N-ацетилглюкозамин-6-фосфатдеацетилаза

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

N-ацетилглюкозамин-6-фосфатдеацетилаза в Mycobacterium smegmatis
N-ацетилглюкозамин-6-фосфатдеацетилаза в Mycobacterium smegmatis
Идентификаторы
ЕС №.	3.5.1.25
CAS №.	9027-50-3
Базы данных
Intenz	Intenz View
Бренда	Бренда вход
Расширение	Вид Nicezyme
Кегг	Кегг вход
Метатический	Метаболический путь
Напрямую	профиль
PDB Структуры	RCSB PDB PDBE PDBSUM
Джин Онтология	Друг / Quickgo
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

В фермете N-ацетилглюкозамин - N-ацетилглюкозамин-6-фосфатдеацетилаза ( EC 3.5.1.25 ), также известный как GLCNAC-6-фосфатдеацетилаза или NAGA, является ферментом , который катализирует деацетилирование 6 (Glcnac-6-6-ацетилгглакозамин-6 (Glcnac-6-ацетилглюкозамин-6 (Glcnac-6-ацетилгглакозамин-6 (Glcnac-6 P) глюкозамин-6-фосфату (GLCN-6-P):

H ₂ O + N-ацетил-D-глюкозамин 6-фосфат

\rightleftharpoons

ацетат + D-глюкозамин 6-фосфат ^{[ 1 ]}

GLCNAC-6-фосфат деацетилаза кодируется геном NAGA. ^{[ 2 ]}

Этот фермент принадлежит к суперсемейству амидогидролазы . ^{[ 3 ]} Амидогидролазы являются типом гидролазы , которая действует на амидные связи. Все члены семейства амидогидролазы используют структуру Tim Barrel , а подавляющее большинство членов являются металлоферментами . ^{[ 4 ]} Семейство ферментов важно в метаболизме аминокислот и нуклеотидов, а также в биодеградации сельскохозяйственных и промышленных соединений. Нага участвует в метаболизме амино-сахара, особенно в биосинтезе амино-сахар-нуклеотидов. ^{[ 5 ]}

Структура

Нага - это гомодимерный фермент с двумя доменами в каждом димере структуры. ^{[ 6 ]} Каждый домен I содержит (β/α) ₈ -структурную складку ствола, также известную как ствол TIM, и содержит активный сайт фермента. Каждый активный сайт состоит из каталитического сайта фермента и металлического связывающего сайта, которые участвуют в распознавании субстрата и металла, соответственно. Домен I также формирует димерный интерфейс с доменом I соседней субъединицы. ^{[ 6 ]} Меньший второй домен ферментов NAGA содержит β-болот, который потенциально действует для стабилизации фермента. ^{[ 6 ]} В то время как все члены суперсемейства амидогидролазы используют структурную складку TIM-Barrel, у Naga в Escherichia coli (Ecnaga) есть псевдо-Tim Barrel, который прилагает воронкоподобный каталитический сайт фермента. ^{[ 7 ]} Структура димера NAGA считается решающей для активности и термостабильности фермента. ^{[ 8 ]}

Метал-связывающий сайт

Ферменты амидогидролазы могут связывать один, два или три атома металла в активном сайте. Эти металлы могут включать Zn ²⁺, Co ²⁺, Fe ²⁺, CD ²⁺и другие. ^{[ 1 ]} Ecnaga содержит мононуклеарную металлическую связывание с Zn ²⁺ ион; ^{[ 3 ]} Кроме того, ECNAGA показывает фосфатный ион, связанный на металлическом сайте. ^{[ 7 ]} В отличие от Ecnaga, Naga of Mycobacterium smegmatis (MSNAGA) и Bacillus subtilis (BSNAGA) имеют бинуклеарные металлические сайты. MSNAGA имеет два иона с двухвалентными металлами, расположенные в каждом активном участке, которые необходимы для эффективного катализа и структурной стабильности. ^{[ 6 ]} В то время как большинство других видов бактерий используют Zn в качестве их металлического ко-фактора, Bsnaga использует железо в качестве преобладающего металла в металлическом сайте. ^{[ 9 ]}

КАТАЛИТИЧЕСКАЯ СВЕДЕНИЯ МЕСТ

Большинство остатков активного участка Ecnaga и Bsnaga сохраняются и имеют сходные структурные позиции. Примечательным различием между микобактериальными ферментами NAGA и ферментами NAGA из других видов бактерий является присутствие цистеина в положении 131. Другие виды бактерий имеют остаток лизина в этом положении. Этот цистеин расположен в гибкой петле, которая предотвращает связывание физиологического субстрата. ^{[ 6 ]}

Механизм

Каталитический механизм для ферментов NAGA, предложенных, использует нуклеофильную атаку с помощью координированной металлом молекула воды или гидроксид-иона. Механизм проходит через строго консервативный остаток аспарагиновой кислоты активной сайты (ASP-273), который первоначально действует в качестве основания для активации гидролитической молекулы воды, чтобы атаковать карбонильную группу субстрата. ^{[ 3 ]} Затем ASP-273 действует как кислота для протонирования группы покинув амина. Один предложенный механизм с использованием BSNAGA и его двух соавторов железа в сайте связывания металлов демонстрирует нуклеофильную атаку гидроксидом Fe-мостикой Fe, а затем стабилизация карбонильного кислорода одним из двух атомов Fe. ^{[ 9 ]}

Биологическая функция

Нага расположена в цитоплазме клетки. N-ацетилглюкозамин (GLCNAC) входит в клетку как часть расщепления клеточной стенки. GLCNAC, моносахарид и производное глюкозы, является частью биополимера в бактериальной клеточной стенке. Этот биополимер образует многослойную структуру, называемую пептидогликаном (PG). GlcNac затем превращается в GLCNAC-6-P ферментом. ^{[ 10 ]} Этот субстрат затем деацетилизируется в ацетат и GLCN-6-P от NAGA. ^{[ 11 ]} NAGA важна для производства GLCN-6-P, который затем используется в двух основных путях: путь рециркуляции PG и путь гликолиза .

PG Recycling Pathway

В пути рециркуляции PG, как только GLCNAC-6-P метаболизируется с помощью NAGA, его продукт, GLCN-6-P, затем может быть преобразован в GLCN-1-P ферментом GLMM с последующим реакцией и реакцией с UTP с помощью GLMU для формирования udp-glcnac. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} UDP-GLCNAC является конечным продуктом этого пути, который затем используется для изготовления гликозаминогликанов , протеогликанов и гликолипидов , которые необходимы для пополнения PG для клеточной стенки. ^{[ 12 ]} Рециркуляция PG необходима для бактериальных клеток, чтобы обеспечить рост бактерий и предотвратить лизис клеток . ^{[ 13 ]}

Путь гликолиза

Вместо того, чтобы входить в путь рециркуляции PG, GLCN-6-P может быть преобразован в фруктозо-6-фосфат с помощью NAGB. Эта реакция обратима ферментом GLM, ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} амидотрансфераза. ^{[ 13 ]} Производимый фруктозо-6-фосфат затем входит в путь гликолиза. Гликолиз катализирует выработку пирувата , что приводит к циклу лимонной кислоты и позволяет выработать аминокислоты. ^[14] GlcN-6-P and fructose-6-phosphate act as allosteric regulators of NagA, inhibiting further deacetylation of GlcNAc-6-P.^[15]

Disease relevance

NagA is a potential drug target of Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Eliminating NagA produces high levels of the allosteric activator GlcNAc-6-P,^[2] which prevents the production of GlcN-6-P in order to proceed with the PG recycling pathway. NagA is, therefore, at a crucial metabolic chokepoint in Mtb,^[16] representing the key enzymatic step in the generation of essential amino-sugar precursors. These precursors are required for Mtb cell wall biosynthesis and influence the PG recycling pathway. Additionally, the presence of cysteine in MSNagA's active site may represent a unique exploitative target in Mtb therapeutics.^[6]

Structural studies

As of early 2019, 11 structures have been solved for this class of enzymes, with PDB accession codes 1O12, 1UN7, 1YMY, 1YRR, 2P50, 2P53, 6FV3, 6FV4, 3EGJ, 3IV8, and 2VHL.

Nomenclature

The systematic name of this enzyme class is N-acetyl-D-glucosamine-6-phosphate amidohydrolase. Other names in common use include acetylglucosamine phosphate deacetylase, acetylaminodeoxyglucosephosphate acetylhydrolase, and 2-acetamido-2-deoxy-D-glucose-6-phosphate amidohydrolase.^[15]

References

^ Jump up to: ^a ^b "nagA - N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase - Escherichia coli (strain K12) - nagA gene & protein". www.uniprot.org. Retrieved 2019-03-14.
^ Jump up to: ^a ^b Alvarez-Añorve LI, Bustos-Jaimes I, Calcagno ML, Plumbridge J (October 2009). "Allosteric regulation of glucosamine-6-phosphate deaminase (NagB) and growth of Escherichia coli on glucosamine". Journal of Bacteriology. 191 (20): 6401–7. doi:10.1128/JB.00633-09. PMC 2753035. PMID 19700525.
^ Jump up to: ^a ^b ^c Hall RS, Xiang DF, Xu C, Raushel FM (July 2007). "N-Acetyl-D-glucosamine-6-phosphate deacetylase: substrate activation via a single divalent metal ion". Biochemistry. 46 (27): 7942–52. doi:10.1021/bi700543x. PMC 2533526. PMID 17567047.
^ Liu A, Huo L (2014-08-15), John Wiley & Sons Ltd (ed.), "Amidohydrolase Superfamily", eLS, John Wiley & Sons, Ltd, doi:10.1002/9780470015902.a0020546.pub2, ISBN 9780470015902
^ Yadav V, Panilaitis B, Shi H, Numuta K, Lee K, Kaplan DL (2011-06-02). "N-acetylglucosamine 6-phosphate deacetylase (nagA) is required for N-acetyl glucosamine assimilation in Gluconacetobacter xylinus". PLOS ONE. 6 (6): e18099. Bibcode:2011PLoSO...618099Y. doi:10.1371/journal.pone.0018099. PMC 3107205. PMID 21655093.
^ Jump up to: ^a ^b ^c ^d ^e ^f Ahangar MS, Furze CM, Guy CS, Cooper C, Maskew KS, Graham B, Cameron AD, Fullam E (June 2018). "Mycobacterium tuberculosis N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase (NagA)". The Journal of Biological Chemistry. 293 (25): 9770–9783. doi:10.1074/jbc.RA118.002597. PMC 6016474. PMID 29728457.
^ Jump up to: ^a ^b Ferreira FM, Mendoza-Hernandez G, Castañeda-Bueno M, Aparicio R, Fischer H, Calcagno ML, Oliva G (June 2006). "Structural analysis of N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase apoenzyme from Escherichia coli". Journal of Molecular Biology. 359 (2): 308–21. doi:10.1016/j.jmb.2006.03.024. PMID 16630633.
^ Mine S, Kado Y, Watanabe M, Fukuda Y, Abe Y, Ueda T, Kawarabayasi Y, Inoue T, Ishikawa K (November 2014). "The structure of hyperthermophilic β-N-acetylglucosaminidase reveals a novel dimer architecture associated with the active site". The FEBS Journal. 281 (22): 5092–103. doi:10.1111/febs.13049. PMID 25227262. S2CID 21178562.
^ Jump up to: ^a ^b Vincent F, Yates D, Garman E, Davies GJ, Brannigan JA (January 2004). "The three-dimensional structure of the N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase, NagA, from Bacillus subtilis: a member of the urease superfamily". The Journal of Biological Chemistry. 279 (4): 2809–16. doi:10.1074/jbc.M310165200. PMID 14557261.
^ Jump up to: ^a ^b ^c Park JT, Uehara T (June 2008). "How bacteria consume their own exoskeletons (turnover and recycling of cell wall peptidoglycan)". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 72 (2): 211–27, table of contents. doi:10.1128/MMBR.00027-07. PMC 2415748. PMID 18535144.
^ Jump up to: ^a ^b ^c Plumbridge J (September 2009). "An alternative route for recycling of N-acetylglucosamine from peptidoglycan involves the N-acetylglucosamine phosphotransferase system in Escherichia coli". Journal of Bacteriology. 191 (18): 5641–7. doi:10.1128/JB.00448-09. PMC 2737974. PMID 19617367.
^ Milewski S, Gabriel I, Olchowy J (January 2006). "Enzymes of UDP-GlcNAc biosynthesis in yeast". Yeast. 23 (1): 1–14. doi:10.1002/yea.1337. PMID 16408321. S2CID 39940329.
^ Jump up to: ^a ^b Dhar S, Kumari H, Balasubramanian D, Mathee K (January 2018). "Cell-wall recycling and synthesis in Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa - their role in the development of resistance". Journal of Medical Microbiology. 67 (1): 1–21. doi:10.1099/jmm.0.000636. PMID 29185941.
^ Stryer L, Tymoczko JL, Berg JM (2002). "The Citric Acid Cycle". Biochemistry. 5th Edition.
^ Jump up to: ^a ^b White RJ, Pasternak CA (октябрь 1967 г.). «Очистка и свойства N-ацетилглюкозамин 6-фосфатдеацетилазы из Escherichia coli» . Биохимический журнал . 105 (1): 121–5. doi : 10.1042/bj1050121 . PMC 1198282 . PMID 4861885 .
^ «Молекулярные понимания фермента Naga могут помочь бороться с туберкулезом» . News-medical.net . 2018-07-12 . Получено 2019-03-11 .

Дальнейшее чтение

Yamano N, Matsushita Y, Kamada Y, Fujishima S, Arita M (август 1996 г.). «Очистка и характеристика N-ацетилглюкозамин 6-фосфатной деацетилазы с активностью против N-ацетилглюкозамина из вибрио-холеры не O1» . Биоссака, биотехнология и биохимия . 60 (8): 1320–3. doi : 10.1271/bbb.60.1320 . PMID 8987551 .

[:9-1] Jump up to: ^a ^b "nagA - N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase - Escherichia coli (strain K12) - nagA gene & protein". www.uniprot.org. Retrieved 2019-03-14.

[:5-2] Jump up to: ^a ^b Alvarez-Añorve LI, Bustos-Jaimes I, Calcagno ML, Plumbridge J (October 2009). "Allosteric regulation of glucosamine-6-phosphate deaminase (NagB) and growth of Escherichia coli on glucosamine". Journal of Bacteriology. 191 (20): 6401–7. doi:10.1128/JB.00633-09. PMC 2753035. PMID 19700525.

[:6-3] Jump up to: ^a ^b ^c Hall RS, Xiang DF, Xu C, Raushel FM (July 2007). "N-Acetyl-D-glucosamine-6-phosphate deacetylase: substrate activation via a single divalent metal ion". Biochemistry. 46 (27): 7942–52. doi:10.1021/bi700543x. PMC 2533526. PMID 17567047.

[4] Liu A, Huo L (2014-08-15), John Wiley & Sons Ltd (ed.), "Amidohydrolase Superfamily", eLS, John Wiley & Sons, Ltd, doi:10.1002/9780470015902.a0020546.pub2, ISBN 9780470015902

[5] Yadav V, Panilaitis B, Shi H, Numuta K, Lee K, Kaplan DL (2011-06-02). "N-acetylglucosamine 6-phosphate deacetylase (nagA) is required for N-acetyl glucosamine assimilation in Gluconacetobacter xylinus". PLOS ONE. 6 (6): e18099. Bibcode:2011PLoSO...618099Y. doi:10.1371/journal.pone.0018099. PMC 3107205. PMID 21655093.

[:0-6] Jump up to: ^a ^b ^c ^d ^e ^f Ahangar MS, Furze CM, Guy CS, Cooper C, Maskew KS, Graham B, Cameron AD, Fullam E (June 2018). "Mycobacterium tuberculosis N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase (NagA)". The Journal of Biological Chemistry. 293 (25): 9770–9783. doi:10.1074/jbc.RA118.002597. PMC 6016474. PMID 29728457.

[:1-7] Jump up to: ^a ^b Ferreira FM, Mendoza-Hernandez G, Castañeda-Bueno M, Aparicio R, Fischer H, Calcagno ML, Oliva G (June 2006). "Structural analysis of N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase apoenzyme from Escherichia coli". Journal of Molecular Biology. 359 (2): 308–21. doi:10.1016/j.jmb.2006.03.024. PMID 16630633.

[8] Mine S, Kado Y, Watanabe M, Fukuda Y, Abe Y, Ueda T, Kawarabayasi Y, Inoue T, Ishikawa K (November 2014). "The structure of hyperthermophilic β-N-acetylglucosaminidase reveals a novel dimer architecture associated with the active site". The FEBS Journal. 281 (22): 5092–103. doi:10.1111/febs.13049. PMID 25227262. S2CID 21178562.

[:2-9] Jump up to: ^a ^b Vincent F, Yates D, Garman E, Davies GJ, Brannigan JA (January 2004). "The three-dimensional structure of the N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase, NagA, from Bacillus subtilis: a member of the urease superfamily". The Journal of Biological Chemistry. 279 (4): 2809–16. doi:10.1074/jbc.M310165200. PMID 14557261.

[:3-10] Jump up to: ^a ^b ^c Park JT, Uehara T (June 2008). "How bacteria consume their own exoskeletons (turnover and recycling of cell wall peptidoglycan)". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 72 (2): 211–27, table of contents. doi:10.1128/MMBR.00027-07. PMC 2415748. PMID 18535144.

[:4-11] Jump up to: ^a ^b ^c Plumbridge J (September 2009). "An alternative route for recycling of N-acetylglucosamine from peptidoglycan involves the N-acetylglucosamine phosphotransferase system in Escherichia coli". Journal of Bacteriology. 191 (18): 5641–7. doi:10.1128/JB.00448-09. PMC 2737974. PMID 19617367.

[12] Milewski S, Gabriel I, Olchowy J (January 2006). "Enzymes of UDP-GlcNAc biosynthesis in yeast". Yeast. 23 (1): 1–14. doi:10.1002/yea.1337. PMID 16408321. S2CID 39940329.

[:7-13] Jump up to: ^a ^b Dhar S, Kumari H, Balasubramanian D, Mathee K (January 2018). "Cell-wall recycling and synthesis in Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa - their role in the development of resistance". Journal of Medical Microbiology. 67 (1): 1–21. doi:10.1099/jmm.0.000636. PMID 29185941.

[14] Stryer L, Tymoczko JL, Berg JM (2002). "The Citric Acid Cycle". Biochemistry. 5th Edition.

[:8-15] Jump up to: ^a ^b White RJ, Pasternak CA (октябрь 1967 г.). «Очистка и свойства N-ацетилглюкозамин 6-фосфатдеацетилазы из Escherichia coli» . Биохимический журнал . 105 (1): 121–5. doi : 10.1042/bj1050121 . PMC 1198282 . PMID 4861885 .

[16] «Молекулярные понимания фермента Naga могут помочь бороться с туберкулезом» . News-medical.net . 2018-07-12 . Получено 2019-03-11 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[14]

[15]

[16]

v Т и Гидролазы : непептид углерода-азота ( EC 3.5)
3.5.1: Linear amides / Amidohydrolases	Asparaginase Glutaminase Urease Biotinidase Aminoacylase ACY1 Aspartoacylase(ACY2) ACY3 Ceramidase Aspartylglucosaminidase Fatty acid amide hydrolase Histone deacetylase Sirtuin
3.5.2: Cyclic amides/ Amidohydrolases	Barbiturase Beta-lactamase Dihydroorotase
3.5.3: Linear amidines/ Ureohydrolases	Arginase Agmatinase Protein-arginine deiminase
3.5.4: Cyclic amidines/ Aminohydrolases	Guanine deaminase Adenosine deaminase AMP deaminase Inosine monophosphate synthase DCMP deaminase GTP cyclohydrolase I Cytidine deaminase AICDA Activation-induced cytidine deaminase
3.5.5: Nitriles/ Aminohydrolases	Nitrilase
3.5.99: Other	Riboflavinase Thiaminase II

v Т и Ферменты
Activity	Active site Binding site Catalytic triad Oxyanion hole Enzyme promiscuity Diffusion-limited enzyme Cofactor Enzyme catalysis
Regulation	Allosteric regulation Cooperativity Enzyme inhibitor Enzyme activator
Classification	EC number Enzyme superfamily Enzyme family List of enzymes
Kinetics	Enzyme kinetics Eadie–Hofstee diagram Hanes–Woolf plot Lineweaver–Burk plot Michaelis–Menten kinetics
Types	EC1 Oxidoreductases (list) EC2 Transferases (list) EC3 Hydrolases (list) EC4 Lyases (list) EC5 Isomerases (list) EC6 Ligases (list) EC7 Translocases (list)