Халконсинтаза
| Халконсинтаза (Нарингенин Халконсинтаза) | |||
|---|---|---|---|
 Структура CHS Medicago sativa . | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.3.1.74 | ||
| Номер CAS. | 56803-04-4 | ||
| 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 | ||
| |||
| Халкон и стильбенсинтазы, С-концевой домен | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Chal_sti_synt_C | ||
| Пфам | PF02797 | ||
| Пфам Клан | CL0046 | ||
| ИнтерПро | ИПР012328 | ||
| |||
Халконсинтаза или нарингенин-халконсинтаза ( CHS ) представляет собой фермент, повсеместно распространенный в высших растениях, и принадлежит к семейству поликетидсинтазы ферментов (PKS), известных как PKS типа III. ПКС типа III связаны с выработкой халконов — класса органических соединений, встречающихся в основном в растениях в качестве естественных защитных механизмов и синтетических промежуточных продуктов. CHS был первым обнаруженным ПКС III типа. [ 1 ] Это первый фермент, участвующий в биосинтезе флавоноидов . [ 2 ] Фермент катализирует превращение 4-кумароил-КоА и малонил-КоА в нарингенин халкон .
Функция
[ редактировать ]Катализ CHS служит начальной стадией биосинтеза флавоноидов. Флавоноиды являются важными вторичными метаболитами растений , которые выполняют различные функции у высших растений. К ним относятся пигментация, защита от ультрафиолета, фертильность, противогрибковая защита и привлечение азотфиксирующих бактерий. [ 3 ] Считается, что CHS действует как центральный узел для ферментов, участвующих в пути флавоноидов. [ 4 ] Исследования показали, что эти ферменты взаимодействуют посредством межбелковых взаимодействий . [ 5 ] С помощью FLIM FRET было показано, что CHS взаимодействует с халконизомеразой (CHI), ферментом последовательной стадии, а также с другими ферментами непоследовательной стадии: флаванон-3-гидроксилазой (F3H), дигидрофлавонол-4-редуктазой (DFR) и флавонолсинтазой. Я. [ 4 ]
Нарингенин-халконсинтаза использует малонил-КоА и 4-кумароил-КоА для производства КоА , нарингенин халкона и CO 2 .
Реакция
[ редактировать ]
4-кумароил-КоА и три единицы малонил-КоА превращаются в три молекулы углекислого газа , четыре молекулы кофермента А и одну единицу нарингенина халкона .
Структура
[ редактировать ]Субъединицы
[ редактировать ]CHS существует в виде гомодимерного белка с размером каждого мономера примерно 42-45 кДа. [ 6 ] Каждый мономер обладает активностью β-кетосинтазы (KS), которая катализирует последовательное включение двухуглеродных ацетатных единиц в растущую поликетидную цепь. CHS содержит пятислойное ядро αβαβα, расположение активного центра и интерфейс димеризации , которое очень похоже на ферменты, содержащие тиолазу . Интерфейс димеризации содержит как гидрофобные, так и гидрофильные остатки и обычно плоский, за исключением пары N-концевых спиралей, которые переплетены сверху. Хотя спирали не участвуют в реакции, они могут содержать сигналы внутриклеточной локализации, как и дрожжевая тиолаза. Они также могут претерпевать конформационные изменения, чтобы участвовать в формировании временных мультибелковых комплексов с другими ферментами на различных путях, отличающихся от общего пути биосинтеза фенилпропаноидов .
Локализация
[ редактировать ]Фермент локализуется в цитозоле , связываясь с мембраной эндоплазматического ретикулума . [ 7 ] В другом исследовании было показано, что CHS и CHI также совместно локализуются в ядре. [ 8 ]
Активный сайт
[ редактировать ]Есть две отдельные двудольные полости активного центра, расположенные на нижнем крае ядра αβαβα каждого мономера. Идентичные петли из шести остатков, которые встречаются на границе раздела димеров , отделяют два активных центра друг от друга. Петли находятся с Thr132 в активном сайте и заканчиваются цис-пептидной связью с Pro138. Остаток Met137 закрывает дыру в активном центре другого мономера. Таким образом, активный центр скрыт, за исключением туннеля, связывающего КоА, размером 16 Å, который соединяет каталитическую поверхность с внешней окружающей средой . Ширина туннеля слишком узка для ароматических субстратов и продуктов, которые должны проходить через него, а это означает, что должна существовать некоторая динамическая подвижность внутри и вокруг туннеля при помещении в раствор.
Активный центр содержит консервативную каталитическую триаду Cys164, His303 и Asn336. активного центра Эти остатки способствуют множественным реакциям декарбоксилирования и конденсации, при этом Cys164 действует как нуклеофил . Phe215 и Phe265 — две другие важные аминокислоты , которые действуют как «привратники», блокируя нижний белок отверстия между туннелем связывания КоА и полостью активного центра. Это ограничивает доступ воды к активному центру, в то же время вмещая субстраты и промежуточные продукты различной формы и размера. Phe215 также ориентирует субстраты в активном центре во время удлинения поликетидного промежуточного продукта.
Механизм
[ редактировать ]Первый этап включает перенос кумароильного фрагмента из стартовой молекулы 4-кумароил-КоА на Cys164. [ 9 ] Затем происходит серия реакций конденсации трех ацетатных единиц малонил-КоА, каждая из которых протекает через ацетил-КоА, карбанион малонил-КоА образующийся в результате декарбоксилирования . Это удлиняет промежуточный поликетид. После образования тетракетида, связанного с тиоэфирной связью, происходит региоспецифическая конденсация Кляйзена C1, C6 , образующая новую кольцевую систему для образования халкона нарингенин.
Регулирование
[ редактировать ]Метаболический
[ редактировать ]CHS неконкурентно ингибируется продуктами флаваноидного пути, такими как нарингенин и халкон-нарингенин. [ 10 ] Несмотря на отсутствие прямых доказательств in vivo , считается, что флавоноиды накапливаются в цитозоле до уровня, который блокирует активность CHS, чтобы избежать токсичных уровней в растениях. [ 11 ]
Транскрипционный
[ редактировать ]CHS конститутивно экспрессируется в растениях, но может также подвергаться индуцированной экспрессии посредством света/УФ-света, а также в ответ на патогены, элиситоры и повреждения. Промотор CHS содержит мотив G-box с последовательностью CACGTG. Было показано, что это играет роль в реакции на свет. [ 12 ] Другие светочувствительные домены включают Box I, Box II, Box III, Box IV или три копии H-box (CCTACC). [ 9 ]
халконсинтазы Ген растений петунии явление РНК-интерференции известен как первый ген, в котором наблюдалось ; Исследователи, намеревавшиеся усилить выработку пигментов в светло-розовых или фиолетовых цветах, ввели трансген халконсинтазы, ожидая, что и нативный ген, и трансген будут экспрессировать фермент и приведут к более глубоко окрашенному фенотипу цветка . Вместо этого у трансгенных растений были пестрые белые цветы, что указывает на то, что введение трансгена подавляло или подавляло экспрессию халконсинтазы. [ 13 ] Дальнейшее исследование этого явления показало, что подавление было связано с посттранскрипционным ингибированием экспрессии гена халконсинтазы за счет увеличения скорости деградации информационной РНК . [ 14 ]
Актуальность заболевания
[ редактировать ]CHS, являясь первым этапом флавоноидного пути, способствует выработке флавоноидов, фитоалексинов изофлавоноидного типа и других метаболитов для защиты растения от стресса. Экспрессия CHS также участвует в пути защиты салициловой кислоты. Будучи ароматическими соединениями, флавоноиды сильно поглощают ультрафиолетовый свет посредством механизма, опосредованного фоторецепторами, который эффективно защищает растения от повреждения ДНК . CHS участвует в более широком и общем фенилпропаноидном пути, который служит предшественником ряда растительных метаболитов, важных для здоровья человека, таких как антиоксиданты, противовоспалительные средства, антиаллергены и даже антионкогенные продукты. [ 15 ]
Эволюция
[ редактировать ]CHS принадлежит к более широкому классу ферментов, известному как PKS типа III. Поскольку это первый обнаруженный фермент такого типа, все остальные его члены часто называют «CHS-подобными». Большинство или все охарактеризованные дивергентные CHS-подобные ферменты возникли в результате обширной дупликации и последующей генетической вариации гена chs . Дупликация обеспечивает активность CHS с функциональной избыточностью, позволяя гену chs мутировать, не ставя под угрозу биосинтез флавоноидов. Эти дивергентные ферменты отличаются от CHS предпочтением стартовых молекул, количеством присоединения ацетила (часто через малонил-КоА) и даже механизмом образования колец, используемым для циклизации идентичных поликетидных промежуточных продуктов.
Ферментативная функция CHS и CHS-подобных ферментов очень похожа на биосинтез жирных кислот, но без участия белков-ацил-переносчиков (ACP). [ 16 ] Структурные данные свидетельствуют о том, что эти ферменты возникли в результате усиления функции кетоацилсинтазы (KAS) III, фермента ранней стадии биосинтеза жирных кислот типа II .
Хотя халконсинтазы высших растений широко изучены, о ферментах мохообразных (примитивных растений) имеется мало информации. Клонирование CHS из мха Physcomitrella patens выявило важный переход от халконсинтаз, присутствующих в микроорганизмах, к халконсинтазам, присутствующим в высших растениях. [ 17 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кройзалер Ф., Халброк К. (ноябрь 1972 г.). «Ферментативный синтез ароматических соединений у высших растений: образование нарингенина (5,7,4'-тригидроксифлаванона) из п-кумароил-кофермента А и малонил-кофермента А» . ФЭБС Летт . 28 (1): 69–72. дои : 10.1016/0014-5793(72)80679-3 . ПМИД 4646877 . S2CID 10788459 .
- ^ Тоге Т., Ёнекура-Сакакибара К., Ниида Р., Вантанабе-Такахаси А., Сайто К. (2007). «Фитохимическая геномика Arabidopsis thaliana: тематическое исследование функциональной идентификации генов биосинтеза флавоноидов» . Чистая и прикладная химия . 79 (4): 811–23. дои : 10.1351/pac200779040811 . S2CID 86125133 .
- ^ Каин С.С., Сасловски Д.Е., Уокер Р.А., Ширли Б.В. (октябрь 1997 г.). «Экспрессия белков халконсинтазы и халконизомеразы в проростках арабидопсиса». Завод Мол. Биол . 35 (3): 377–81. дои : 10.1023/A:1005846620791 . ПМИД 9349261 . S2CID 23539179 .
- ^ Перейти обратно: а б Кросби К.С., Пьетрашевска-Богель А., Гаделла Т.В., Винкель Б.С. (июль 2011 г.). «Резонансный перенос энергии Фёрстера демонстрирует метаболон флавоноидов в живых растительных клетках, который демонстрирует конкурентные взаимодействия между ферментами» . ФЭБС Летт . 585 (14): 2193–8. дои : 10.1016/j.febslet.2011.05.066 . ПМИД 21669202 . S2CID 31590596 .
- ^ Раздина Г., Вагнер Г.Ю. (февраль 1985 г.). «Метаболические пути как ферментные комплексы: доказательства синтеза фенилпропаноидов и флавоноидов на мембраносвязанных ферментных комплексах». Арх. Биохим. Биофиз . 237 (1): 88–100. дои : 10.1016/0003-9861(85)90257-7 . ПМИД 3970546 .
- ^ Остин М.Б., Ноэль Дж.П. (февраль 2003 г.). «Суперсемейство халконсинтаз поликетидсинтаз типа III». Представитель Nat Prod . 20 (1): 79–110. CiteSeerX 10.1.1.131.8158 . дои : 10.1039/b100917f . ПМИД 12636085 .
- ^ Хардардина Г., Дженсен Р.А. (1992). «Пространственная организация ферментов в метаболических путях растений». Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol . 43 : 241–67. дои : 10.1146/annurev.pp.43.060192.001325 .
- ^ Сасловски Д., Винкель-Ширли Б. (2001). «Локализация флавоноидных ферментов в корнях арабидопсиса» . Заводской журнал . 27 (1): 37–48. дои : 10.1046/j.1365-313x.2001.01073.x . ПМИД 11489181 .
- ^ Перейти обратно: а б Дао Т.Т., Линторст Х.Дж., Верпорте Р. (сентябрь 2011 г.). «Халконсинтаза и ее функции в устойчивости растений» . Фитохим Ред . 10 (3): 397–412. дои : 10.1007/s11101-011-9211-7 . ПМК 3148432 . ПМИД 21909286 .
- ^ Хиндерер В., Зейтц Х.У. (1985). «Халконсинтаза из суспензионных культур клеток Daucus carota L». Арх Биохим Биофиз . 240 (1): 265–72. дои : 10.1016/0003-9861(85)90032-3 . ПМИД 4015104 .
- ^ Уайтхед Дж. М., Диксон Р. А. (1983). «Халконсинтаза из суспензионных культур клеток Phaseolus vulgaris L». Биохим Биофиз Акта . 747 (3): 298–303. дои : 10.1016/0167-4838(83)90109-7 .
- ^ Шульце Л.П., Беккер А.М., Шульр В., Халброк К., Дангл Дж.Л. (1989). «Функциональная архитектура светочувствительного промотора халконсинтазы из петрушки» . Растительная клетка . 1 (7): 707–14. дои : 10.1105/tpc.1.7.707 . ПМК 159807 . ПМИД 2535519 .
- ^ Наполи К, Лемье К, Йоргенсен Р (1990). «Введение химерного гена халконсинтазы в петунию приводит к обратимой совместной супрессии гомологичных генов в транс» . Растительная клетка . 2 (4): 279–289. дои : 10.1105/tpc.2.4.279 . ПМК 159885 . ПМИД 12354959 .
- ^ Ван Блокланд Р., Ван дер Гест Н., Мол Дж.Н.М., Кутер Дж.М. (1994). «Трансген-опосредованное подавление экспрессии халконсинтазы у Petunia Hybrida является результатом увеличения оборота РНК» . Плант Дж . 6 (6): 861–77. дои : 10.1046/j.1365-313X.1994.6060861.x .
- ^ Чой О, Ву ЧЗ, Кан С.Ю., Ан Дж.С., Ум ТБ, Хонг Ю.С. (2011). «Биосинтез фенилпропаноидов, специфичных для растений, путем создания искусственного пути биосинтеза в Escherichia coli» . Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 38 (10): 1657–65. дои : 10.1007/s10295-011-0954-3 . ПМИД 21424580 . S2CID 13634452 .
- ^ Абэ I, Морита Х (июнь 2010 г.). «Структура и функция надсемейства халконсинтаз поликетидсинтаз растительного типа III». Отчеты о натуральных продуктах . 27 (6): 809–38. дои : 10.1039/b909988n . ПМИД 20358127 .
- ^ Цзян С., Шоммер С., Ким С.Ю., Су Д.Ю. (2006). «Клонирование и характеристика халконсинтазы из мха Physcomitrella patens». Фитохимия . 67 (23): 2531–2540. doi : 10.1016/j.phytochem.2006.09.030 . ПМИД 17083952 .
Литература
[ редактировать ]- Аябе С., Удагава А., Фуруя Т. (1988). «NAD(P)H-зависимая активность 6'-дезоксихалконсинтазы в клетках Glycyrrhiza echinata, индуцированная дрожжевым экстрактом». Арх. Биохим. Биофиз . 261 (2): 458–62. дои : 10.1016/0003-9861(88)90362-1 . ПМИД 3355160 .
- Хеллер В., Халброк К. (1980). «Высокоочищенная «флаванонсинтаза» петрушки катализирует образование нарингенина халкона». Арх. Биохим. Биофиз . 200 (2): 617–9. дои : 10.1016/0003-9861(80)90395-1 . ПМИД 7436427 .
