Пируватдекарбоксилаза
| Пируватдекарбоксилаза | |||
|---|---|---|---|
 Реакция, катализируемая пируватдекарбоксилазой: пируват + тиаминпирофосфат (ТФП) → гидроксиэтил-ТФП + CO 2 | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 4.1.1.1 | ||
| Номер CAS. | 9001-04-1 | ||
| 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 | ||
| |||
Пируватдекарбоксилаза представляет собой фермент ( EC 4.1.1.1 ), катализирующий декарбоксилирование пировиноградной кислоты до ацетальдегида . Его также называют карбоксилазой 2-оксокислот, карбоксилазой альфа-кетокислот и пировинодекарбоксилазой. [ 1 ] В анаэробных условиях этот фермент участвует в процессе ферментации, происходящем у дрожжей, особенно рода Saccharomyces , с образованием этанола путем ферментации. Он также присутствует в некоторых видах рыб (включая золотых рыбок и карпов ), где он позволяет рыбе осуществлять этаноловую ферментацию (наряду с молочнокислой ферментацией) при недостатке кислорода. [ 2 ] Пируватдекарбоксилаза запускает этот процесс, превращая пируват в ацетальдегид и углекислый газ. [ 3 ] Пируватдекарбоксилаза зависит от кофакторов тиаминпирофосфата (TPP) и магния. Этот фермент не следует путать с несвязанным с ним ферментом пируватдегидрогеназой , оксидоредуктазой ( EC 1.2.4.1 ), который катализирует окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА .
Структура
[ редактировать ]Пируватдекарбоксилаза представляет собой димер димеров с двумя активными центрами, общими для мономеров каждого димера. Фермент содержит структуру бета-альфа-бета, образующую параллельные бета-листы. Он содержит 563 субъединицы остатка в каждом димере; фермент обладает сильным межмономерным притяжением, но димеры слабо взаимодействуют, образуя рыхлый тетрамер. [ 4 ]
-
Мультяшная диаграмма мономера пируватдекарбоксилазы с прикрепленным TPP. -
Мультяшная диаграмма тетрамера пируватдекарбоксилазы. -
Активный центр пируватдекарбоксилазы с выбранными аминокислотами: Glu-51, Glu-477, Asp-444 и Asp-28. Также отображаются кофакторы TPP и Mg. 2+ . -
Положения остатков His и Cys относительно активного центра (TPP и Mg), участвующих в конформационных изменениях при взаимодействии с пируватным субстратом.
Остатки активного сайта
[ редактировать ]Каждый активный центр имеет 20 аминокислотных остатков, включая кислый Glu-477, который взаимодействует с кольцом TPP, и Glu-51, который участвует в связывании кофактора. Эти глутаматы также стабилизируют илид ТПП, действуя как доноры протонов. Неполярное окружение вокруг Glu 477 является неполярным, что способствует более высокому, чем обычно, pK a (нормальные pKa Glu и Asp составляют около 4,6 в небольших белках). [ 5 ]
Липофильные остатки Ile-476, Ile-480 и Pro-26 способствуют неполярности области вокруг Glu-477. Единственным другим отрицательно заряженным остатком, помимо кофермента TPP, является Asp-28, который также способствует увеличению pK a Glu-477. Таким образом, среда фермента должна обеспечивать протонирование гамма-карбоксильной группы Glu-477 до pH около 6. [ 5 ]
Аминопиримидиновое кольцо TPP действует как основание, когда оно находится в иминной форме, для отрыва протона C2 от TPP с образованием нуклеофильного илида . [ 4 ] Это должно произойти, поскольку у фермента нет основных боковых цепей, которые могли бы депротонировать TPP C2. Мутация в активном сайте с участием этих Glu может привести к неэффективности или неактивности фермента. Эта неактивность была доказана в экспериментах, в которых либо N1', либо 4'-аминогруппы отсутствуют. С помощью ЯМР-анализа было установлено, что когда TPP связывается с ферментом вместе с аналогом субстрата пирувамидом, скорость образования илида превышает нормальную скорость фермента. Кроме того, скорость мутации Glu 51 в Gln значительно снижает эту скорость. [ 4 ]
Остатки Asp-444 и Asp-28 связывают Mg. 2+ . Два Cys-221 (на расстоянии более 20 ангстрем от каждого сайта) и His-92 вызывают конформационные изменения , которые ингибируют или активируют фермент в зависимости от доступности субстрата. Если субстратом, связанным в активном сайте, является пируват, фермент активируется за счет конформационного изменения этого регуляторного сайта . [ 6 ] Конформационное изменение включает 1,2-нуклеофильное присоединение. Эта реакция, образование тиокетала, переводит фермент из неактивного состояния в активное.
Ингибирование сайта осуществляется классом ингибиторов/аналогов субстрата XC 6 H 4 CH=CHCOCOOH, а также продуктом декарбоксилирования таких соединений, как коричные альдегиды. Другие потенциальные нуклеофильные сайты ингибитора включают Cys-152, Asp-28, His-114, His-115 и Gln-477. [ 6 ]
Нормальная каталитическая скорость пируватдекарбоксилазы составляет k кат = 10 с. −1 . Однако скорость фермента с мутацией Glu-51 на Gln составляет 1,7 с. −1 . [ 4 ]
Простетическая группа ТПП
[ редактировать ]Кофактор TPP представляет собой простетическую группу фермента. Центр CH, расположенный между атомами серы и азота в тиазольном кольце, является кислым. При депротонировании он образует илид и становится отрицательно заряженным как карбанион . Он может реагировать как нуклеофил на кетоновом углероде пировиноградной кислоты. [ 3 ] Во время декарбоксилирования пирувата TPP стабилизирует промежуточные карбанионы как электрофилы за счет нековалентных связей. [ 4 ] В частности, пиридиловый азот N1' и 4'-аминогруппа TPP необходимы для каталитической функции комплекса фермент-TPP. [ 5 ]
Механизм
[ редактировать ]
Фермент расщепляет пируват на углекислый газ и ацетальдегид. Реакция протекает путем атаки нуклеофильного углерода тиазола на кетогруппу. Промежуточное соединение теряет диоксид углерода с образованием енола на необратимой стадии. Впоследствии высвобождается свободный ацетальдегид и ТПП регенерируется. [ 7 ]
Дрожжи
[ редактировать ]В дрожжах пируватдекарбоксилаза действует независимо во время анаэробной ферментации и высвобождает 2-углеродный фрагмент в виде ацетальдегида плюс углекислый газ. Пируватдекарбоксилаза создает средства удаления CO 2 , которые рассеиваются клеткой. Фермент также используется для создания этанола, который используется в качестве антибиотика для уничтожения конкурирующих организмов. [ 4 ] Фермент необходим для декарбоксилирования альфа-кетокислот, поскольку в переходном состоянии на карбонильном атоме углерода происходит накопление отрицательного заряда; следовательно, фермент обеспечивает подходящую среду для встречи ТПП и альфа-кетокислоты (пирувата). [ 4 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Вид ENZYME на NiceZyme: EC 4.1.1.1» . Сервер протеомики ExPASy.
- ^ Арен ван Ваарде ; Г. Ван ден Тилларт; Мария Верхаген (1993). «Образование этанола и регулирование pH у рыб». Как пережить гипоксию . ЦРК Пресс. стр. 157−170. hdl : 11370/3196a88e-a978-4293-8f6f-cd6876d8c428 . ISBN 0-8493-4226-0 .
- ^ Jump up to: а б Тадг П. Бегли; Макмерри, Джон (2005). Органическая химия биологических путей . Издательство Робертс и Ко. п. 179. ИСБН 0-9747077-1-6 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г ВВП : 1 год ; Дайда Ф, Фьюри В, Сваминатан С, Сакс М, Фарренкопф Б, Джордан Ф (июнь 1993 г.). «Каталитические центры тиаминдифосфат-зависимого фермента пируватдекарбоксилазы с разрешением 2,4-А». Биохимия . 32 (24): 6165–70. дои : 10.1021/bi00075a008 . ПМИД 8512926 .
- ^ Jump up to: а б с Лобелл М., Краут Д.Х. (1996). «Пируватдекарбоксилаза: исследование молекулярного моделирования декарбоксилирования пирувата и образования ацилоина». Дж. Ам. хим. Соц . 118 (8): 1867–1873. дои : 10.1021/ja951830t .
- ^ Jump up to: а б Бабурина И., Дикдан Г., Го Ф, Тоус Г.И., Рут Б., Джордан Ф. (февраль 1998 г.). «Реактивность сайта активации субстрата пируватдекарбоксилазы дрожжей: ингибирование за счет искажения взаимодействий доменов». Биохимия . 37 (5): 1245–55. дои : 10.1021/bi9709912 . ПМИД 9477950 .
- ^ Х., Гаррет, Реджинальд (2013). Биохимия . Гришэм, Чарльз М. (5-е изд.). Бельмонт, Калифорния: Брукс/Коул, Cengage Learning. ISBN 9781133106296 . OCLC 777722371 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Пируват + декарбоксилаза Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
