ЭПСП-синтаза
| EPSP-синтаза (3-фосфошикимат-1-карбоксивинилтрансфераза) | |||
|---|---|---|---|
 Синтаза EPSP, лигандированная шикиматом. [ 1 ] | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.5.1.19 | ||
| Номер CAS. | 9068-73-9 | ||
| 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 | ||
| |||
| EPSP-синтаза (3-фосфошикимат-1-карбоксивинилтрансфераза) | |||
|---|---|---|---|
 Ленточная диаграмма синтазы EPSP | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | ЭПСП_синтаза | ||
| Пфам | PF00275 | ||
| ИнтерПро | ИПР001986 | ||
| PROSITE | PDOC00097 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1eps / SCOPe / СУПФАМ | ||
| |||
5-енолпирувилшикимат-3-фосфат ( ЭПСП ) синтаза представляет собой фермент, вырабатываемый растениями и микроорганизмами . EPSPS катализирует реакцию химическую :
- фосфоенолпируват (PEP) + 3- фосфошикимат (S3P) ⇌ фосфат + 5-енолпирувилшикимат-3-фосфат (EPSP)
Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются фосфоенолпируват (ПЭП) и 3-фосфошикимат, тогда как двумя его продуктами являются фосфат и 5-енолпирувилшикимат-3-фосфат.
Этот фермент отсутствует в геномах животных. Он представляет собой привлекательную биологическую мишень для гербицидов , таких как глифосат . Устойчивая к глифосату версия этого гена использовалась в генетически модифицированных сельскохозяйственных культурах .
Номенклатура
[ редактировать ]Фермент принадлежит к семейству трансфераз , а именно тех, которые переносят арильные или алкильные группы, отличные от метильных групп. Систематическое название этого класса ферментов — фосфоенолпируват:3-фосфошикимат-5- О- (1-карбоксивинил)-трансфераза . Другие широко используемые имена включают:
- 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтаза,
- 3-енолпирувилшикимат-5-фосфатсинтаза,
- 3-енолпирувилшикимовая кислота-5-фосфатсинтетаза,
- 5'-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтаза,
- 5-енолпирувил-3-фосфошикиматсинтаза,
- 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтетаза,
- 5-енолпирувилшикимат-3-синтаза фосфорной кислоты,
- енолпирувилшикиматфосфатсинтаза и
- 3-фосфошикимат-1-карбоксивинилтрансфераза.
Структура
[ редактировать ]EPSP-синтаза представляет собой мономерный фермент с молекулярной массой около 46 000. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Он состоит из двух доменов, соединенных белковыми нитями. Эта цепь действует как шарнир и может сблизить два белковых домена. Когда субстрат связывается с ферментом, лигандная связь заставляет две части фермента сжиматься вокруг субстрата в активном центре.
Синтаза EPSP была разделена на две группы в зависимости от чувствительности к глифосату. Фермент класса I, содержащийся в растениях и некоторых бактериях, ингибируется при низких микромолярных концентрациях глифосата, тогда как фермент класса II, обнаруженный в других бактериях, устойчив к ингибированию глифосатом. [ 5 ]
Путь Шикимате
[ редактировать ]EPSP-синтаза участвует в биосинтезе ароматических аминокислот фенилаланина , тирозина и триптофана по шикиматному пути у бактерий, грибов и растений. Синтаза EPSP вырабатывается только растениями и микроорганизмами; ген, кодирующий его, отсутствует в геноме млекопитающих . [ 6 ] [ 7 ] Кишечная флора некоторых животных содержит EPSPS. [ 8 ]
Реакция
[ редактировать ]енолпирувилшикимат-3-фосфат (EPSP) посредством ацеталеподобного EPSP-синтаза катализирует реакцию, которая превращает шикимат-3-фосфат плюс фосфоенолпируват в 5 - тетраэдрического промежуточного соединения . [ 9 ] [ 10 ] Основные и аминокислоты в активном центре участвуют в депротонировании гидроксильной группы PEP и в стадиях протонного обмена, связанных с самим тетраэдрическим интермедиатом, соответственно. [ 11 ]
Исследования кинетики ферментов этой реакции определили конкретную последовательность и энергетику каждой стадии процесса. [ 12 ] Депротонированный лизин22 действует как общее основание, депротонируя гидроксил S3P, так что образующийся оксианион может атаковать наиболее электрофильный углерод PEP. Глутамат341 действует как обычная кислота, отдавая H+. Депротонированный глутамат341 затем действует как основание, возвращая свой протон, а группа S3P отбрасывается и протонируется протонированным лизином.
Гербицидная мишень
[ редактировать ]EPSP-синтаза является биологической мишенью гербицида глифосата. [ 13 ] Глифосат является конкурентным ингибитором синтазы EPSP, действуя как аналог переходного состояния , который более прочно связывается с комплексом EPSPS-S3P, чем PEP, и ингибирует шикиматный путь . Это связывание приводит к ингибированию ферментативного катализа и закрытию этого пути. В конечном итоге это приводит к гибели организма из-за нехватки ароматических аминокислот, необходимых организму для выживания. [ 5 ] [ 14 ]
Версия фермента, которая была устойчива к глифосату и при этом была достаточно эффективной для обеспечения адекватного роста растений, была выявлена учеными Monsanto после долгих проб и ошибок в штамме Agrobacterium под названием CP4 ( Q9R4E4 ). Штамм CP4 был обнаружен выжившим в колонне с отходами на предприятии по производству глифосата. Фермент CP4 EPSP-синтаза был встроен в несколько генетически модифицированных сельскохозяйственных культур . [ 5 ] [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пристман М.А., Хили М.Л., Функе Т., Беккер А., Шёнбрунн Э. (октябрь 2005 г.). «Молекулярные основы нечувствительности к глифосату реакции 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазы с шикиматом» . ФЭБС Летт . 579 (25): 5773–80. дои : 10.1016/j.febslet.2005.09.066 . ПМИД 16225867 . S2CID 26614581 .
- ^ Голдсбро, Питер (1990). «Амплификация генов в толерантных к глифосату клетках табака». Наука о растениях . 72 (1): 53–62. дои : 10.1016/0168-9452(90)90186-р .
- ^ Абдель-Мегид С.С., Смит В.В., Bild GS (декабрь 1985 г.). «Кристаллизация 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазы из Escherichia coli ». Журнал молекулярной биологии . 186 (3): 673. doi : 10.1016/0022-2836(85)90140-8 . ПМИД 3912512 .
- ^ Реам Дж. Э., Штайнрюкен Х. К., Портер К. А., Сикорски Дж. А. (май 1988 г.). «Очистка и свойства 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазы из выращенных в темноте проростков сорго двуцветного» . Физиология растений . 87 (1): 232–8. дои : 10.1104/стр.87.1.232 . ПМЦ 1054731 . ПМИД 16666109 .
- ^ Перейти обратно: а б с Поллегиони Л., Шенбрунн Э., Зиль Д. (август 2011 г.). «Молекулярные основы устойчивости к глифосату: различные подходы с помощью белковой инженерии» . Журнал ФЭБС . 278 (16): 2753–66. дои : 10.1111/j.1742-4658.2011.08214.x . ПМК 3145815 . ПМИД 21668647 .
- ^ Функе Т., Хан Х., Хили-Фрид М.Л., Фишер М., Шенбрунн Э. (август 2006 г.). «Молекулярная основа устойчивости к гербицидам культур, готовых к Раундапу» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (35): 13010–5. Бибкод : 2006PNAS..10313010F . дои : 10.1073/pnas.0603638103 . JSTOR 30050705 . ПМЦ 1559744 . ПМИД 16916934 .
- ^ Маеда Х., Дударева Н. (2012). «Шикиматный путь и биосинтез ароматических аминокислот в растениях». Ежегодный обзор биологии растений . 63 (1): 73–105. doi : 10.1146/annurev-arplant-042811-105439 . ПМИД 22554242 .
Пути ААА состоят из шикиматного пути (прехоризматный путь) и отдельных постхоризматных путей, ведущих к Trp, Phe и Tyr... Эти пути обнаружены у бактерий, грибов, растений и некоторых простейших, но отсутствуют у животных. Следовательно, ААА и некоторые их производные (витамины) являются важными питательными веществами в рационе человека, хотя у животных Tyr может синтезироваться из Phe с помощью Phe-гидроксилазы... Отсутствие путей AAA у животных также делает эти пути привлекательными мишенями для исследования. противомикробные средства и гербициды.
- ^ Сердейра А.Л., герцог С.О. (2006). «Современное состояние и воздействие устойчивых к глифосату культур на окружающую среду: обзор» . Журнал качества окружающей среды . 35 (5): 1633–58. дои : 10.2134/jeq2005.0378 . ПМИД 16899736 .
- ^ «8.18.4.1.1. EPSP-синтаза: промежуточный продукт фермента тетраэдрического кетальфосфата». Комплексные натуральные продукты II. Химия и биология . Справочный модуль по химии, молекулярным наукам и химической инженерии. Том. 8. 2010. С. 663–688.
- ^ Андерсон, Карен С.; Сэммонс, Р. Дуглас; Лео, Грегори К.; Сикорски, Джеймс А.; Бенези, Алан Дж.; Джонсон, Кеннет А. (1990). «Наблюдение методом ЯМР углерода-13 тетраэдрического промежуточного соединения EPSP-синтазы, связанного с активным центром фермента». Биохимия . 29 (6): 1460–1465. дои : 10.1021/bi00458a017 . ПМИД 2334707 .
- ^ Пак, ХаДжон; Хильзенбек, Жаклин Л.; Ким, Хак Джун; Шаттлворт, Венди А.; Пак Ён Хо; Эванс, Джереми Н.; Канг, Чулхи (2004). «Структурные исследования EPSP-синтазы Streptococcus pneumoniae в нелигандированном состоянии, тетраэдрическом промежуточно-связанном состоянии и состоянии, связанном с S3P-GLP» . Молекулярная микробиология . 51 (4): 963–971. дои : 10.1046/j.1365-2958.2003.03885.x . ПМИД 14763973 . S2CID 45549442 .
- ^ Андерсон, Карен С.; Сикорски, Джеймс А.; Джонсон, Кеннет А. (1988). «Тетраэдрический промежуточный продукт в реакции EPSP-синтазы, наблюдаемый по кинетике быстрого гашения». Биохимия . 27 (19): 7395–7406. дои : 10.1021/bi00419a034 . ПМИД 3061457 .
- ^ ФОНСЕКА, Эмили КМ; да Коста, Кауэ С.; ЛАМЕЙРА, Херонимо; АЛВЕС, Клаудио Наум; Лима, Андерсон Х. (2020). «Исследование устойчивости целевого сайта мутантов EPSP-синтазы P106T и T102I/P106S к глифосату» . Прогресс КСО . 10 (72): 44352–44360. дои : 10.1039/D0RA09061A . ISSN 2046-2069 . ПМЦ 9058485 .
- ^ Шенбрунн Э., Эшенбург С., Шаттлворт В.А., Шлосс Й.В., Амрайн Н., Эванс Дж.Н., Кабш В. (февраль 2001 г.). «Взаимодействие гербицида глифосата с целевым ферментом 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазой в атомных деталях» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (4): 1376–80. Бибкод : 2001PNAS...98.1376S . дои : 10.1073/pnas.98.4.1376 . ПМК 29264 . ПМИД 11171958 .
- ^ Грин Дж. М., Оуэн, доктор медицины (июнь 2011 г.). «Гербицидоустойчивые культуры: преимущества и ограничения в борьбе с устойчивыми к гербицидам сорняками» . Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 59 (11): 5819–29. дои : 10.1021/jf101286h . ПМК 3105486 . ПМИД 20586458 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Морелл Х., Кларк М.Дж., Ноулз П.Ф., Спринсон Д.Б. (январь 1967 г.). «Ферментативный синтез хоризмовой и префеновой кислот из 5-фосфата 3-енолпирувилшикимовой кислоты» . Журнал биологической химии . 242 (1): 82–90. дои : 10.1016/S0021-9258(18)96321-0 . ПМИД 4289188 .
