Ацетолактатсинтаза
| ацетолактатсинтаза | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура синтазы ацетогидроксикислот Arabidopsis thaliana в комплексе с сульфонилмочевины гербицидом метсульфурон-метилом . [ 1 ] | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.2.1.6 | ||
| Номер CAS. | 9027-45-6 | ||
| Альт. имена | пируват:пируватацетальдегидтрансфераза (декарбоксилирование) | ||
| 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 | ||
| |||
Фермент ацетолактатсинтаза АЛС ( ) (также известный как ацетогидроксикислота или ацетогидроксикислотсинтаза , сокр. AHAS ) [ 2 ] белок, содержащийся в растениях и микроорганизмах. АЛС катализирует первый этап синтеза аминокислот с разветвленной цепью ( валина , лейцина и изолейцина ). [ 3 ]
Человеческий белок с пока неизвестной функцией, имеющий некоторое сходство последовательностей с бактериальным БАС, кодируется геном ( ilvB-подобным) ILVBL . [ 4 ]
Структура
[ редактировать ]Ген
[ редактировать ]Ген ILVBL человека имеет 17 экзонов и расположен на хромосоме 19 в позиции q13.1. [ 5 ]
Белок
[ редактировать ]Каталитический пептид АЛС у Arabidopsis thaliana (кресс-салат мышиный) представляет собой хлоропластический белок , состоящий из 670 остатков, последние 615 из которых образуют активную форму. Обнаружены три основных домена, из которых два тиаминпирофосфата находятся между DHS-подобным NAD/FAD-связывающим доменом. [ 6 ] При назначении SCOP эти субъединицы называются d1yhya1, d1yhya2 и d1yhya3 от N-конца к C-концу1. [ 7 ]
Структура ацетолактатсинтазы, которая использовалась для изображения на этой странице, была определена с помощью дифракции рентгеновских лучей при 2,70 ангстрем. Рентгеновская дифракция использует рентгеновские лучи определенной длины волны для создания рисунков, поскольку рентгеновские лучи рассеиваются определенным образом, что дает представление о структуре анализируемой молекулы.
Существует пять специфических лигандов, которые взаимодействуют с этим белком. Эти пять перечислены ниже.
| Идентификатор лиганда | Имя | Структура |
|---|---|---|
| P22 | ЭТИЛДИВОДОРОДДИФОСФАТ | С 2 Н 8 О 7 П 2 |
| НХЭ | 2-[N-ЦИКЛОГЕКСИЛАМИНО]ЭТАНСУЛЬФОНОВАЯ КИСЛОТА | С 8 Ч 17 НЕТ 3 С |
| мг | Ион магния | мг |
| ФАД | ФЛАВИН-АДЕНИН ДИНУКЛЕОТИД | С 27 Ч 33 Н 9 О 15 П 2 |
| 1см | МЕТИЛ 2-[({[(4,6-ДИМЕТИЛПИРИМИДИН-2-ИЛ)АМИНО]КАРБОНИЛ}АМИНО)СУЛФОНИЛ]БЕНЗОАТ | С 15 Ч 16 Н 4 О 5 С |
Связывание FAD не является каталитическим.
Функция
[ редактировать ]Ацетолактатсинтаза — каталитический фермент , участвующий в биосинтезе различных аминокислот. Этот фермент имеет код Комиссии по ферментам 2.2.1.6, что означает, что фермент представляет собой транскетолазу или трансальдолазу, которая классифицируется как трансферазы, переносящие остатки альдегида или кетона. В данном случае ацетолактатсинтаза представляет собой транскетолазу, которая движется вперед и назад, имея как катаболическую, так и анаболическую форму. Они действуют на кетон ( пируват ) и могут перемещаться вперед и назад в метаболической цепи. Они встречаются у людей, животных, растений и бактерий. У растений они расположены в хлоропластах и помогают метаболическим процессам. [ 6 ] У пекарских дрожжей они расположены в митохондриях. [ 8 ] В ряде экспериментов было показано, что мутировавшие штаммы Escherichia coli К-12 без фермента не способны расти в присутствии только ацетата или олеата в качестве единственных источников углерода. [ 9 ]
Катаболическая версия, которая не связывает FAD ( InterPro : IPR012782 ), обнаружена у некоторых бактерий.
Каталитическая активность
[ редактировать ]Ацетолактатсинтаза, также известная как синтаза ацетогидроксикислот, представляет собой фермент, специфически участвующий в превращении пирувата в ацетолактат:
- 2 СН 3 КОКО 2 − → − O 2 CC(OH)(CH 3 )COCH 3 + CO 2
В реакции используется пирофосфат тиамина, чтобы связать две молекулы пирувата. Получающийся продукт этой реакции, ацетолактат, в конечном итоге становится валином, лейцином и изолейцином. Все три аминокислоты являются незаменимыми аминокислотами и не могут быть синтезированы человеком. Это также приводит к системному названию пируват:пируватацетальдегидтрансфераза (декарбоксилирование) . Этот фермент является первым из нескольких ферментов в цикле биосинтеза лейцина и валина, который берет исходные молекулы пирувата и начинает преобразование пировиноградной кислоты в аминокислоты. За это отвечает специфический остаток — глицин в положении 511 белка. Это тот, который для своей функции требует кофактора TPP.
За каталитическую активность этого фермента отвечают четыре специфических остатка. Они перечислены здесь, а необходимые кофакторы написаны после них.
| Остаток | Позиция | Кофакторы |
|---|---|---|
| Валин | 485 | HE3 |
| Метионин | 513 | HE3 |
| Гистидин | 643 | - |
| Глицин | 511 | ТЭС |
Первичная последовательность этого белка у Arabidopsis указана ниже. Жирным шрифтом выделены остатки, участвующие в каталитической активности. Мутагенез Asp428, который является ключевым карбоксилатным лигандом Mg(2+) в «мотиве ThDP», приводит к снижению сродства AHAS II к Mg(2+). В то время как мутант D428N демонстрирует сродство к ThDP, близкое к сродству дикого типа при насыщении Mg(2+), D428E имеет пониженное сродство к ThDP. Эти мутации также приводят к зависимости фермента от К(+). [ 10 ]
Из-за торможения и ряда факторов это медленная процедура.
Регулирование
[ редактировать ]У Arabidopsis две цепи каталитического ALS ( InterPro : IPR012846 ) образуют комплекс с двумя регуляторными малыми субъединицами ( InterPro : IPR004789 ), VAT1 и At2g31810. [ 12 ] [ 13 ] Такое расположение широко распространено как при бактериальном, так и при эукариотическом БАС. Гетромерная структура была продемонстрирована у E. coli в 1984 году и у эукариот ( S. cerevisiae и Porphyra purpurea ) в 1997 году. [ 14 ] Большинство регуляторных белков имеют домен ACT ( InterPro : IPR002912 ), а некоторые из них имеют NiKR -подобный C-конец ( InterPro : IPR027271 ).
У бактерий ( E.coli ) ацетолактатсинтаза состоит из трех пар изоформ. Каждая пара включает большую субъединицу, которая, как полагают, отвечает за катализ , и малую субъединицу за ингибирование по принципу обратной связи . Каждая пара субъединиц, или ALS I, II и III соответственно, расположена на собственном опероне ilvBN, ilvGM и ilvIH (где ilvN регулирует ilvB, и наоборот). Вместе эти опероны кодируют несколько ферментов, участвующих в биосинтезе аминокислот с разветвленной цепью. Регуляция различна для каждого оперона. [ 15 ]
Оперон ilvGMEDA кодирует пару ilvGM (ALS II), а также трансаминазу аминокислот с разветвленной цепью (ilvE), дегидратазу дигидроксикислот (ilvD) и треонин-аммиаклиазу (ilvA). Он регулируется посредством торможения по обратной связи в виде ослабления транскрипции . То есть транскрипция снижается в присутствии конечных продуктов пути — аминокислот с разветвленной цепью.
Оперон ilvBNC кодирует пару ilvBN (ALS I) и редуктоизомеразу кетол-кислота (ilvC). Он регулируется аналогичным образом, но специфичен для изолейцина и лейцина; валин не влияет на него напрямую.
И опероны ilvGMEDA , и ilvBNC дерепрессируются во время нехватки аминокислот с разветвленной цепью по тому же механизму, который их репрессирует. Оба этих оперона, а также третий, ilvIH , регулируются лейцин-чувствительным белком (Lrp). [ 16 ] [ 17 ]
Ингибиторы
[ редактировать ]Ингибиторы АЛС используются в качестве гербицидов , которые медленно лишают пораженные растения этих аминокислот , что в конечном итоге приводит к ингибированию синтеза ДНК. Они одинаково поражают травы и двудольные растения. Это не класс химии, а скорее класс механизмов действия с разнообразным химическим составом. Семейство ингибиторов АЛС включает сульфонилмочевины (SU), имидазолиноны , триазолопиримидины (см. Категорию: Триазолопиримидины ), пиримидинилоксибензоаты и сульфониламинокарбонилтриазолиноны . [ 18 ] По состоянию на март 2022 г. [update], ингибиторы АЛС страдают от наихудшей (известной) проблемы резистентности среди всех классов гербицидов: имеется 169 известных целевых видов устойчивости. [ 19 ] Структуры гербицидов ALS радикально отличаются от нормального субстрата , поэтому ни один из них не связывается с каталитическим сайтом , а связывается с сайтом, специфичным для гербицидного действия. Таким образом, мутации устойчивости ожидается, что будут иметь самые разные эффекты на нормальную катализную активность БАС: положительные, отрицательные и нейтральные. Неудивительно, что именно это показали эксперименты, в том числе Yu et al. , 2007 обнаружили устойчивость у Hordeum murinum из-за замены пролин → серин в аминокислоте 197, увеличивающей активность АЛС в 2–3 раза. [ 2 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]CADASIL , выявленное аутосомно-доминантное заболевание, характеризующееся рецидивами подкорковых инфарктов, приводящих к деменции , ранее было картировано с геном «ILVBL» в интервале 2 сМ, D19S226–D19S199. Этот ген кодирует белок, очень похожий на ацетолактатсинтазу других организмов. Никаких событий рекомбинации не наблюдалось с D19S841, высокополиморфным микросателлитным маркером, выделенным из космиды , картированной в этой области. У пациентов с CADASIL в этом гене не было обнаружено мутаций , что позволяет предположить, что он не причастен к этому заболеванию. [ 4 ]
Взаимодействия
[ редактировать ]При исследовании Escherichia coli , что FAD- было показано связывающий домен ilvB взаимодействует с ilvN и активирует фермент AHAS I. [ 20 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ ВВП : 1YHY ; МакКорт Дж.А., Панг С.С., Кинг-Скотт Дж., Гуддат Л.В., Дагглби Р.Г. (январь 2006 г.). «В структуре синтазы ацетогидроксикислот растений выявлены центры связывания гербицидов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (3): 569–73. Бибкод : 2006PNAS..103..569M . дои : 10.1073/pnas.0508701103 . ПМЦ 1334660 . ПМИД 16407096 .
- ^ Перейти обратно: а б Паулз С.Б., Ю Кью (2 июня 2010 г.). «Эволюция в действии: растения, устойчивые к гербицидам». Ежегодный обзор биологии растений . 61 (1). Годовые обзоры : 317–47. doi : 10.1146/annurev-arplant-042809-112119 . ПМИД 20192743 .
- ^ Чипман Д., Барак З., Шлосс СП (июнь 1998 г.). «Биосинтез 2-ацето-2-гидроксикислот: ацетолактатсинтазы и ацетогидроксикислотсинтазы». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1385 (2): 401–19. дои : 10.1016/S0167-4838(98)00083-1 . ПМИД 9655946 .
- ^ Перейти обратно: а б Жутель А, Дюкро А, Аламович С, Круо С, Доменга В, Марешаль Э, Вахеди К, Шабриа Х, Буссер М.Г., Турнье-Лассерв Е (декабрь 1996 г.). «Человеческий гомолог генов бактериальной ацетолактатсинтазы картируется в критической области CADASIL». Геномика . 38 (2): 192–8. дои : 10.1006/geno.1996.0615 . ПМИД 8954801 .
- ^ «Ген Энтреза: ILVBL, подобный ilvB (бактериальной ацетолактатсинтазе)» .
- ^ Перейти обратно: а б «Ацетолактатсинтаза, хлоропласт (P17597) <InterPro <EMBL-EBI» .
- ^ «SCOPe 2.07: Структурная классификация белков — расширенная» .
- ^ «ILV2 - каталитическая субъединица ацетолактатсинтазы, митохондриальный предшественник - Saccharomyces cerevisiae (штамм ATCC 204508 / S288c) (пекарские дрожжи) - ген и белок ILV2» . www.uniprot.org .
- ^ Дэйли Ф.Е., Кронан Дж.Э. (февраль 1986 г.). «Синтаза ацетогидроксикислоты I, необходимый фермент для биосинтеза изолейцина и валина в Escherichia coli K-12 во время роста на ацетате в качестве единственного источника углерода» . Журнал бактериологии . 165 (2): 453–60. дои : 10.1128/jb.165.2.453-460.1986 . ПМК 214440 . ПМИД 3511034 .
- ^ Бар-Илан А., Балан В., Титтманн К., Голбик Р., Вязьменский М., Хюбнер Г., Барак З., Чипман Д.М. (октябрь 2001 г.). «Связывание и активация тиаминдифосфата в синтазе ацетогидроксикислот». Биохимия . 40 (39): 11946–54. дои : 10.1021/bi0104524 . ПМИД 11570896 .
- ^ «АЛС - ацетолактатсинтаза, предшественник хлоропласта - Arabidopsis thaliana (кресс-салат мышиного уха) - ген и белок АЛС» . www.uniprot.org .
- ^ Чен Х, Сакса К, Чжао Ф, Цю Дж, Сюн Л (август 2010 г.). «Генетический анализ регуляции путей усиления биосинтеза аминокислот с разветвленной цепью в растениях». Заводской журнал . 63 (4): 573–83. дои : 10.1111/j.1365-313X.2010.04261.x . ПМИД 20497381 .
- ^ Ли Ю.Т., Дагглби Р.Г. (июнь 2001 г.). «Идентификация регуляторной субъединицы синтазы ацетогидроксикислот Arabidopsis thaliana и восстановление ее каталитической субъединицы». Биохимия . 40 (23): 6836–44. дои : 10.1021/bi002775q . ПМИД 11389597 .
- ^ Дагглби Р.Г. (май 1997 г.). «Идентификация гена малой субъединицы ацетолактатсинтазы у двух эукариот». Джин . 190 (2): 245–9. дои : 10.1016/s0378-1119(97)00002-4 . ПМИД 9197540 .
- ^ Валле Дж., Да Ре С., Шмид С., Скурник Д., Д'Ари Р., Гиго Дж. М. (январь 2008 г.). «Аминокислота валин секретируется в бактериальных биопленках с непрерывным потоком» . Журнал бактериологии . 190 (1): 264–74. дои : 10.1128/JB.01405-07 . ПМЦ 2223729 . ПМИД 17981982 .
- ^ Кальво Дж. М., Мэтьюз Р. Г. (сентябрь 1994 г.). «Лейцин-чувствительный регуляторный белок, глобальный регулятор метаболизма Escherichia coli» . Микробиологические обзоры . 58 (3): 466–90. дои : 10.1128/mmbr.58.3.466-490.1994 . ПМЦ 372976 . ПМИД 7968922 .
- ^ Патек М (2007). «Аминокислоты с разветвленной цепью». Биосинтез аминокислот: пути, регуляция и метаболическая инженерия . Монографии по микробиологии. Том. 5. Берлин, Гейдельберг: Шпрингер. стр. 129–162. дои : 10.1007/7171_2006_070 . ISBN 978-3-540-48596-4 .
- ^ Чжоу Ц, Лю В, Чжан Ю, Лю К.К. (октябрь 2007 г.). «Механизмы действия гербицидов, ингибирующих ацетолактатсинтазу». Биохимия и физиология пестицидов . 89 (2): 89–96. дои : 10.1016/j.pestbp.2007.04.004 .
- ^ Куча I. «Список гербицидоустойчивых сорняков по способу действия гербицидов» . HRAC ( Комитет по борьбе с устойчивостью к гербицидам ) . Проверено 30 марта 2022 г.
- ^ Митра А., Сарма СП (февраль 2008 г.). «Escherichia coli ilvN взаимодействует с FAD-связывающим доменом ilvB и активирует фермент AHAS I». Биохимия . 47 (6): 1518–31. дои : 10.1021/bi701893b . ПМИД 18193896 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Ацетолактат + синтаза Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Сюжет Рамачандрана [1]
- [2] [ постоянная мертвая ссылка ]
