Jump to content

Карбоксипептидаза А

Карбоксипептидаза А
Карбоксипептидаза А из поджелудочной железы крупного рогатого скота.
Идентификаторы
Номер ЕС. 3.4.17.1
Номер CAS. 9031-98-5
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

Карбоксипептидаза А обычно относится к поджелудочной железы экзопептидазе , которая гидролизует пептидные связи С-концевых остатков с ароматическими или алифатическими боковыми цепями . Большинство ученых в этой области теперь называют этот фермент CPA1 , а родственную карбоксипептидазу поджелудочной железы - CPA2 .

Кроме того, существует еще 4 фермента млекопитающих, названных от CPA-3 до CPA-6, и ни один из них не экспрессируется в поджелудочной железе. Вместо этого эти другие CPA-подобные ферменты имеют разнообразные функции.

  • CPA3 (также известный как CPA тучных клеток) участвует в переваривании белков тучными клетками .
  • CPA4 (ранее известный как CPA-3, но нумерация была изменена, когда CPA тучных клеток был обозначен как CPA-3) может участвовать в прогрессировании опухоли , но этот фермент недостаточно изучен.
  • CPA5 недостаточно изучен.
  • CPA6 экспрессируется во многих тканях во время развития мышей, а у взрослых обнаруживает более ограниченное распространение в мозге и некоторых других тканях. CPA6 присутствует во внеклеточном матриксе, где он ферментативно активен. Мутация CPA-6 у человека связана с синдромом Дуэйна (аномальным движением глаз). Недавно было обнаружено, что мутации в CPA6 связаны с эпилепсией. CPA6 также является одним из нескольких ферментов, расщепляющих энкефалины .

CPA-1 и CPA-2 (и, предположительно, все остальные CPA) используют ион цинка внутри белка для гидролиза пептидной связи на С-конце аминокислотного остатка. Потеря цинка приводит к потере активности, которую легко заменить цинком, а также некоторыми другими двухвалентными металлами ( кобальтом , никелем ). Карбоксипептидаза А вырабатывается в поджелудочной железе и имеет решающее значение для многих процессов в организме человека, включая пищеварение, посттрансляционную модификацию белков, свертывание крови и размножение.

Приложения

[ редактировать ]

Такой обширный объем функциональности одного белка делает его идеальной моделью для исследований других протеаз цинка неизвестной структуры. Недавние биомедицинские исследования коллагеназы, энкефалиназы и ангиотензинпревращающего фермента использовали карбоксипептидазу А для синтеза ингибиторов и кинетических испытаний. Например, препарат от повышенного артериального давления Каптоприл был разработан на основе ингибитора карбоксипептидазы А. Карбоксипептидаза А и целевой фермент каптоприла, ангиотензинпревращающий фермент, имеют очень схожую структуру, поскольку оба они содержат ион цинка в активном центре. Это позволило использовать мощный ингибитор карбоксипептидазы А для ингибирования фермента и, таким образом, снижения кровяного давления через систему ренин-ангиотензин-альдостерон. [1]

Структура

[ редактировать ]

Карбоксипептидаза А (CPA) содержит цинк (Zn 2+ ) металлический центр тетраэдрической геометрии с аминокислотными остатками, расположенными в непосредственной близости от цинка для облегчения катализа и связывания. Из 307 аминокислот, связанных в пептидную цепь, следующие аминокислотные остатки важны для катализа и связывания; Glu-270, Arg-71, Arg-127, Asn-144, Arg-145 и Tyr-248. На рисунке 1 показан активный центр тетраэдрического комплекса цинка с важными аминокислотными остатками, окружающими комплекс. [2]

Металлический цинк является сильным электрофильным катализатором на основе кислоты Льюиса, который стабилизирует координированную молекулу воды, а также стабилизирует отрицательные промежуточные продукты, которые возникают в ходе гидролитической реакции. Стабилизации как координированной молекулы воды, так и отрицательных промежуточных продуктов способствуют полярные остатки в активном центре, которые находятся в непосредственной близости, что облегчает образование водородных связей. [2]

Рисунок 1. Активный сайт CPA

Активный сайт можно охарактеризовать как два подсайта, обозначенных как S 1 ' и S 1 . Субсайт S1 ' представляет собой гидрофобный карман фермента, а Tyr-248 действует как «закрывающий» гидрофобный карман после связывания субстрата или ингибитора (SITE). [2] Водородная связь гидроксильной группы в Tyr-248 облегчает эту конформацию за счет взаимодействия с концевыми карбоксилатами связывающихся субстратов. Для этого фермента требуется существенное движение, и модель индуцированного соответствия объясняет, как происходит это взаимодействие.

Триада остатков взаимодействует с С-концевым карбоксилатом посредством водородных связей:

  • Связь соли с положительно заряженным Arg-145.
  • Водородная связь из Tyr-248
  • Водородная связь азота амида Asn-144.

Механизм

[ редактировать ]

Карбоксипептидаза А, классифицируемая как металлоэкзопептидаза, состоит из одной полипептидной цепи, связанной с ионом цинка. Этот характерный ион металла расположен в активном центре фермента вместе с пятью аминокислотными остатками, которые участвуют в связывании субстрата: Arg-71, Arg-127, Asn-144, Arg-145, Tyr-248 и Glu-. 270. Рентгеновские кристаллографические исследования выявили пять субсайтов в белке. Эти аллостерические сайты участвуют в создании лиганд-ферментной специфичности, наблюдаемой у большинства биоактивных ферментов. Один из этих субсайтов вызывает конформационные изменения Tyr-248 при связывании молекулы субстрата в первичном активном сайте. Фенольный гидроксил тирозина образует водородную связь с концевым карбоксилатом лиганда. Кроме того, между тирозином и пептидной связью более длинных пептидных субстратов образуется вторая водородная связь. Эти изменения делают связь между ферментом и лигандом, будь то субстрат или ингибитор, намного прочнее. Это свойство карбоксипептидазы А привело к первому пункту Дэниела Э. Кошланда-младшего Гипотеза «индуцированного соответствия» .

Субсайт S1 — это место , где в CPA происходит катализ, а ион цинка координируется остатками ферментов Glu-72, His-69 и His-196. Существует плоскость, которая делит пополам бороздку активного центра, где остатки Glu-270 и Arg-127 находятся на противоположных сторонах комплекса цинк-вода. Цинк богат электронами из-за глутаминовых лигандов, координирующих цинк, поскольку до связывания субстрата Glu-72 координирует бидентатную связь, но после связывания субстрата переходит в монодентатную. В результате металлический цинк не способен депротонировать координированную молекулу воды с образованием гидроксильного нуклеофила. [2]

Рисунок 2. CPA-катализируемый протеолиз, стимулируемый координированной молекулой воды.

Glu-270 и Arg-127 играют важную роль в катализе, показанном на рисунке 2. Arg-127 стабилизирует карбонил субстрата, который связан с аминогруппой фенилаланина. Одновременно координированная с цинком молекула воды депротонируется Glu-270 и взаимодействует с карбонилом, стабилизированным Arg-127. Это создает промежуточный продукт, показанный на рисунке 2, где отрицательно заряженный кислород координируется с цинком и за счет неблагоприятных электростатических взаимодействий между Glu-270 и ионизированным продуктом способствует высвобождению продукта в конце катализа. [2]

В недавних компьютерных исследованиях механизм катализа аналогичен, но разница в механизме заключается в том, что депротонированная молекула воды связывается с углеродом карбонила, тогда как на рисунке 2 показано, что гидроксильная группа остается координированной с цинком. Затем происходит протеолиз, и молекула воды возвращается в активный центр для координации с цинком. [3]

Было проведено несколько исследований, изучающих детали связи между карбоксипептидазой А и субстратом и то, как это влияет на скорость гидролиза. В 1934 году в ходе кинетических экспериментов впервые было обнаружено, что для связывания субстрата пептид, подлежащий гидролизу, должен находиться рядом с концевой свободной гидроксильной группой. Кроме того, скорость гидролиза можно повысить, если С-концевой остаток является разветвленным алифатическим или ароматическим. Однако если субстратом является дипептид со свободной аминогруппой, он гидролизуется медленно; этого, однако, можно избежать, если аминогруппа блокируется N-ацилированием. [4]

Совершенно очевидно, что структура фермента, а именно активного центра, очень важна для понимания механизма реакции. По этой причине Рис и его коллеги изучили комплекс фермент-лиганд, чтобы получить четкий ответ о роли иона цинка. Эти исследования показали, что в свободном ферменте координационное число цинка равно пяти; Металлический центр координируется с двумя атомами азота имидазола Nδ1, двумя атомами кислорода карбоксилата глутамата-72 и молекулой воды, образуя искаженный тетраэдр. Однако как только лиганд связывается с активным центром карбоксипептидазы А, это координационное число может варьироваться от пяти до шести. При связывании с дипептидом глицил-L-тирозином аминный азот дипептида и карбонильный кислород заменяли водный лиганд. Это дало бы координационное число цинка в комплексе карбоксипептидаза А-дипептид-глицил-L-тирозин, равное шести. Карты электронной плотности показали, что аминный азот занимает второе положение рядом с глутаматом-270. Близость этих двух остатков приведет к стерическому затруднению, препятствующему координации водного лиганда с цинком. В результате координационное число будет равно пяти. Данные по обоим случаям значительны и указывают на то, что обе ситуации возникают естественным образом. [5]

Существует два предполагаемых механизма каталитической функции карбоксипептидазы А. Первый - это нуклеофильный путь, включающий ковалентное ацильное промежуточное соединение фермента, содержащее основание активного центра Glu-270. Доказательства существования этого промежуточного ангидрида неоднозначны; Су и его коллеги выделили то, что, как предполагается, является ацильным промежуточным соединением. Однако подтверждение существования ацилового фермента было сделано без экспериментов по улавливанию, что сделало выводы слабыми. [1]

Второй предложенный механизм – это усиленный водный путь. Этот механизм включает атаку молекулы воды на разрезаемую пептидную связь субстрата. Этому процессу способствует ион цинка, а также остаток Glu-270. [1]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с Кристиансон Д.В. , Липскомб В.Н. (февраль 1989 г.). «Карбоксипептидаза А». Отчеты о химических исследованиях . 22 (2): 62–9. дои : 10.1021/ar00158a003 .
  2. ^ Jump up to: а б с д и Кристиансон Д. В. и Липскомб В. Н. (1989) Карбоксипептидаза А. Американское химическое общество , Том (22): 62-69.
  3. ^ Вальдес С.Э., Моргенштерн А., Эберхарт М.Е., Александрова А.Н. (ноябрь 2016 г.). «Прогностические методы вычислительного редизайна металлоферментов - тестовый пример с карбоксипептидазой А» (PDF) . Физическая химия Химическая физика . 18 (46): 31744–31756. Бибкод : 2016PCCP...1831744V . дои : 10.1039/c6cp02247b . ПМИД   27841396 . S2CID   3545851 .
  4. ^ Липскомб, WN (март 1970 г.). «Структура и механизм ферментативной активности карбоксипептидазы А и связь с химической последовательностью». Отчеты о химических исследованиях . 3 (3): 81–9. дои : 10.1021/ar50027a001 .
  5. ^ Рис Д.К., Льюис М., Хонзатко Р.Б., Липскомб В.Н., Хардман К.Д. (июнь 1981 г.). «Цинковое окружение и цис-пептидные связи в карбоксипептидазе А при разрешении 1,75 А» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (6): 3408–12. Бибкод : 1981PNAS...78.3408R . дои : 10.1073/pnas.78.6.3408 . ПМК   319577 . ПМИД   6943549 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6aea53612a47729b15bd8274f0fff1bf__1703212560
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/6a/bf/6aea53612a47729b15bd8274f0fff1bf.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Carboxypeptidase A - 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.)