Дифосфомевалонатдекарбоксилаза
| дифосфомевалонатдекарбоксилаза | |||
|---|---|---|---|
 АТФ-зависимое декарбоксилирование, катализируемое мевалонат-дифосфатдекарбоксилазой [1] | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 4.1.1.33 | ||
| Номер CAS. | 9024-66-2 | ||
| 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 | ||
| |||
| Мевалонат (дифосфо) декарбоксилаза | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | MVD | ||
| ген NCBI | 4597 | ||
| HGNC | 7529 | ||
| МОЙ БОГ | 603236 | ||
| RefSeq | НМ_002461 | ||
| ЮниПрот | P53602 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 4.1.1.33 | ||
| Локус | Хр. 16 q24.3 | ||
| |||
Дифосфомевалонатдекарбоксилаза ( EC 4.1.1.33 ), чаще всего называемая в научной литературе мевалонатдифосфатдекарбоксилазой . [ нужна ссылка ] , представляет собой фермент , катализирующий химическую реакцию
- АТФ + (R)-5-дифосфомевалонат АДФ + фосфат + изопентенилдифосфат + CO 2
Этот фермент превращает мевалонат-5-дифосфат (MVAPP) в изопентенилдифосфат (IPP) посредством АТФ- зависимого декарбоксилирования . [1] Двумя субстратами этого фермента являются АТФ и мевалонат-5-дифосфат, тогда как его четырьмя продуктами являются АДФ , фосфат , изопентенилдифосфат и CO 2 .
Мевалонат-дифосфатдекарбоксилаза катализирует заключительную стадию мевалонатного пути . Мевалонатный путь отвечает за биосинтез изопреноидов из ацетата . [2] Этот путь играет ключевую роль во многих клеточных процессах путем синтеза стеролизопреноидов , таких как холестерин , и нестериновых изопреноидов, таких как долихол , гем А , тРНК-изопентенилтрансфераза и убихинон . [3] [4]
Этот фермент принадлежит к семейству лиаз , а именно карбоксилаз, которые расщепляют углерод-углеродные связи. Систематическое название этого класса ферментов — АТФ:(R)-5-дифосфомевалонаткарбоксилаза (с добавлением АТФ, образующей изопентенилдифосфат) . Другие широко используемые названия включают пирофосфомевалонатдекарбоксилазу , мевалонат-5-пирофосфатдекарбоксилазу , декарбоксилазу пирофосфомевалоновой кислоты , 5-пирофосфомевалонатдекарбоксилазу , мевалонат-5-дифосфатдекарбоксилазу и АТФ:(R)-5-дифосфомевалонаткарбоксилазу (дегидратирующую) .
Ферментативный механизм
[ редактировать ]Мевалонатдифосфатдекарбоксилаза распознает и связывает два субстрата: АТФ и мевалонат-5-дифосфат. После связывания фермент выполняет три типа реакций, которые можно разделить на две основные стадии. Сначала фосфорилирование происходит . При этом создается реактивный промежуточный продукт, который на втором этапе подвергается согласованному дефосфорилированию и декарбоксилированию. [5] Многие ферментные остатки в активном центре играют важную роль в этом согласованном механизме. Остаток аспарагиновой кислоты депротонирует гидроксил C3 на MVAPP и помогает кислороду атаковать фосфат из АТФ. В результате промежуточное соединение 1, 3-фосфоМВАПП теперь имеет гораздо лучшую уходящую группу, которая помогает производить промежуточное соединение 2. [1] Этот третий промежуточный продукт представляет собой переходный промежуточный продукт бета-карбоксикарбония и обеспечивает «стока электронов», который помогает запустить реакцию декарбоксилирования. [1]
Структура фермента
[ редактировать ]
Точный ферментный аппарат мевалонат-дифосфатдекарбоксилазы до конца не изучен. Структуры как дрожжевой, так и человеческой мевалонат-дифосфатдекарбоксилазы были решены с помощью рентгеновской кристаллографии , но ученые столкнулись с трудностями в получении структур связанных метаболитов. Ученые классифицировали мевалонат-дифосфатдекарбоксилазу как фермент семейства GHMP-киназ (галактокиназа, гомосеринкиназа, мевалонат-киназа и фосфомевалонат-киназа). [6] И мевалонат-киназа , и мевалонат-дифосфатдекарбоксилаза, вероятно, произошли от общего предка, поскольку они имеют схожую укладку и катализируют фосфорилирование сходных субстратов. [6] [7] Из-за этих сходств оба фермента часто изучаются сравнительно, особенно в отношении ингибиторов.
Хотя информация ограничена, некоторые важные остатки были идентифицированы и выделены в структуре и механизме активного центра. Из-за сложности получения кристаллических структур связанных субстратов для лучшего понимания роли остатков в связывании субстрата были использованы сульфат-ион и молекулы воды. [8]
При исследовании человеческой формы мевалонатдифосфатдекарбоксилазы были идентифицированы следующие специфические остатки: аргинин-161 (Arg-161), серин-127 (Ser-127), аспартат-305 (Asp-305) и аспарагин-17 (Asn). -17). [1] Arg-161 взаимодействует с карбонилом C1 MVAPP, а Asn-17 важен для образования водородных связей с тем же остатком аргинина. [1] Asp-305 расположен примерно в 4 Å от гидроксила C3 на MVAPP и действует как основной катализатор в активном центре. [1] Ser-127 помогает ориентировать фосфорильную цепь для переноса фосфата на MVAPP. [1] Мевалонат-дифосфатдекарбоксилаза также имеет фосфатсвязывающую петлю («P-петля»), где аминокислотные остатки обеспечивают ключевые взаимодействия, стабилизирующие трифосфорильный фрагмент нуклеотида. [9] Остатки P-петли консервативны во всех ферментах семейства GHMP-киназ и включают Ala-105, Ser-106, Ser-107 и Ala-108. [9]
Биологическая функция
[ редактировать ]Многие разные организмы используют мевалонатный путь и мевалонат-дифосфатдекарбоксилазу, но для разных целей. [9] У грамположительных бактерий изопентенилдифосфат, конечный продукт мевалонатдифосфатдекарбоксилазы, является важным промежуточным продуктом в биосинтезе пептидогликана и полиизопреноидов. [9] Таким образом, воздействие на мевалонатный путь и мевалонат-дифосфатдекарбоксилазу может быть потенциальным противомикробным препаратом. [9]
Мевалонатный путь также используется у эукариот и растений более высокого порядка. Мевалонат-дифосфатдекарбоксилаза в основном присутствует в печени млекопитающих, где большая часть мевалоната превращается в холестерин. [10] [11] Некоторая часть холестерина превращается в стероидные гормоны , желчные кислоты и витамин D. [10] Мевалонат также превращается во многие другие важные интермедиаты в клетках млекопитающих: долихолы (переносчики при сборке углеводных цепей в гликопротеинах ), убихиноны (важные для транспорта электронов), тРНК-изопентенилтрансфераза (используется в синтезе белка), а также франезилированные и геранилгеранилированные белки (мембранные ассоциированные белки, которые, по-видимому, участвуют во внутриклеточной передаче сигналов). [10] Основным звеном регуляции биосинтеза холестерина и нестерин-изопрена является HMGCoA-редуктаза , третий фермент мевалонатного пути. [10]
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Ишемическая болезнь сердца является основной причиной смертности среди населения США. [12] Гиперхолестеринемия или высокий уровень холестерина считаются основным фактором риска развития ишемической болезни сердца. [13] Поэтому основные усилия направлены на понимание регуляции и разработку ингибиторов биосинтеза холестерина. [13] Мевалонат-дифосфатдекарбоксилаза является потенциальным ферментом, на который можно воздействовать на пути синтеза холестерина. Ученые обнаружили молекулу 6-фторомевалонат (6-FMVA), которая является сильным конкурентным ингибитором мевалонат-дифосфатдекарбоксилазы. [13] Добавление 6-ФМВА приводит к снижению уровня холестерина. [13]
Крысы со спонтанной гипертензией (склонные к инсульту) (SHRSP) страдают от тяжелой гипертензии и кровоизлияния в мозг . [14] Ученые обнаружили низкий уровень холестерина в сыворотке крови у крыс с этим заболеванием. [14] При SHRSP мевалонат-дифосфатдекарбоксилаза имеет гораздо более низкую активность, в то время как HMG-CoA-редуктаза остается неизменной; следовательно, мевалонат-дифосфатдекарбоксилаза может быть ответственна за снижение биосинтеза холестерина в этом состоянии. [14] [15] Предполагается, что у людей дефицит холестерина может сделать плазматические мембраны хрупкими и, как следствие, вызвать ангионекроз головного мозга. Снижение уровня холестерина в сыворотке крови, возникающее вследствие низкой активности мевалонат-дифосфатдекарбоксилазы, в некоторых случаях может быть причиной кровоизлияния в мозг. [14]
Структурные исследования
[ редактировать ]не менее 15 структур По состоянию на 2015 год для этого класса ферментов было решено PDB , включая коды доступа 1FI4 , 2HK2 , 2HK3 и 2HKE .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Войнова Н.Е.; Фу, З; Баттайле, КП; Хердендорф, Ти Джей; Ким, Джей-Джей; Мизиорко, HM (1 декабря 2008 г.). «Человеческая мевалонат-дифосфат-декарбоксилаза: характеристика, исследование сайта связывания мевалонат-дифосфата и кристаллическая структура» . Архив биохимии и биофизики . 480 (1): 58–67. дои : 10.1016/j.abb.2008.08.024 . ПМК 2709241 . ПМИД 18823933 .
- ^ Мизиорко, HM (15 января 2011 г.). «Ферменты мевалонатного пути биосинтеза изопреноидов» . Архив биохимии и биофизики . 505 (2): 131–43. дои : 10.1016/j.abb.2010.09.028 . ПМК 3026612 . ПМИД 20932952 .
- ^ Бухаеску, я; Иззедин, Х. (июнь 2007 г.). «Путь мевалоната: обзор клинических и терапевтических последствий». Клиническая биохимия . 40 (9–10): 575–84. doi : 10.1016/j.clinbiochem.2007.03.016 . ПМИД 17467679 .
- ^ Мизиорко, HM (15 января 2011 г.). «Ферменты мевалонатного пути биосинтеза изопреноидов» . Архив биохимии и биофизики . 505 (2): 131–43. дои : 10.1016/j.abb.2010.09.028 . ПМК 3026612 . ПМИД 20932952 .
- ^ Байрс, Э; Алфи, Миссисипи; Смит, ТК; Хантер, Западная Нью-Йорк (10 августа 2007 г.). «Кристаллические структуры Trypanosoma brucei и мевалонат-дифосфатдекарбоксилазы Staphylococcus aureus сообщают о факторах, определяющих специфичность и реактивность». Журнал молекулярной биологии . 371 (2): 540–53. дои : 10.1016/j.jmb.2007.05.094 . ПМИД 17583736 .
- ^ Перейти обратно: а б Цю, Юнге; Гао, Цзиньбо; Го, Фэй; Цяо, Юцинь; Ли, Дин (ноябрь 2007 г.). «Исследования мутаций и ингибирования мевалонат-5-дифосфатдекарбоксилазы». Письма по биоорганической и медицинской химии . 17 (22): 6164–6168. дои : 10.1016/j.bmcl.2007.09.033 . ПМИД 17888661 .
- ^ Цю, Юнге; Ли, Дин (июль 2006 г.). «Ингибирование мевалонат-5-дифосфатдекарбоксилазы аналогами фторированного субстрата». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 1760 (7): 1080–1087. дои : 10.1016/j.bbagen.2006.03.009 . ПМИД 16626865 .
- ^ Крепкий, Дмитрий; Мизиорко, Генри М. (июль 2004 г.). «Идентификация остатков активного центра мевалонат-дифосфатдекарбоксилазы: значение для семейства фосфотрансфераз» . Белковая наука . 13 (7): 1875–1881. дои : 10.1110/ps.04725204 . ПМК 2279928 . ПМИД 15169949 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Барта, Майкл Л.; Маквортер, Уильям Дж.; Мизиорко, Генри М.; Гейсбрехт, Брайан В. (17 июля 2012 г.). «Структурная основа связывания нуклеотидов и катализа реакций мевалонат-дифосфатдекарбоксилазы» . Биохимия . 51 (28): 5611–5621. дои : 10.1021/bi300591x . ПМК 4227304 . ПМИД 22734632 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Хинсон, Д.Д.; Чамблисс, КЛ; Тот, MJ; Танака, РД; Гибсон, К.М. (ноябрь 1997 г.). «Посттрансляционная регуляция мевалонаткиназы промежуточными путями биосинтеза холестерина и нестеринового изопрена» . Журнал исследований липидов . 38 (11): 2216–23. дои : 10.1016/S0022-2275(20)34935-X . ПМИД 9392419 .
- ^ Митихара, А; Акасаки, К; Ямори, Ю; Цудзи, Х. (ноябрь 2001 г.). «Распределение в тканях основной мевалонатпирофосфатдекарбоксилазы у крыс» . Биологический и фармацевтический вестник . 24 (11): 1231–4. дои : 10.1248/bpb.24.1231 . ПМИД 11725954 .
- ^ Маккалоу, Пенсильвания (11 апреля 2007 г.). "Ишемическая болезнь сердца" . Клинический журнал Американского общества нефрологов . 2 (3): 611–616. дои : 10.2215/CJN.03871106 . ПМИД 17699471 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Савамура, М; Нара, Ю; Ямори, Ю. (25 марта 1992 г.). «Мевалонат-5-пирофосфатдекарбоксилаза печени ответственна за снижение уровня холестерина в сыворотке крови у склонных к инсульту крыс со спонтанной гипертензией» . Журнал биологической химии . 267 (9): 6051–5. дои : 10.1016/S0021-9258(18)42660-9 . ПМИД 1556116 .
- ^ Крепкий, Д; Мизиорко, HM (июль 2004 г.). «Идентификация остатков активного центра мевалонат-дифосфатдекарбоксилазы: значение для семейства фосфотрансфераз» . Белковая наука . 13 (7): 1875–81. дои : 10.1110/ps.04725204 . ПМК 2279928 . ПМИД 15169949 .
- Блох К., Чайкин С., Филлипс А.Х., де Ваард А. (1959). «Пирофосфат мевалоновой кислоты и изопентенилпирофосфат» . Ж. Биол. Хим . 234 (10): 2595–2604. дои : 10.1016/S0021-9258(18)69744-3 . ПМИД 13801508 .
