5-5 раз с константой диссоциации 15 мкМ. [ 6 ] AdoMet представляет собой аллостерический активатор, который увеличивает V max реакции CBS, но не влияет на K m субстратов. Другими словами, AdoMet стимулирует активность CBS за счет увеличения скорости оборота, а не за счет связывания субстратов с ферментом. [ 9 ] Этот белок может использовать морфеиновую модель аллостерической регуляции . [ 15 ]

Человеческий CBS выполняет решающий этап биосинтетического пути цистеина , обеспечивая точку регуляторного контроля для AdoMet. Гомоцистеин после метилирования в метионин может быть преобразован в AdoMet, который передает метильные группы различным субстратам, например, нейротрансмиттерам , белкам и нуклеиновым кислотам . AdoMet действует как аллостерический активатор CBS и контролирует его биосинтез: низкие концентрации AdoMet приводят к низкой активности CBS, тем самым направляя гомоцистеин в цикл трансметилирования для образования AdoMet. Напротив, высокие концентрации adoMet направляют гомоцистеин по пути транссульфурации к биосинтезу цистеина . [ 16 ]

У млекопитающих CBS представляет собой строго регулируемый фермент, который содержит гем- кофактор, который действует как окислительно-восстановительный сенсор. [ 11 ] который может модулировать его активность в ответ на изменения окислительно-восстановительного потенциала. Если в покоящейся форме CBS в клетке имеется железо (Fe 2+ ) гем, существует возможность активации фермента в окислительных условиях путем превращения в трехвалентное железо (Fe 3+ ) состояние. [ 9 ] Фе 2+ форма фермента ингибируется при связывании CO или оксида азота, тогда как активность фермента удваивается, когда Fe 2+ окисляется до Fe 3+ . Окислительно-восстановительное состояние гема зависит от pH, при этом происходит окисление Fe. 2+ –CBS в Fe 3+ – CBS предпочтителен в условиях низкого pH. [ 17 ]

Поскольку CBS млекопитающих содержит кофактор гема, тогда как ферменты дрожжей и простейших Trypanosoma cruzi не имеют кофакторов гема, исследователи предположили, что гем не требуется для активности CBS. [ 9 ]

CBS регулируется на уровне транскрипции с помощью NF-Y , SP-1 и SP-3 . Кроме того, его транскрипционная регуляция усиливается глюкокортикоидами и гликогеном и подавляется инсулином . Метионин активирует CBS на посттранскрипционном уровне.

Болезнь человека

[ редактировать ]

Синдром Дауна — это заболевание, характеризующееся сверхэкспрессией цистатионин-бета-синтазы (CBS) и низким уровнем гомоцистеина в крови. Было высказано предположение, что сверхэкспрессия цистатионин-бета-синтазы может быть основным виновником этого заболевания (наряду с дисфункцией GabaA и Dyrk1a). Фенотип синдрома Дауна противоположен гипергомоцистеинемии (описанной ниже). Фармакологические ингибиторы CBS запатентованы Фондом Жерома Лежена (ноябрь 2011 г.) и запланированы испытания (на животных и людях).

Гипергомоцистеинемия — это заболевание, характеризующееся аномально высоким уровнем гомоцистеина в крови. Мутации CBS являются единственной наиболее распространенной причиной наследственной гипергомоцистеинемии. Генетические дефекты, влияющие на ферментные пути MTHFR , MTR и MTRR/MS, также могут способствовать повышению уровня гомоцистеина. Врожденные ошибки CBS приводят к гипергомоцистеинемии с осложнениями на сердечно-сосудистую систему, приводящими к раннему и агрессивному заболеванию артерий. Гипергомоцистеинемия также поражает три другие основные системы органов, включая глазную, центральную нервную и скелетную. [ 9 ]

Гомоцистинурия, обусловленная дефицитом CBS, представляет собой особый тип гипергомоцистеинемии. Это редкое наследственное рецессивное аутосомное заболевание, которое обычно диагностируется в детстве. Всего была идентифицирована 131 различная мутация, вызывающая гомоцистинурию. Общей функциональной особенностью мутаций в доменах CBS является то, что мутации отменяют или сильно снижают активацию adoMet . [ 16 ] Специфического лечения гомоцистинурии не обнаружено; однако многие люди лечатся высокими дозами витамина B6 , который является кофактором CBS.

Биоинженерия

[ редактировать ]

Цистатионин-бета-синтаза (CBS) участвует в развитии ооцитов . Однако мало что известно о региональных и клеточных паттернах экспрессии CBS в яичниках, и в настоящее время исследования сосредоточены на определении местоположения и экспрессии во время развития фолликула в яичниках. [ 18 ]

Отсутствие цистатионин-бета-синтазы у мышей провоцирует бесплодие из-за потери экспрессии белка в матке. [ 19 ]

Гены, контролирующие экспрессию фермента CBS, могут не работать со 100% эффективностью у людей, у которых есть один из SNP ( однонуклеотидный полиморфизм , тип мутаций ), влияющий на этот ген. Известные варианты включают SNP A360A, C699T, I278T, N212N и T42N (среди прочих). Эти SNP, которые по-разному влияют на эффективность фермента, можно обнаружить с помощью стандартных методов тестирования ДНК.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с GRCh38: Версия Ensembl 89: ENSG00000160200 Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ Jump up to: а б с GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000024039 Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ «Ссылка на Human PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ «Ссылка на Mouse PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ «Ген Энтреза: цистатионин-бета-синтаза CBS» .
  6. ^ Jump up to: а б Яношик М., Кери В., Гаустаднес М., Маклин К.Н., Краус Дж.П. (сентябрь 2001 г.). «Регуляция цистатионин-бета-синтазы человека с помощью S-аденозил-L-метионина: доказательства наличия двух каталитически активных конформаций, включающих аутоингибирующий домен в С-концевой области». Биохимия . 40 (35): 10625–33. дои : 10.1021/bi010711p . ПМИД   11524006 .
  7. ^ ЕС 4.2.1.23
  8. ^ PDB : 1JBQ ; Мейер М., Яношик М., Кери В., Краус Дж. П., Буркхард П. (август 2001 г.). «Структура человеческой цистатионин-бета-синтазы: уникальный пиридоксаль-5'-фосфат-зависимый гем-белок» . Журнал ЭМБО . 20 (15): 3910–6. дои : 10.1093/emboj/20.15.3910 . ПМК   149156 . ПМИД   11483494 .
  9. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м Банерджи Р., Цзоу К.Г. (январь 2005 г.). «Окислительно-восстановительная регуляция и механизм реакции цистатионин-бета-синтазы человека: PLP-зависимый гемесенсорный белок». Архив биохимии и биофизики . 433 (1): 144–56. дои : 10.1016/j.abb.2004.08.037 . ПМИД   15581573 .
  10. ^ Jump up to: а б Яманиши М., Кабил О., Сен С., Банерджи Р. (декабрь 2006 г.). «Структурные данные о патогенных мутациях гем-зависимой цистатионин-бета-синтазы». Журнал неорганической биохимии . 100 (12): 1988–95. дои : 10.1016/j.jinorgbio.2006.08.020 . ПМИД   17069888 .
  11. ^ Jump up to: а б Кабил О., Чжоу Ю., Банерджи Р. (ноябрь 2006 г.). «Человеческая цистатионин-бета-синтаза является мишенью сумойлирования». Биохимия . 45 (45): 13528–36. дои : 10.1021/bi0615644 . ПМИД   17087506 .
  12. ^ Нодзаки Т., Сигета Ю., Сайто-Накано Ю., Имада М., Крюгер В.Д. (март 2001 г.). «Характеристика транссульфурации и путей биосинтеза цистеина у простейших гемофлагеллят Trypanosoma cruzi. Выделение и молекулярная характеристика цистатионин-бета-синтазы и серин-ацетилтрансферазы из Trypanosoma» . Журнал биологической химии . 276 (9): 6516–23. дои : 10.1074/jbc.M009774200 . ПМИД   11106665 .
  13. ^ Jump up to: а б с Джи К.Х., Крюгер В.Д. (2005). «Роль цистатионин-бета-синтазы в метаболизме гомоцистеина». Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 7 (5–6): 813–22. дои : 10.1089/ars.2005.7.813 . ПМИД   15890029 .
  14. ^ Это К., Кимура Х. (ноябрь 2002 г.). «Новый механизм усиления сероводородпродуцирующей активности цистатионин-бета-синтазы» . Журнал биологической химии . 277 (45): 42680–5. дои : 10.1074/jbc.M205835200 . ПМИД   12213817 .
  15. ^ Т. Селвуд и Э. К. Яффе (2011). «Динамическая диссоциация гомоолигомеров и контроль функции белка» . Арх. Биохим. Биофиз . 519 (2): 131–43. дои : 10.1016/j.abb.2011.11.020 . ПМЦ   3298769 . ПМИД   22182754 .
  16. ^ Jump up to: а б Иньул С., Эггермонт Дж. (декабрь 2005 г.). «Домены CBS: структура, функции и патология в белках человека» . Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 289 (6): C1369–78. doi : 10.1152/ajpcell.00282.2005 . ПМИД   16275737 .
  17. ^ Пураник М., Уикс С.Л., Лахайе Д., Кабил О., Таока С., Нильсен С.Б., Гровс Дж.Т., Банерджи Р., Спиро Т.Г. (май 2006 г.). «Динамика связывания монооксида углерода с бета-синтазой цистатионина» . Журнал биологической химии . 281 (19): 13433–8. дои : 10.1074/jbc.M600246200 . ПМЦ   2745537 . ПМИД   16505479 .
  18. ^ Лян Р., Ю В.Д., Ду Дж.Б., Ян Л.Дж., Шан М., Го Цз.З. (ноябрь 2006 г.). «Локализация цистатионин-бета-синтазы в яичниках мышей и профиль ее экспрессии во время развития фолликулов» . Китайский медицинский журнал . 119 (22): 1877–83. дои : 10.1097/00029330-200611020-00006 . ПМИД   17134586 . S2CID   23891500 .
  19. ^ Гусман М.А., Наварро М.А., Карнисер Р., Саррия А.Дж., Асин С., Арнал С., Муниеса П., Сурра Х.К., Арбонес-Майнар Х.М., Маеда Н., Осада Дж. (ноябрь 2006 г.). «Цистатионин-бета-синтаза необходима для женской репродуктивной функции» . Молекулярная генетика человека . 15 (21): 3168–76. дои : 10.1093/hmg/ddl393 . ПМИД   16984962 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0b11c4e48f689f84b1b1a549bb95910c__1702373280
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0b/0c/0b11c4e48f689f84b1b1a549bb95910c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cystathionine beta synthase - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)