Дегидратаза дельта-аминолевулиновой кислоты
ОБЛАСТИ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() ![]() | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Идентификаторы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Псевдонимы | ALAD , ALADH, PBGS, аминолевулинатдегидратаза, ALA-дегидратаза | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Внешние идентификаторы | ОМИМ : 125270 ; МГИ : 96853 ; Гомологен : 16 ; GeneCards : ОБЛАСТИ ; ОМА : ОБЛАСТИ – ортологи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Викиданные | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Дегидратаза аминолевулиновой кислоты ( порфобилиногенсинтаза , или ALA-дегидратаза , или аминолевулинатдегидратаза ) — фермент ( EC 4.2.1.24 ), который у человека кодируется ALAD геном . [ 5 ] [ 6 ] Порфобилиногенсинтаза (или АЛК-дегидратаза , или аминолевулинатдегидратаза ) синтезирует порфобилиноген путем асимметричной конденсации двух молекул кислоты аминолевулиновой . Все природные тетрапирролы , включая гемы , хлорофиллы и витамин B12 , имеют в качестве общего предшественника порфобилиноген. Порфобилиногенсинтаза является прототипом морфеина . [ 7 ]
Функция
[ редактировать ]Он катализирует следующую реакцию, вторую стадию биосинтеза порфирина :
- 2 5- Аминолевулиновая кислота порфобилиноген + 2 H 2 O
Поэтому он катализирует конденсацию 2 молекул 5-аминолевулината с образованием порфобилиногена (предшественника гема , цитохромов и других гемопротеинов). Эта реакция является первым общим шагом в биосинтезе всех биологических тетрапирролов. Цинк необходим для ферментативной активности.
Структура
[ редактировать ]Структурной основой аллостерической регуляции порфобилиногенсинтазы (PBGS) является модуляция равновесия четвертичной структуры между октамером и гексамером (через димеры), которая схематически представлена как 6мер* ↔ 2мер* ↔ 2мер ↔ 8мер. Символ * представляет собой переориентацию между двумя доменами каждой субъединицы, которая происходит в диссоциированном состоянии, поскольку она стерически запрещена в более крупных мультимерах. [ 7 ]

PBGS кодируется одним геном , и каждый мультимер PBGS состоит из нескольких копий одного и того же белка. Каждая субъединица PBGS состоит из ~300 остатков αβ-бочкового домена, в центре которого находится активный сайт фермента, и >25 остатков N-концевого плечевого домена. Аллостерическую регуляцию PBGS можно описать с точки зрения ориентации домена αβ-бочонка относительно домена N-концевого плеча.
Каждое N -концевое плечо имеет до двух взаимодействий с другими субъединицами мультимера PBGS. Одно из этих взаимодействий помогает стабилизировать «закрытую» конформацию крышки активного центра. Другое взаимодействие ограничивает доступ растворителя с другого конца αβ-цилиндра.
В неактивном мультимерном состоянии домен N-концевого плеча не участвует в стабилизирующем крышку взаимодействии, а в кристаллической структуре неактивного узла крышка активного центра разупорядочена.
Аллостерические регуляторы
[ редактировать ]Будучи почти универсальным ферментом с высококонсервативным активным центром, PBGS не будет основной мишенью для разработки противомикробных препаратов и/или гербицидов . Напротив, аллостерические сайты могут быть гораздо более филогенетически изменчивыми, чем активные сайты, что открывает больше возможностей для разработки лекарств. [ 7 ]
Филогенетические вариации аллостерии PBGS приводят к обсуждению аллостерической регуляции PBGS с точки зрения внутренних и внешних факторов.
Внутренние аллостерические регуляторы
[ редактировать ]Магний
[ редактировать ]Аллостерический ион магния находится на высокогидратированной границе раздела двух димеров прооктамера. Он кажется легко диссоциируемым, и было показано, что гексамеры накапливаются при удалении магния in vitro . [ 8 ]
рН
[ редактировать ]не принято рассматривать Хотя ионы гидроксония в качестве аллостерических регуляторов, в случае PBGS было показано, что протонирование боковой цепи в местах, отличных от активного центра, влияет на равновесие четвертичной структуры и, таким образом, влияет на скорость катализируемой им реакции, как хорошо.
Внешние аллостерические регуляторы
[ редактировать ]Стабилизация низкомолекулярных гексамеров
[ редактировать ]Осмотр 6-мера* PBGS обнаруживает поверхностную полость, которой нет в 8-мере. Было высказано предположение, что связывание небольших молекул с этой филогенетически изменчивой полостью стабилизирует 6-мер* целевого PBGS и, следовательно, ингибирует активность.
Такие аллостерические регуляторы известны как морфлоки , поскольку они блокируют PBGS в специфической форме морфеина (6mer*). [ 9 ]
Отравление свинцом
[ редактировать ]
Ферментативная активность ALAD ингибируется свинцом , начиная с уровней свинца в крови, которые когда-то считались безопасными (<10 мкг/дл), и продолжает отрицательно коррелировать в диапазоне от 5 до 95 мкг/дл. [ 10 ] Ингибирование ALAD свинцом приводит к анемии , прежде всего, потому, что он не только ингибирует синтез гема и сокращает продолжительность жизни циркулирующих эритроцитов , но и стимулирует избыточную выработку гормона эритропоэтина , что приводит к неадекватному созреванию эритроцитов из их предшественников. Дефект структурного гена ALAD может вызвать повышенную чувствительность к отравлению свинцом и острую печеночную порфирию . Альтернативно были идентифицированы варианты сплайсированных транскриптов, кодирующие разные изоформы. [ 11 ]
Дефицит
[ редактировать ]Дефицит порфобилиногенсинтазы обычно является приобретенным (а не наследственным) и может быть вызван отравлением тяжелыми металлами , особенно отравлением свинцом , поскольку фермент очень чувствителен к ингибированию тяжелыми металлами. [ 12 ]
Наследственная недостаточность порфобилиногенсинтазы называется порфирией дефицита порфобилиногенсинтазы (или АЛК-дегидратазы) . Это чрезвычайно редкая причина порфирии . [ 13 ] когда-либо было зарегистрировано менее 10 случаев. [ 14 ] Все варианты белков, связанных с заболеванием, способствуют образованию гексамеров по сравнению с человеческим ферментом дикого типа. [ 13 ]
![]() |
PBGS как прототип морфеина
[ редактировать ]Морфеиновая модель аллостерии, представленная PBGS, добавляет дополнительный уровень понимания потенциальных механизмов регуляции функции белка и дополняет повышенное внимание, которое сообщество ученых-белковиков уделяет динамике структуры белка. [ 7 ]
Эта модель иллюстрирует, как динамика таких явлений, как альтернативные конформации белков, альтернативные олигомерные состояния и временные белок-белковые взаимодействия, может быть использована для аллостерической регуляции каталитической активности.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с GRCh38: Версия Ensembl 89: ENSG00000148218 – Ensembl , май 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000028393 – Ensembl , май 2017 г.
- ^ «Ссылка на Human PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ «Ссылка на Mouse PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ Эйберг Х., Мор Дж., Нильсен Л.С. (февраль 1983 г.). «Дельта-аминолевулинизированная дегидраза: синтения с ABO-AK1-ORM (и отнесение к хромосоме 9)». Клиническая генетика . 23 (2): 150–4. дои : 10.1111/j.1399-0004.1983.tb01864.x . ПМИД 6839527 . S2CID 27267679 .
- ^ Бомонт С., Фубер С., Граншан Б., Вейль Д., Гросс М.С., Нордманн Ю. (май 1984 г.). «Присвоение человеческого гена дельта-аминолевулинатдегидразы хромосоме 9 путем гибридизации соматических клеток и специфического иммуноферментного анализа». Анналы генетики человека . 48 (2): 153–9. дои : 10.1111/j.1469-1809.1984.tb01010.x . ПМИД 6378062 . S2CID 24098976 .
- ^ Jump up to: а б с д Яффе Э.К., Лоуренс С.Х. (март 2012 г.). «Аллостерия и динамическая олигомеризация порфобилиногенсинтазы» . Архив биохимии и биофизики . 519 (2): 144–53. дои : 10.1016/j.abb.2011.10.010 . ПМК 3291741 . ПМИД 22037356 .
- ^ Брейниг С., Кервинен Дж., Стит Л., Уоссон А.С., Фэйрман Р., Влодавер А. и др. (сентябрь 2003 г.). «Контроль биосинтеза тетрапиррола с помощью альтернативных четвертичных форм порфобилиногенсинтазы». Структурная биология природы . 10 (9): 757–63. дои : 10.1038/nsb963 . ПМИД 12897770 . S2CID 24188785 .
- ^ Лоуренс С.Х., Яффе ЭК (2008). «Расширение представлений о структурно-функциональных отношениях белка и кинетике ферментов: обучение с использованием морфеинов» . Образование в области биохимии и молекулярной биологии . 36 (4): 274–283. дои : 10.1002/bmb.20211 . ПМЦ 2575429 . ПМИД 19578473 .
- ^ Абадин Х., Ашизава А., Стивенс Ю.В., Лладос Ф., Даймонд Г., Сейдж Г., Цитра М., Хиноны А., Бош С.Дж., Свартс С.Г. (август 2007 г.). Токсикологический профиль свинца (PDF) . Атланта, Джорджия: Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний (США). стр. 22, 30. PMID 24049859 . Проверено 22 ноября 2015 г.
- ^ «Ген Энтрез: ALAD-аминолевулинат, дельта-, дегидратаза» .
- ^ Реакция дегидратазы ALA , от NetBiochem в Университете Юты. Последнее изменение: 05.01.95.
- ^ Jump up to: а б Яффе Э.К., Стит Л. (февраль 2007 г.). «ALAD-порфирия — конформационное заболевание» . Американский журнал генетики человека . 80 (2): 329–37. дои : 10.1086/511444 . ПМЦ 1785348 . ПМИД 17236137 .
- ^ Обзор порфирий. Архивировано 22 июля 2011 г. в Wayback Machine в Консорциуме порфирий (часть Сети клинических исследований редких заболеваний NIH (RDCRN)) Получено в июне 2011 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- человека ALAD Расположение генома и страница сведений о гене ALAD в браузере генома UCSC .
- дельта-аминолевулиновая кислота+кислота+дегидратаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- http://www.omim.org/entry/125270?search=pbgs&highlight=pbgs
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Бернард А., Лауверис Р. (1988). «Вызванные металлами изменения дегидратазы дельта-аминолевулиновой кислоты». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 514 : 41–7. дои : 10.1111/j.1749-6632.1987.tb48759.x . ПМИД 3327436 . S2CID 41966070 .
- Яффе ЭК (октябрь 2004 г.). «Механизм реакции, катализируемый порфобилиногенсинтазой». Биоорганическая химия . 32 (5): 316–25. дои : 10.1016/j.bioorg.2004.05.010 . ПМИД 15381398 .
- Ролс Х.А., Буше Дж.П., Лауверис Р.Р., Сонет Дж. (август 1975 г.). «Сравнение in vivo влияния неорганического свинца и кадмия на систему глутатионредуктазы и дельта-аминолевулинатдегидратазу в эритроцитах человека» . Британский журнал промышленной медицины . 32 (3): 181–92. дои : 10.1136/oem.32.3.181 . ПМЦ 1008057 . ПМИД 1156566 .
- Исида Н., Фудзита Х., Фукуда Ю., Ногучи Т., Досс М., Каппас А., Сасса С. (май 1992 г.). «Клонирование и экспрессия дефектных генов пациента с дельта-аминолевулинатдегидратазной порфирией» . Журнал клинических исследований . 89 (5): 1431–7. дои : 10.1172/JCI115732 . ПМК 443012 . ПМИД 1569184 .
- Доусон С.Дж., Уайт, Лос-Анджелес (май 1992 г.). «Лечение эндокардита, вызванного Haemophilus aphrophilus, ципрофлоксацином». Журнал инфекции . 24 (3): 317–20. дои : 10.1016/S0163-4453(05)80037-4 . ПМИД 1602151 .
- Астрин К.Х., Кая А.Х., Ветмур Дж.Г., Десник Р.Дж. (август 1991 г.). «Полиморфизм RsaI в гене дельта-аминолевулинатдегидратазы человека на участке 9q34» . Исследования нуклеиновых кислот . 19 (15): 4307. doi : 10.1093/nar/19.15.4307-a . ПМЦ 328595 . ПМИД 1678509 .
- Ветмур Дж.Г., Кая А.Х., Плевинска М., Десник Р.Дж. (октябрь 1991 г.). «Молекулярная характеристика аллеля дельта-аминолевулинатдегидратазы 2 человека (ALAD2): значение для молекулярного скрининга людей на генетическую предрасположенность к отравлению свинцом» . Американский журнал генетики человека . 49 (4): 757–63. ПМЦ 1683158 . ПМИД 1716854 .
- Плевинска М., Танелл С., Холмберг Л., Ветмур Дж.Г., Десник Р.Дж. (июль 1991 г.). «Порфирия с дефицитом дельта-аминолевулинатдегидратазы: идентификация молекулярных поражений у гомозигот с тяжелым поражением» . Американский журнал генетики человека . 49 (1): 167–74. ПМЦ 1683193 . ПМИД 2063868 .
- Потлури В.Р., Астрин К.Х., Ветмур Дж.Г., Бишоп Д.Ф., Десник Р.Дж. (июль 1987 г.). «Человеческая дельта-аминолевулинатдегидратаза: хромосомная локализация на 9q34 путем гибридизации in situ». Генетика человека . 76 (3): 236–9. дои : 10.1007/BF00283614 . ПМИД 3036687 . S2CID 32211471 .
- Гиббс ПН, премьер-министр Иордании (июнь 1986 г.). «Идентификация лизина в активном центре 5-аминолаевулинатдегидратазы человека» . Биохимический журнал . 236 (2): 447–51. дои : 10.1042/bj2360447 . ПМК 1146860 . ПМИД 3092810 .
- Ветмур Дж.Г., Бишоп Д.Ф., Кантельмо К., Десник Р.Дж. (октябрь 1986 г.). «Человеческая дельта-аминолевулинатдегидратаза: нуклеотидная последовательность полноразмерного клона кДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 83 (20): 7703–7. Бибкод : 1986PNAS...83.7703W . дои : 10.1073/pnas.83.20.7703 . ПМЦ 386789 . ПМИД 3463993 .
- Ветмур Дж.Г., Бишоп Д.Ф., Остасевич Л., Десник Р.Дж. (1986). «Молекулярное клонирование кДНК дельта-аминолевулинатдегидратазы человека». Джин . 43 (1–2): 123–30. дои : 10.1016/0378-1119(86)90015-6 . ПМИД 3758678 .
- Досс М., фон Типерманн Р., Шнайдер Дж. (1981). «Синдром острой печеночной порфирии с дефектом порфобилиногенсинтазы». Международный журнал биохимии . 12 (5–6): 823–6. дои : 10.1016/0020-711X(80)90170-6 . ПМИД 7450139 .
- Кая А.Х., Плевинска М., Вонг Д.М., Десник Р.Дж., Ветмур Дж.Г. (январь 1994 г.). «Ген дельта-аминолевулинатдегидратазы человека (ALAD): структура и альтернативный сплайсинг эритроидных и мРНК домашнего хозяйства». Геномика . 19 (2): 242–8. дои : 10.1006/geno.1994.1054 . ПМИД 8188255 .
- Акаги Р., Ясуи Ю., Харпер П., Сасса С. (сентябрь 1999 г.). «Новая мутация дельта-аминолаевулинатдегидратазы у здорового ребенка с 12% активностью фермента эритроцитов» . Британский журнал гематологии . 106 (4): 931–7. дои : 10.1046/j.1365-2141.1999.01647.x . ПМИД 10519994 . S2CID 24044521 .
- Акаги Р., Симидзу Р., Фуруяма К., Досс М.О., Сасса С. (март 2000 г.). «Новые молекулярные дефекты гена дельта-аминолевулинатдегидратазы у пациента с наследственной острой печеночной порфирией» . Гепатология . 31 (3): 704–8. дои : 10.1002/hep.510310321 . ПМИД 10706561 . S2CID 8998084 .
- Кервинен Дж., Яффе Е.К., Стауффер Ф., Найер Р., Влодавер А., Зданов А. (июль 2001 г.). «Механистическая основа самоубийственной инактивации порфобилиногенсинтазы 4,7-диоксобациновой кислотой, ингибитором, демонстрирующим значительную видовую селективность». Биохимия . 40 (28): 8227–36. CiteSeerX 10.1.1.374.9639 . дои : 10.1021/bi010656k . ПМИД 11444968 .