Аргининдекарбоксилаза
| аргининдекарбоксилаза | |||
|---|---|---|---|
 Трехмерное изображение пентамера гомодимеров аргининдекарбоксилазы. | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 4.1.1.19 | ||
| Номер CAS. | 9024-77-5 | ||
| 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 | ||
| |||
Фермент , индуцируемый кислотой аргининдекарбоксилаза (AdiA) ( EC 4.1.1.19 ), также обычно называемый аргининдекарбоксилазой , катализирует превращение L-аргинина в агматин и углекислый газ . В процессе декарбоксилирования потребляется протон и используется пиридоксаль-5'-фосфат (PLP) кофактор , аналогичный другим ферментам, участвующим в метаболизме аминокислот , таким как орнитиндекарбоксилаза и глутаминдекарбоксилаза . [ 1 ] Он обнаружен в бактериях и вирусах , хотя большинство исследований до сих пор были сосредоточены на формах фермента у бактерий. Во время катализируемого AdiA декарбоксилирования аргинина необходимый протон потребляется из цитоплазмы клетки , что помогает предотвратить чрезмерное накопление протонов внутри клетки и способствует повышению внутриклеточного pH. [ 2 ] Аргининдекарбоксилаза является частью ферментативной системы Escherichia coli ( E.coli ) , [ 3 ] сальмонелла тифимуриум , [ 4 ] и метанпродуцирующие бактерии Methanococcus jannaschii [ 5 ] это делает эти организмы кислотоустойчивыми и позволяет им выживать в очень кислой среде.
Структура
[ редактировать ]Аргининдекарбоксилаза представляет собой мультимер белковых субъединиц. Например, форма этого фермента у E. coli составляет ок. 800 кДа, Декамер массой из идентичных субъединиц , состоит из пентамера димеров состоящий . [ 6 ] Каждую субъединицу можно разделить на пять доменов : (1) аминоконцевой домен крыла, (2) линкерный домен, (3) PLP-связывающий домен, (4) аспартатаминотрансфераза - (AspAT-) подобный малый домен, и (5) карбокси-концевой домен. [ 3 ] AspAT-подобный малый домен, PLP-связывающий домен и карбокси-концевой домен образуют открытую чашеобразную структуру. Домен крыла простирается от трех других доменов, как ручка чаши, а линкерный домен соединяет эти две части вместе. В общей сложности пять доменов связаны друг с другом посредством водородных связей и электростатических взаимодействий . [ 3 ]
В E. coli аргининдекарбоксилазе каждый гомодимер имеет два активных центра, которые скрыты на расстоянии около 30 Å от поверхности димера. Активный сайт, обнаруженный в домене связывания PLP, состоит из кофактора PLP, связанного с остатком лизина в форме основания Шиффа . Фосфатная имидазольной группа ПЛП удерживается на месте за счет водородных связей со спиртовыми боковыми цепями нескольких остатков серина и треонина , а также за счет водородных связей с боковой цепью остатка гистидина . Протонированный азот ароматического кольца PLP связан водородной связью с карбоксилатом аспарагиновой боковой цепи. [ 3 ]
Механизм
[ редактировать ]Механизм аргининдекарбоксилазы аналогичен другим дезаминирующим и декарбоксилирующим ферментам PLP в использовании промежуточного соединения основания Шиффа . [ 7 ] Первоначально остаток Lys386 замещается в реакции трансаминирования субстратом L-аргинина, образуя аргининовое основание Шиффа с кофактором PLP. [ 8 ] Затем происходит декарбоксилирование карбоксилатной группы аргинина, при этом предполагается, что разорванная связь CC перпендикулярна пиридиновому кольцу PLP . [ 9 ] Пиридиновая азотистая группа действует как электроноакцепторная группа, способствующая разрыву связи CC. Протонирование аминокислоты приводит к образованию нового основания Шиффа, которое впоследствии подвергается реакции трансаминирования лизиновым остатком аргининдекарбоксилазы, регенерируя каталитически активный PLP и высвобождая агмантин в качестве продукта . Хотя была выдвинута гипотеза, что протонированный остаток гистидина участвует в стадии протонирования в качестве источника протонов. [ 10 ] идентичность протондонорного остатка в аргининдекарбоксилазе еще не подтверждена.
Функция
[ редактировать ]Аргининдекарбоксилаза является одним из основных компонентов аргининзависимой кислотоустойчивости (AR3). [ 11 ] это позволяет E. coli выживать достаточно долго в очень кислой среде желудка, чтобы пройти через пищеварительный тракт и заразить человека . Фермент потребляет цитоплазматический протон в реакции декарбоксилирования, не давая pH клетки стать слишком кислым. Активность фермента зависит от рН окружающей среды. При более основных уровнях клеточного pH фермент существует в неактивной форме гомодимера, поскольку электростатическое отталкивание между отрицательно заряженными кислотными остатками в доменах крыла предотвращает сборку гомодимеров в каталитически активный декамер. Когда клеточная среда становится более кислой, эти остатки приобретают нейтральный заряд за счет протонирования. При меньшем электростатическом отталкивании между гомодимерами фермент может собраться в каталитически активный декамер. [ 12 ] Эта конкретная стратегия сборки, используемая аргининдекарбоксилазой E. coli , также широко используется другими ацидофильными организмами , чтобы справиться с кислыми условиями роста. [ 13 ] В целом кислотоустойчивая активность аргининдекарбоксилазы двойная. Поверхностные белковые остатки гомодимера поглощают протоны, что приводит к образованию активных декамеров, которые еще больше увеличивают потребление протонов посредством реакции декарбоксилирования. Аргининдекарбоксилаза работает в тандеме с антипортерами аргининдекарбоксилазы (AdiC) , другим компонентом AR3, которые заменяют внеклеточный субстрат аргинина на внутриклеточный побочный продукт декарбоксилирования. [ 14 ] [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пайардини А., Контестабиле Р., Бакл А.М., Челлини Б (2014). «PLP-зависимые ферменты» . БиоМед Исследования Интернэшнл . 2014 : 856076. doi : 10.1155/2014/856076 . ПМЦ 3914556 . ПМИД 24527459 .
- ^ Букер Э.А., Снелл Э.Э. (январь 1971 г.). «[225] Аргининдекарбоксилаза (Escherichia coli B)». [225] Аргининдекарбоксилаза ( Escherichia coli B) . Методы энзимологии. Том. 17. стр. 657–662. дои : 10.1016/0076-6879(71) 17114-5 ISBN 9780121818777 .
- ^ Jump up to: а б с д Андрел Дж., Хикс М.Г., Палмер Т., Карпентер Э.П., Ивата С., Махер М.Дж. (май 2009 г.). «Кристаллическая структура индуцированной кислотой аргининдекарбоксилазы из Escherichia coli : обратимая сборка декамера контролирует активность фермента». Биохимия . 48 (18): 3915–27. дои : 10.1021/bi900075d . ПМИД 19298070 .
- ^ Дека Дж., Бхарат С.Р., Савитри Х.С., Мурти М.Р. (сентябрь 2017 г.). «Структурные исследования декамерной S. аргининдекарбоксилазы Typhimurium (ADC): связывание пиридоксаль-5'-фосфата вызывает конформационные изменения». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 490 (4): 1362–1368. дои : 10.1016/j.bbrc.2017.07.032 . ПМИД 28694189 .
- ^ PDB : 1MT1 ; Толберт В.Д., Грэм Д.Э., Уайт Р.Х., Илик С.Е. (март 2003 г.). «Пирувоилзависимая аргининдекарбоксилаза из Methanococcus jannaschii: кристаллические структуры саморасщепляющихся форм и форм профермента S53A» . Структура . 11 (3): 285–94. дои : 10.1016/S0969-2126(03)00026-1 . ПМИД 12623016 .
- ^ Букер Э.А., Снелл Э.Э. (апрель 1968 г.). «Аргининдекарбоксилаза из Escherichia coli . II. Диссоциация и реассоциация субъединиц» . Журнал биологической химии . 243 (8): 1678–84. дои : 10.1016/S0021-9258(18)93499-X . ПМИД 4870600 .
- ^ Элиот AC, Кирш Дж. Ф. (2004). «Ферменты пиридоксальфосфата: механистические, структурные и эволюционные соображения». Ежегодный обзор биохимии . 73 : 383–415. doi : 10.1146/annurev.biochem.73.011303.074021 . ПМИД 15189147 .
- ^ Джон Р.А. (апрель 1995 г.). «Пиридоксальфосфатзависимые ферменты». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1248 (2): 81–96. дои : 10.1016/0167-4838(95)00025-п . ПМИД 7748903 .
- ^ Тони, доктор медицины (январь 2005 г.). «Специфичность реакции ферментов пиридоксальфосфата». Архив биохимии и биофизики . 433 (1): 279–87. дои : 10.1016/j.abb.2004.09.037 . ПМИД 15581583 .
- ^ Ахтар М., Стивенсон Д.Е., Гани Д. (август 1990 г.). «L-метиониндекарбоксилаза папоротника: кинетика и механизм декарбоксилирования и абортивного трансаминирования». Биохимия . 29 (33): 7648–60. дои : 10.1021/bi00485a014 . ПМИД 2271524 .
- ^ Лин Дж., Смит, член парламента, Чапин К.К., Байк Х.С., Беннетт Г.Н., Фостер Дж.В. (сентябрь 1996 г.). «Механизмы кислотоустойчивости энтерогеморрагической кишечной палочки » . Прикладная и экологическая микробиология . 62 (9): 3094–100. Бибкод : 1996ApEnM..62.3094L . дои : 10.1128/АЕМ.62.9.3094-3100.1996 . ПМК 168100 . ПМИД 8795195 .
- ^ Новак С., Букер Э.А. (март 1981 г.). «Индуцибельная аргининдекарбоксилаза Escherichia coli B: активность димера и декамера». Архив биохимии и биофизики . 207 (1): 110–6. дои : 10.1016/0003-9861(81)90015-1 . ПМИД 7016035 .
- ^ Ричард Х., Фостер Дж.В. (сентябрь 2004 г.). « Escherichia coli Глутамат- и аргинин-зависимые системы кислотоустойчивости повышают внутренний pH и обращают вспять трансмембранный потенциал» . Журнал бактериологии . 186 (18): 6032–41. дои : 10.1128/jb.186.18.6032-6041.2004 . ПМК 515135 . ПМИД 15342572 .
- ^ Гонг С., Ричард Х., Фостер Дж.В. (август 2003 г.). «YjdE (AdiC) представляет собой аргинин:агматиновый антипортер, необходимый для аргининзависимой кислотоустойчивости Escherichia coli » . Журнал бактериологии . 185 (15): 4402–9. дои : 10.1128/jb.185.15.4402-4409.2003 . ПМК 165756 . ПМИД 12867448 .
- ^ Айер Р., Уильямс С., Миллер С. (ноябрь 2003 г.). «Аргинин-агматиновый антипортер при крайней кислотоустойчивости Escherichia coli » . Журнал бактериологии . 185 (22): 6556–61. дои : 10.1128/jb.185.22.6556-6561.2003 . ПМК 262112 . ПМИД 14594828 .