Гомосериндегидрогеназа
| Гомосериндегидрогеназа | |||
|---|---|---|---|
 Комплекс гомосериндегидрогеназы с НАД + аналог и L-гомосерин. | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Гомосерин_dh | ||
| Пфам | PF00742 | ||
| ИнтерПро | ИПР001342 | ||
| PROSITE | PDOC00800 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1эбу / СКОПе / СУПФАМ | ||
| |||
| Гомосериндегидрогеназа | |||
|---|---|---|---|
 Гомотетрамер гомосериндегидрогеназы, Thiobacillus denitrificans | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 1.1.1.3 | ||
| Номер CAS. | 9028-13-1 | ||
| 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 | ||
| |||
В энзимологии гомосериндегидрогеназа КФ ( , 1.1.1.3 ) — фермент катализирующий реакцию химическую .
- L-гомосерин + НАД(П) + L-аспартат 4-полуальдегид + НАД(Ф)H + H +
Двумя субстратами этого фермента являются L-гомосерин и НАД. + (или НАДФ + ), тогда как его тремя продуктами являются L-аспартат-4-полуальдегид, НАДН (или НАДФН ) и H + .
Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности действующих на группу CH-OH донора с НАД. + или НАДФ + как акцептор. Систематическое название этого класса ферментов — L-гомосерин:НАД(Ф). + оксидоредуктаза . Другие широко используемые имена включают HSDH и HSD .
Гомосериндегидрогеназа катализирует третий этап аспартатного пути; НАД (Ф) -зависимое восстановление бета-полуальдегида аспартата до гомосерина . [ 1 ] [ 2 ] промежуточный продукт в биосинтезе треонина изолейцина , Гомосерин — и метионина . [ 3 ]
Структура фермента
[ редактировать ]Фермент можно найти в монофункциональной форме у некоторых бактерий и дрожжей . Структурный анализ монофункционального фермента дрожжей показывает, что фермент представляет собой димер, состоящий из трех отдельных областей; N-концевой нуклеотидсвязывающий домен, короткую центральную область димеризации и С-концевой каталитический домен. [ 4 ] N-концевой домен образует модифицированную складку Россмана , а каталитический домен образует новый смешанный альфа-бета-лист.
Фермент также можно найти в бифункциональной форме, состоящей из N-концевого аспартокиназы домена и С-концевого домена гомосериндегидрогеназы, как это обнаружено у бактерий, таких как Escherichia coli , и у растений . [ 5 ]
Бифункциональный фермент аспартокиназа-гомосериндегидрогеназа (AK-HSD) имеет регуляторный домен , состоящий из двух субдоменов с общей петлей - альфа-спираль - петля - петля бета- цепи - бета-цепь. Каждый субдомен содержит домен ACT , который обеспечивает комплексную регуляцию нескольких различных функций белка. [ 5 ] Ген AK-HSD кодирует аспартаткиназу, промежуточный домен (кодирующий линкерную область между двумя ферментами в бифункциональной форме) и, наконец, кодирующую последовательность гомосериндегидрогеназы. [ 6 ] [ 7 ]
По состоянию на конец 2007 года 4 структуры для этого класса ферментов были решены PDB с кодами доступа 1EBF , 1EBU , 1Q7G и 1TVE .
Ферментативный механизм
[ редактировать ]
Гомосериндегидрогеназа катализирует реакцию аспартат-полуальдегида (АСК) с гомосерином . Общая реакция восстанавливает карбоновой кислоты функциональную группу C4 ASA до первичного спирта C1 и окисляет альдегид до карбоновой кислоты. Предполагается, что остатки Glu 208 и Lys 117 участвуют в активном каталитическом центре фермента. Asp 214 и Lys 223 важны для переноса гидрида в катализируемой реакции. Было показано, что [ 4 ]
C4 Как только карбоновая кислота восстанавливается , до альдегида а альдегид C1 окисляется до карбоновой кислоты, эксперименты показывают, что Asp 219, Glu 208 и молекула воды связывают ASA в активном центре , в то время как Lys 223 отдает протон аспартат-полуальдегиду. Кислород С4. Гомосериндегидрогеназа имеет НАД(Ф)Н кофактор , который затем отдает водород тому же углероду, эффективно восстанавливая альдегид до спирта . [ 4 ] (См. рисунки 1 и 2).
Однако точный механизм полного катализа гомосериндегидрогеназы остается неизвестным. [ 4 ]
Предполагается, что реакция, катализируемая гомосериндегидрогеназой, протекает по би-би -кинетическому механизму, при котором кофактор НАД(P)H первым связывает фермент и последним диссоциирует от фермента после завершения реакции. [ 6 ] [ 8 ] Кроме того, хотя НАДН и НАДФН являются адекватными кофакторами реакции, предпочтительным является НАДН. K . m реакции в четыре раза меньше с НАДН, а K кат /K m в три раза больше, что указывает на более эффективную реакцию [ 9 ]
многопорядкового уровня Гомосериндегидрогеназа также демонстрирует кинетику при субнасыщающих уровнях субстрата. Кроме того, переменная кинетика гомосериндегидрогеназы является результатом более быстрой диссоциации аминокислотного субстрата из ферментного комплекса по сравнению с диссоциацией кофактора . [ 8 ] [ 10 ]
Биологическая функция
[ редактировать ]Аспартатный , метаболический путь участвует как в хранении аспарагина так и в синтезе аминокислот семейства аспартатов . [ 11 ] Гомосериндегидрогеназа катализирует промежуточную стадию этого азота и углерода . пути хранения и использования [ 12 ] (См. рисунок 3).
В фотосинтезирующих организмах глутамин , глутамат и аспартат накапливаются в течение дня и используются для синтеза других аминокислот. Ночью аспартат превращается в аспарагин для хранения. [ 12 ] аспартаткиназы-гомосериндегидрогеназы Кроме того, ген преимущественно экспрессируется в активно растущих молодых тканях растений, особенно в апикальных и латеральных меристемах . [ 13 ]
У млекопитающих отсутствуют ферменты, участвующие в метаболическом пути аспартата, включая гомосериндегидрогеназу. Поскольку лизин , треонин , метионин и изолейцин производятся этим путем, они считаются незаменимыми аминокислотами для млекопитающих. [ 6 ]
Биологическая регуляция
[ редактировать ]
Гомосериндегидрогеназа и аспартаткиназа подвергаются значительной регуляции (см. рисунок 3). HSD ингибируется нижестоящими продуктами метаболического пути аспартата, главным образом треонином . Треонин действует как конкурентный ингибитор как HSD, так и аспартаткиназы. [ 14 ] В организмах, экспрессирующих AK-HSD, один из треонина сайтов связывания находится в линкерной области между AK и HSD, что указывает на потенциальное аллостерическое ингибирование обоих ферментов. [ 6 ]
Однако существуют некоторые устойчивые к треонину формы HSD, для ингибирования которых требуются концентрации треонина, намного превышающие физиологически присутствующие. Эти нечувствительные к треонину формы HSD используются в генно-инженерных растениях для увеличения выработки как треонина, так и метионина для повышения пищевой ценности. [ 6 ]
Гомосериндегидрогеназа также подлежит транскрипционной регуляции . Его промоторная последовательность содержит последовательность цис-регуляторного элемента TGACTC, который, как известно, участвует в других путях биосинтеза аминокислот . Регуляторный Opaque2 элемент также участвует в регуляции гомосериндегидрогеназы, но его эффекты до сих пор четко не определены. [ 7 ]
У растений также существует экологическая регуляция экспрессии гена AK-HSD . Было продемонстрировано, что воздействие света увеличивает экспрессию гена AK-HSD, предположительно связанного с фотосинтезом . [ 12 ] [ 13 ]
Актуальность заболевания
[ редактировать ]У людей наблюдается значительный рост заболеваемости патогенными грибами , поэтому разработка противогрибковых препаратов является важной биохимической задачей. [ 15 ] Поскольку гомосериндегидрогеназа обнаруживается главным образом в растениях, бактериях и дрожжах , но не у млекопитающих, она является важной мишенью для разработки противогрибковых препаратов . [ 16 ] Недавно было обнаружено, что 5-гидрокси-4-оксоноралин (HON) необратимо ингибирует активность HSD. HON структурно подобен полуальдегиду аспартата, поэтому предполагается, что он служит конкурентным ингибитором HSD. , что (S) 2-амино-4-оксо-5-гидроксипентановая кислота (RI-331), еще один аминокислоты , ингибирует HSD. аналог Аналогичным образом было показано [ 16 ] Оба эти соединения эффективны, среди прочего, против Cryptococcus neoformans и Cladosporium fulvum . [ 17 ]
Было показано , что помимо аналогов аминокислот несколько фенольных соединений ингибируют активность HSD. Подобно HON и RI-331, эти молекулы являются конкурентными ингибиторами фермента , связывающимися с активным центром . В частности, фенольная гидроксильная группа взаимодействует с сайтом связывания аминокислоты . [ 15 ] [ 18 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Томас Д., Барби Р., Сурдин-Керджан Ю. (июнь 1993 г.). «Эволюционные взаимоотношения между дрожжевыми и бактериальными гомосериндегидрогеназами» . ФЭБС Летт . 323 (3): 289–93. дои : 10.1016/0014-5793(93)81359-8 . ПМИД 8500624 . S2CID 23964791 .
- ^ Ками Б., Клепет С., Патт Дж.К. (1993). «Эволюционное сравнение трех ферментов пути биосинтеза треонина среди нескольких видов микробов». Биохимия . 75 (6): 487–95. дои : 10.1016/0300-9084(93)90115-9 . ПМИД 8395899 .
- ^ Феррейра Р.Р., Мейнхардт Л.В., Азеведо Р.А. (2006). «Биосинтез лизина и треонина в семенах сорго: характеристика изоферментов аспартаткиназы и гомосериндегидрогеназы». Энн. Прил. Биол . 149 (1): 77–86. дои : 10.1111/j.1744-7348.2006.00074.x .
- ^ Jump up to: а б с д ДеЛаБарр Б., Томпсон П.Р., Райт Г.Д., Бергюс А.М. (март 2000 г.). «Кристаллические структуры гомосериндегидрогеназы предполагают новый каталитический механизм оксидоредуктаз». Нат. Структура. Биол . 7 (3): 238–44. дои : 10.1038/73359 . ПМИД 10700284 . S2CID 26638309 .
- ^ Jump up to: а б Пэрис С., Виемон С., Курьен Г., Дюма Р. (февраль 2003 г.). «Механизм контроля Arabidopsis thaliana аспартаткиназы-гомосериндегидрогеназы с помощью треонина» . Ж. Биол. Хим . 278 (7): 5361–5366. дои : 10.1074/jbc.M207379200 . ПМИД 12435751 .
- ^ Jump up to: а б с д и Шредер А.С., Чжу С., Янамадала С.Р., Кахун Р.Э., Аркус КАЙ, Вакссток Л., Блик Дж., Кришнан Х.Б., Джез Дж.М. (январь 2010 г.). «Треонин-нечувствительная гомосериндегидрогеназа из соевых бобов: геномная организация, кинетический механизм и активность in vivo» . Ж. Биол. Хим . 285 (2): 827–834. дои : 10.1074/jbc.M109.068882 . ПМК 2801284 . ПМИД 19897476 .
- ^ Jump up to: а б Гислен М., Франкард В., Ванденбоше Д., Мэтьюз Б.Ф., Джейкобс М. (март 1994 г.). «Молекулярный анализ гена аспартаткиназы-гомосериндегидрогеназы Arabidopsis thaliana ». Завод Мол. Биол . 24 (6): 835–851. дои : 10.1007/bf00014439 . ПМИД 8204822 . S2CID 6183867 .
- ^ Jump up to: а б Ведлер ФК, Лей Б.В., Шамс С.Л., Рембиш С.Дж., Кушмаул Д.Л. (март 1992 г.). «Предпочтительный механизм случайного порядка кинетики гомосериндегидрогеназы Escherichia coli (Thr-чувствительной) аспартокиназы/гомосериндегидрогеназы-I: кинетика равновесного изотопного обмена». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1119 (3): 247–249. дои : 10.1016/0167-4838(92)90209-в . ПМИД 1547269 .
- ^ Жак С.Л., Ниман С., Барейча Д., Бродхед Г., Кинач Р., Хонек Дж.Ф., Райт Г.Д. (январь 2001 г.). «Характеристика дрожжевой гомосериндегидрогеназы, противогрибковой мишени: инвариантный гистидин 309 важен для целостности фермента». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1544 (1–2): 28–41. дои : 10.1016/S0167-4838(00)00203-X . ПМИД 11341914 .
- ^ Ведлер, Лей Б.В. (март 1993 г.). «Кинетические и регуляторные механизмы гомосериндегидрогеназы-I Escherichia coli : кинетика равновесного изотопного обмена» . Ж. Биол. Хим . 268 (1): 4880–4888. дои : 10.1016/S0021-9258(18)53478-5 . ПМИД 8444866 .
- ^ Азеведо Р.А. (2002). «Анализ пути метаболизма аспарагиновой кислоты с использованием мутантных генов». Аминокислоты . 22 (3): 217–230. дои : 10.1007/s007260200010 . ПМИД 12083066 . S2CID 23327489 .
- ^ Jump up to: а б с Чжу-Шимони JX, Галили Г (март 1998 г.). «Экспрессия Arabidopsis гена аспартаткиназы/гомосериндегидрогеназы метаболически регулируется сигналами, связанными с фотосинтезом, но не азотистыми соединениями» . Физиол растений . 116 (3): 1023–1028. дои : 10.1104/стр.116.3.1023 . ПМК 35071 . ПМИД 9501134 .
- ^ Jump up to: а б Чжу-Шимони JX, Лев-Ядун С, Мэтьюз Б, Калили С (март 1997 г.). «Экспрессия гена аспартаткиназы гомосериндегидрогеназы подлежит специфической пространственной и временной регуляции в вегетативных тканях, цветах и развивающихся семенах» . Физиол растений . 113 (3): 695–706. дои : 10.1104/стр.113.3.695 . ПМК 158187 . ПМИД 12223636 .
- ^ Пак С.Д., Ли Дж.Й., Сим С.И., Ким Ю., Ли Х.С. (июль 2007 г.). «Характеристики производства метионина сконструированным штаммом Corynebacterium glutamicum ». Метаб. англ . 9 (4): 327–336. дои : 10.1016/j.ymben.2007.05.001 . ПМИД 17604670 .
- ^ Jump up to: а б Барейх, округ Колумбия, Нацист I, Райт, Г.Д. (октябрь 2003 г.). «Одновременный анализ in vitro первых четырех ферментов аспартатного пути грибов идентифицирует новый класс ингибиторов аспартаткиназы» . хим. Биол . 10 (10): 967–973. doi : 10.1016/j.chembiol.2003.09.016 . ПМИД 14583263 .
- ^ Jump up to: а б Ямаки Х., Ямагути М., Цуруо Т., Ямагути Х. (май 1992 г.). «Механизм действия противогрибкового антибиотика, RI-331, (S)2-амино-4-оксо-5-гидроксипентановая кислота; кинетика инактивации гомосериндегидрогеназы из Saccharomyces cerevisiae » . Дж. Антибиот. (Токио) . 45 (5): 750–755. дои : 10.7164/антибиотики.45.750 . ПМИД 1352515 .
- ^ Жак С.Л., Мирза И.А., Эджим Л., Котева К., Хьюз Д.В., Грин К., Кинач Р., Хонек Дж.Ф., Лай Х.К., Бергюс А.М., Райт Г.Д. (октябрь 2003 г.). «Самоубийство с помощью ферментов: молекулярная основа противогрибковой активности 5-гидрокси-4-оксонорвалина за счет мощного ингибирования гомосериндегидрогеназы» . хим. Биол . 10 (10): 989–995. doi : 10.1016/j.chembiol.2003.09.015 . ПМИД 14583265 .
- ^ Эджим Л., Мирза И.А., Капоне С., Нази И., Дженкинс С., Чи Г.Л., Бергуи А.М., Райт Г.Д. (июль 2004 г.). «Новые фенольные ингибиторы дрожжевой гомосериндегидрогеназы». Биоорг. Мед. Хим . 12 (14): 3825–3830. дои : 10.1016/j.bmc.2004.05.009 . ПМИД 15210149 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Блэк С., Райт Н.Г. (1955). «Гомосериндегидрогеназа» . Ж. Биол. Хим . 213 (1): 51–60. дои : 10.1016/S0021-9258(18)71043-0 . ПМИД 14353905 .
- Старнс В.Л., Мунк П., Мол С.Б., Каннингем Г.Н., Кокс DJ, Шайв В. (1972). «Треонин-чувствительный комплекс аспартокиназа-гомосериндегидрогеназа, аминокислотный состав, молекулярная масса и субъединичный состав комплекса». Биохимия . 11 (5): 677–87. дои : 10.1021/bi00755a003 . ПМИД 4551091 .
- Верон М., Фалькоз-Келли Ф., Коэн Г.Н. (1972). «Треонин-чувствительная гомосериндегидрогеназная и аспартокиназная активность Escherichia coli K12. Две каталитические активности осуществляются двумя независимыми участками полипептидной цепи» . Евро. Дж. Биохим . 28 (4): 520–7. дои : 10.1111/j.1432-1033.1972.tb01939.x . ПМИД 4562990 .
