Jump to content

Малатдегидрогеназа (оксалоацетатдекарбоксилирующая) (НАДФ) + )

(Перенаправлено с НАДФ-яблочного фермента )
НАДФ-яблочный фермент
Идентификаторы
Номер ЕС. 1.1.1.40
Номер CAS. 9028-47-1
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
Поиск
PMCarticles
PubMedarticles
NCBIproteins

Малатдегидрогеназа (оксалоацетатдекарбоксилирующая) (НАДФ) + ) ( КФ 1.1.1.40 ) или НАДФ-яблочный фермент (НАДФ-МЭ) — фермент химическую , катализирующий реакцию в присутствии иона двухвалентного металла: [ 1 ]

(S)-малат + НАДФ + пируват + СО 2 + НАДФН

Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются (S)-малат и НАДФ. + , тогда как его тремя продуктами являются пируват , CO 2 и НАДФН . Малат окисляется до пирувата и СО 2 , и НАДФ. + восстанавливается до НАДФН.

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , а именно тех, которые действуют на группу CH-OH донора с НАД. + или НАДФ + как акцептор. Систематическое название этого класса ферментов — (S)-малат:НАДФ. + оксидоредуктаза (оксалоацетатдекарбоксилирующая) . Этот фермент участвует в метаболизме пирувата и фиксации углерода . НАДФ-яблочный фермент является одним из трех ферментов декарбоксилирования, используемых в механизмах концентрации неорганического углерода C4 и CAM- растений. Остальные представляют собой НАД-малеиновый фермент и PEP-карбоксикиназу . [ 2 ] [ 3 ] Хотя часто преобладает одна из трех фотосинтетических декарбоксилаз, показано также одновременное действие всех трех. [ 4 ]

ChemDraw генерировал химическую реакцию НАДФ-МЭ с подробным описанием задействованных химических структур.

Структура фермента

[ редактировать ]
Кристаллическая структура гомологичного яблочного фермента человека выделяет ключевые остатки, участвующие в связывании субстрата и катализе. Сайт II содержит мотив GLGDLG, сайт V содержит другой мотив GXGXXG, выделенный остаток аргинина взаимодействует с обоими НАДФ. + и малат, а выделенный лизин, возможно, участвует в основном катализе. Идентификатор файла PDB для изображения — 2aw5.

На основе кристаллографии данных гомологичных НАДФ-зависимых яблочных ферментов млекопитающих . разработана 3D-модель С4-пути НАДФ-МЭ в растениях, идентифицирующая ключевые остатки, участвующие в связывании субстрата или катализе Связывание динуклеотидов включает два богатых глицином мотива GXGXXG, гидрофобную бороздку, включающую по меньшей мере шесть аминокислотных остатков, и отрицательно заряженный остаток на конце βB-цепи. [ 5 ] [ 6 ] Первичная последовательность первого мотива, 240 ГЛГДЛГ 245 , является консенсусным маркером связывания фосфата, что свидетельствует об участии в связывании NADP, в то время как другой богатый глицином мотив принимает классическую складку Россмана - также типичный маркер NADP связывания кофактора . [ 7 ] Эксперименты по мутагенезу NADP-ME кукурузы подтвердили текущую модель. [ 1 ] Замена глицина на валин в любой области мотива сделала фермент полностью неактивным, в то время как спектральный анализ не выявил серьезных изменений по сравнению с формой дикого типа. Данные свидетельствуют о прямом нарушении ключевого остатка, участвующего в связывании или катализе, а не междоменного остатка, влияющего на конформационную стабильность. ключевой остаток аргинина Кроме того, было показано, что в сайте 237 взаимодействует как с малатом , так и с НАДФ. + субстраты, образующие ключевые благоприятные электростатические взаимодействия с отрицательно заряженной карбоновой кислотой и фосфатной группой соответственно. Еще предстоит выяснить, играет ли этот остаток роль в связывании субстрата или позиционировании субстрата для катализа. [ 8 ] Остаток лизина 255 играет роль каталитической основы реактивности ферментов; однако для окончательного установления его биохимической роли все еще необходимы дальнейшие исследования. [ 1 ]

Структурные исследования

[ редактировать ]

По состоянию на 2007 год 3 структуры Для этого класса ферментов были решены PDB с кодами доступа 1GQ2 , 1GZ4 и 2AW5 . [ нужна ссылка ]

Биологическая функция

[ редактировать ]

В более широком контексте яблочные ферменты обнаруживаются в широком спектре эукариотических организмов, от грибов до млекопитающих, и, кроме того, показано, что они локализуются в ряде субклеточных мест, включая цитозоль , митохондрии и хлоропласты . С 4 НАДФ-МЭ, в частности, у растений локализуется в хлоропластах оболочки пучка . [ 1 ]

C 4 Во время фотосинтеза , развитого пути увеличения локализованных концентраций CO 2 под угрозой усиленного фотодыхания , CO 2 захватывается клетками мезофилла , фиксируется в виде оксалоацетата , превращается в малат и высвобождается внутри клеток оболочки пучка, чтобы непосредственно подпитывать RuBisCO . активность [ 9 ] Это высвобождение фиксированного CO 2 , вызванное благоприятным декарбоксилированием малата в пируват , опосредовано НАДФ-зависимым яблочным ферментом. Фактически, значимость активности НАДФ-МЭ в сохранении CO 2 подтверждается исследованием, проведенным на трансгенных растениях, демонстрирующих мутацию потери функции НАДФ-МЭ. Растения с мутацией испытывали на 40% активность НАДФ-МЭ дикого типа и достигли значительного снижения поглощения CO 2 даже при высоких межклеточных уровнях CO 2 , что доказывает биологическую важность НАДФ-МЭ в регулировании потока углерода в направлении цикла Кальвина . [ 10 ] [ 11 ]

Регуляция ферментов

[ редактировать ]

НАДФ-МЭ экспрессия Было показано, что регулируется факторами абиотического стресса. Для растений CAM условия засухи приводят к тому , что устьица в основном остаются закрытыми, чтобы избежать потери воды за счет эвапотранспирации , что, к сожалению, приводит к нехватке CO 2 . В качестве компенсации закрытая стома активирует трансляцию НАДФ-МЭ, чтобы усилить высокую эффективность ассимиляции CO 2 во время коротких интервалов потребления CO 2 , позволяя фиксацию углерода продолжать .

Помимо регуляции в более длительном масштабе времени посредством контроля экспрессии, регуляция в кратковременном масштабе может происходить посредством аллостерических механизмов. C 4 Было показано, что NADP-ME частично ингибируется его субстратом малатом, что указывает на наличие двух независимых сайтов связывания: одного в активном сайте и одного в аллостерическом сайте. Однако ингибирующий эффект зависит от pH – он существует при pH 7, но не при pH 8. Контроль активности фермента за счет изменений pH согласуется с гипотезой о том, что НАДФ-МЭ наиболее активен во время фотосинтеза : Активный Световые реакции приводят к повышению основности в хлоропласта строме , расположению НАДФ-МЭ, что приводит к уменьшению ингибирующего действия малата на НАДФ-МЭ и тем самым способствует переходу в более активное состояние. И наоборот, замедление световых реакций приводит к повышению кислотности стромы, способствуя ингибированию НАДФ-МЭ малатом. Поскольку высокоэнергетические продукты световых реакций , НАДФН и АТФ , необходимы для Чтобы продолжить цикл Кальвина , накопление CO 2 без них бесполезно, что объясняет необходимость в регулирующем механизме. [ 12 ]

Этот белок может использовать морфеиновую модель аллостерической регуляции . [ 13 ]

Эволюция

[ редактировать ]

НАДФ-яблочный фермент, как и все другие C 4 декарбоксилазы, не эволюционировал de novo для объединения CO 2 в пользу RuBisCO . [ 14 ] Скорее, НАДФ-МЭ был непосредственно трансформирован из вида C 3 в ходе фотосинтеза и даже раньше произошел от древнего цистольного предка . В цитозоле фермент существовал в виде ряда изоформ «домашнего хозяйства» , предназначенных для выполнения различных функций, включая поддержание уровня малата во время гипоксии , разделение микроспор и защиту от патогенов . Что касается механизма эволюции, функциональность C 4 , как полагают, возникла из-за ошибки дупликации гена как внутри промоторных областей, вызывая сверхэкспрессию в клетках оболочки пучка, так и внутри кодирующей области, вызывая неофункционализацию . [ 15 ] Выбор функции сохранения CO 2 , а также улучшенного использования воды и азота в стрессовых условиях был обусловлен естественным давлением. [ 16 ]

См. также

[ редактировать ]
  • ME1 (ген человека)
  1. ^ Перейти обратно: а б с д Детарсио Э., Уилер М.К., Кампос Бермудес В.А., Андрео К.С., Дринкович М.Ф. (апрель 2003 г.). «НАДФ-яблочный фермент C4 кукурузы. Экспрессия в Escherichia coli и характеристика сайт-направленных мутантов по предполагаемым сайтам связывания нуклеозидов» . Журнал биологической химии . 278 (16): 13757–64. дои : 10.1074/jbc.M212530200 . ПМИД   12562758 .
  2. ^ Канаи, Рюзи; Эдвардс, Джеральд Э. (1999). «Биохимия фотосинтеза C 4 » . В Сейдже, Роуэн Ф.; Монсон, Рассел К. (ред.). C 4 Биология растений . Академическая пресса. стр. 49–87. ISBN  978-0-08-052839-7 .
  3. ^ Кристофер Дж. Т., Холтум Дж. (сентябрь 1996 г.). «Закономерности распределения углерода в листьях видов толстянковых кислотного метаболизма во время нейтрализации кислотности» . Физиология растений . 112 (1): 393–399. дои : 10.1104/стр.112.1.393 . ПМК   157961 . ПМИД   12226397 .
  4. ^ Фурумото Т., Хата С., Изуи К. (октябрь 1999 г.). «Клонирование кДНК и характеристика фосфоенолпируваткарбоксикиназы кукурузы, фермента, специфичного для клеток оболочки пучка». Молекулярная биология растений . 41 (3): 301–11. дои : 10.1023/A:1006317120460 . ПМИД   10598098 . S2CID   8302572 .
  5. ^ Россман, Майкл Г.; Лильяс, Андерс; Бранден, Карл-Ивар; Банасзак, Леонард Дж. (1975). «Эволюционные и структурные связи между дегидрогеназами». В Бойере, Пол Д. (ред.). Ферменты . Том. 11. С. 61–102. дои : 10.1016/S1874-6047(08)60210-3 . ISBN  978-0-12-122711-1 .
  6. ^ Белламачина CR (сентябрь 1996 г.). «Мотив связывания никотинамиддинуклеотида: сравнение белков, связывающих нуклеотиды» . Журнал ФАСЭБ . 10 (11): 1257–69. дои : 10.1096/fasebj.10.11.8836039 . ПМИД   8836039 .
  7. ^ Ротермель Б.А., Нельсон Т. (ноябрь 1989 г.). «Первичная структура НАДФ-зависимого яблочного фермента кукурузы» . Журнал биологической химии . 264 (33): 19587–92. дои : 10.1016/S0021-9258(19)47154-8 . ПМИД   2584183 .
  8. ^ Коулман, Дэвид Э.; Рао, Г.С. Джаганнатха; Голдсмит, Э.Дж.; Кук, Пол Ф.; Харрис, Бен Г. (июнь 2002 г.). «Кристаллическая структура яблочного фермента из Ascaris suum в комплексе с никотинамид-аденин-динуклеотидом при разрешении 2,3 Å». Биохимия . 41 (22): 6928–38. дои : 10.1021/bi0255120 . ПМИД   12033925 .
  9. ^ Эдвардс Г.Е., Франчески В.Р., Вознесенская Е.В. (2004). «Одноклеточный фотосинтез C (4) в сравнении с парадигмой двух клеток (Кранц)» . Ежегодный обзор биологии растений . 55 : 173–96. doi : 10.1146/annurev.arplant.55.031903.141725 . ПМИД   15377218 .
  10. ^ Пенгелли Дж. Дж., Тан Дж., Фурбанк RT, фон Кеммерер С. (октябрь 2012 г.). «Антисмысловое снижение НАДФ-яблочного фермента у Flaveria bidentis уменьшает поток CO2 через цикл C4» . Физиология растений . 160 (2): 1070–80. дои : 10.1104/стр.112.203240 . ПМЦ   3461530 . ПМИД   22846191 .
  11. ^ Ратнам К.К. (январь 1979 г.). «Метаболическая регуляция потока углерода во время фотосинтеза C4: II. Доказательства in situ рефиксации фотодыхательного CO2 с помощью C 4 фосфоенолпируваткарбоксилазы». Планта . 145 (1): 13–23. дои : 10.1007/BF00379923 . ПМИД   24317560 . S2CID   22462853 .
  12. ^ Сайго М., Тронкони М.А., Джеррард Уиллер MC, Альварес CE, Дринкович М.Ф., Андрео CS (ноябрь 2013 г.). «Биохимические подходы к изучению эволюции фотосинтеза C4: на примере яблочных ферментов декарбоксилаз». Исследования фотосинтеза . 117 (1–3): 177–87. Бибкод : 2013PhoRe.117..177S . дои : 10.1007/s11120-013-9879-1 . hdl : 11336/7831 . ПМИД   23832612 . S2CID   17803651 .
  13. ^ Селвуд Т., Яффе ЭК (март 2012 г.). «Динамическая диссоциация гомоолигомеров и контроль функции белка» . Архив биохимии и биофизики . 519 (2): 131–43. дои : 10.1016/j.abb.2011.11.020 . ПМЦ   3298769 . ПМИД   22182754 .
  14. ^ Майер А., Зелл М.Б., Маурино В.Г. (май 2011 г.). «Малатдекарбоксилазы: эволюция и роль изоформ НАД (P)-ME у видов, осуществляющих фотосинтез C (4) и C (3)» . Журнал экспериментальной ботаники . 62 (9): 3061–9. дои : 10.1093/jxb/err024 . ПМИД   21459769 .
  15. ^ Монсон, Рассел К. (май 2003 г.). «Дупликация генов, неофункционализация и эволюция фотосинтеза C4». Международный журнал наук о растениях . 164 (С3): С43–С54. дои : 10.1086/368400 . S2CID   84685191 . ИНИСТ   14976375 .
  16. ^ Дринкович М.Ф., Казати П., Андрео К.С. (февраль 2001 г.). «НАДФ-яблочный фермент растений: повсеместно распространенный фермент, участвующий в различных метаболических путях» . Письма ФЭБС . 490 (1–2): 1–6. дои : 10.1016/S0014-5793(00)02331-0 . ПМИД   11172800 . S2CID   31317255 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 7f00d3436a0ce61dc099e8a55f743b3f__1711564200
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/7f/3f/7f00d3436a0ce61dc099e8a55f743b3f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Malate dehydrogenase (oxaloacetate-decarboxylating) (NADP+) - 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.)