Лизинкарбоксипептидаза
| Лизинкарбоксипептидаза | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.4.17.3 | ||
| Номер CAS. | 9013-89-2 | ||
| 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 | ||
| |||
Лизинкарбоксипептидаза ( EC 3.4.17.3) представляет собой фермент . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Этот фермент катализирует следующую химическую реакцию:
- Высвобождение С-концевой основной аминокислоты ( лизина или аргинина ), предпочтительно лизина.
Это активируемый цинком фермент, обнаруженный в плазме. Он инактивирует в крови такие белки, как брадикинин и анафилатоксины , чтобы предотвратить накопление токсических веществ.
Номенклатура
[ редактировать ]Лизинкарбоксипептидаза также известна как:
- карбоксипептидаза N
- аргининкарбоксипептидаза
- кининаза I
- инактиватор анафилатоксина
- карбоксипептидаза B плазмы
- коэффициент преобразования креатинкиназы
- брадикиназа
- Киназа Ia
- гиппуриллизингидролаза
- фермент, расщепляющий брадикинин
- протаминаза
- КПаза N
- конвертаза креатининкиназы
- пептидил-L-лизин(-L-аргинин)гидролаза
- КПН
Классификация
[ редактировать ]Всем ферментам присвоен номер Комиссии по ферментам в зависимости от химической реакции, которую они катализируют. Номер EC призван устранить любую путаницу, возникающую из-за того, что многие ферменты имеют несколько разных названий, которые могут к ним относиться. EC-номер лизинкарбоксипептидазы составляет 3.4.17.3.
Первая цифра в номере EC указывает на основной класс, к которому принадлежит фермент (варианты: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы). Лизинкарбоксипептидаза относится к классу 3, что указывает на то, что она является гидролазой . Гидролазы используют воду для разрыва химических связей, включая, помимо прочего, связи углерод-кислород, углерод-азот и углерод-углерод. [ 4 ]
Второе число описывает тип связи, которая разрывается в реакции, катализируемой конкретным ферментом. Цифра «4» относит лизинкарбоксипептидазу к подклассу « пептидазы ». Это означает, что этот фермент действует на пептидные связи . [ 4 ]
Третье число (подподкласс) дает больше информации о каталитическом механизме реакции. Лизинкарбоксипептидаза относится к подподклассу 17: металлокарбоксипептидазы . Этот подкласс впервые определяет лизинкарбоксипептидазу как экзопептидазу (подподклассы 11 и 13–19), что означает, что она действует только на концевые связи полипептидной цепи. Точнее, это карбоксипептидаза (подподклассы 16–18), которая действует на С-конец, отщепляя одну аминокислоту. Общая категория металлокарбоксипептидаз указывает на то, что они функционируют с использованием катализа ионов металлов . [ 5 ]
Последняя цифра в номере EC позволяет просто отличить каждую металлокарбоксипептидазу друг от друга.
Распространение видов
[ редактировать ]Лизинкарбоксипептидазу можно обнаружить почти у 400 различных видов, все из которых относятся к челюстным позвоночным. К этим видам относятся птицы, рептилии, млекопитающие, амфибии и рыбы. [ 6 ] Для простоты и из-за отсутствия исследований этого фермента на других организмах информация, обсуждаемая в этой статье, будет сосредоточена, в частности, на лизинкарбоксипептидазе человека.
Структура
[ редактировать ]Лизинкарбоксипептидаза имеет молекулярную массу от 270 до 330 кДа ( килодальтон ). Это тетрамерный гликопротеин . Он состоит из двух субъединиц массой 83 кДа и двух активных субъединиц массой от 55 до 48 кДа, которые удерживаются вместе за счет нековалентных взаимодействий. [ 7 ]
Субъединицы массой 83 кДа являются регуляторными и не вносят прямого вклада в каталитическую активность; они также сильно гликозилированы. Они действуют для стабилизации активных субъединиц и поддержания их циркуляции. Каталитическое функционирование сохраняется, когда субъединицы массой 83 кДа удаляются из активных субъединиц, но они все еще необходимы для выполнения своей вспомогательной роли. Активные субъединицы малы и относительно нестабильны при температуре тела и pH крови, поэтому они не сохраняются долго в плазме. без присоединенных регуляторных субъединиц. Обе части 55-48 кДа являются каталитически активными. [ 3 ]
Первичную структуру субъединицы массой 83 кДа можно разделить на три основных домена. Первый домен расположен на N-конце и состоит из 52 аминокислот, причем первые 27 богаты цистеином . Второй домен относится к следующим 312 аминокислотам и состоит из 13 участков повторов, богатых лейцином (LRR), каждый из которых состоит из 24 остатков. Последний С-концевой домен относится к последним 145 остаткам, где аминокислоты 400–425 содержат богатую цистеином часть. Вторичная/третичная структура субъединицы еще не определена экспериментально, но она была выдвинута гипотезой, основанной на том, как сворачиваются другие белки LRR. Рабочая модель, созданная с помощью компьютерного программирования ESyPred3D , представляет собой форму подковы с β-листом , выстилающим внутреннюю часть, и α-спиралью или β-витком, выстилающим внешнюю поверхность. Модель также показывает Ig-подобный домен. В других белках соединение между ним и С-концом домена LRR оказалось местом связывания для образования тетрамера. Следовательно, это может быть сайт связывания второй субъединицы фермента массой 83 кДа, в то время как считается, что активная субъединица взаимодействует с внутренней частью подковообразной формы. [ 7 ]
Каталитическая субъединица имеет форму груши. Его первый домен на N-конце имеет сферическую форму и состоит из 319 аминокислот. Он также содержит каталитические и субстратсвязывающие области и поэтому называется карбоксипептидазным доменом. Этот домен состоит из двух дисульфидных мостиков , в результате чего остается один неспаренный цистеин, проникающий во внутреннюю часть молекулы. Он имеет центральный 8-нитевой β-лист, окруженный 9 α-спиралями, которые, как правило, расположены антипараллельно листам. Домен имеет преимущественно гидрофобное ядро. Второй С-концевой домен имеет цилиндрическую форму и состоит из 79 остатков. Это домен β-сэндвич- транстиретина (ТТ) с гидрофобным ядром. Ранее считалось, что активная единица не гликозилирована; однако в структуре видны три остатка, O-связанных с N-ацетилглюкозамином . [ 8 ] Было установлено, что область, которая связывается с регуляторной субъединицей, является границей между этими двумя доменами. На этой области имеется гидрофобный участок, который, как полагают, взаимодействует с внутренней частью подковообразной формы субъединицы массой 83 кДа, образуя гетеродимер . [ 7 ]
Активный сайт
[ редактировать ]Сферический карбоксипептидазный домен каталитической субъединицы имеет круглое углубление на поверхности, которое является местом расположения бороздки активного центра. Основание бороздки образовано тремя β-листами, а стенки бороздки выстланы α-спиралями. Электронная плотность в середине канавки обеспечивает пространство для кофактора связывания иона цинка. Остаток P1' субстрата помещается в специфическую полость (S1') желобка активного центра, тогда как остатки P1 и on простираются в преимущественно гидрофобную область борозды (в карманах S1, S2 и т. д.). Разрезаемая . пептидная связь удерживается на месте за счет нескольких полярных взаимодействий между боковыми группами белка Атом азота на С-концевой стороне прикреплен к близлежащим гуанидиновым группам молекул аргинина. На N-концевой стороне атом азота удерживается водородными связями с тирозином, тогда как карбонильная группа удерживается водородными связями с лизином. Эти взаимодействия растягивают пептидную связь и позволяют молекуле воды разорвать ее. [ 8 ] Хотя технически в тетрамере есть два активных сайта , по одному на каждую активную субъединицу, одновременно можно использовать только один активный сайт. [ 7 ]
Связь структура-функция
[ редактировать ]Структура лизинкарбоксипептидазы может объяснить ее предпочтение остаткам P1' и P1. Аспарагиновая кислота (ее ориентация определяется цис-пептидной связью между соседними пролином и тирозином), расположенная вблизи S1'-кармана активного центра, ответственна за предпочтение лизина над аргинином в качестве остатка P1'. В отличие от аргинина, лизин может приближаться к этой области спереди, что обеспечивает более легкий разрыв пептидной связи. Между тем, фенольные боковые цепи возле кармана S1 заставляют фермент отдавать предпочтение остаткам P1 среднего размера по сравнению с более крупными; это уменьшает количество необходимых переключений. предпочтение ферментом аланина и метионина глицину Это объясняет . [ 8 ]
Каталитический механизм
[ редактировать ]Лизинкарбоксипептидаза вырабатывается исключительно в печени и вскоре после этого секретируется в кровь. Лучше всего он функционирует в среде с нейтральным pH .
Функция фермента заключается в отрыве аргинина или лизина от С-конца полипептидной цепи . Лизин гидролизуется легче, поскольку у него более высокая скорость обмена, чем у аргинина. Предпоследняя аминокислота также способствует легкости протекания реакции. Аланин и метионин приводят к наиболее эффективным реакциям, тогда как глицин значительно снижает скорость реакции. [ 7 ]
Лизинкарбоксипептидаза использует катализ ионов металлов для завершения реакции и имеет цинк (или другой двухвалентный катион, такой как кобальт) в качестве необходимого кофактора. Из-за этого его действие может ингибироваться хелатирующими факторами, которые удаляют цинк из ферментного комплекса. [ 7 ]
Цинк связан с активным центром фермента и действует как стабилизатор. Положительный заряд цинка позволяет ему взаимодействовать с частичным отрицательным зарядом кислорода в молекуле воды и образовывать связь. Близлежащее основание удалит один из атомов водорода из молекулы кислорода, чтобы стабилизировать ее. Теперь он может эффективно действовать как нуклеофил ; он атакует карбонильную группу белка, образуя временный тетраэдр. После того, как произойдет некоторая энергетически выгодная реконфигурация электронов, в результате концевая аминокислота будет отщеплена от оставшейся части полипептидной цепи. [ 3 ]
Приложения
[ редактировать ]Лизинкарбоксипептидаза обнаруживается в плазме и используется для инактивации определенных белков; эта функция защищает организм от сильнодействующих молекул, которые могут выйти из тканей. Наиболее хорошо изученным белком, инактивируемым этим ферментом, является брадикинин (наряду с другими кининами, такими как каллидин ), который способствует воспалению и регуляции артериального давления. [ 9 ] Однако основным способом расщепления брадикинина является действие ангиотензин I-превращающего фермента (АПФ). Тем не менее, лизинкарбоксипептидаза по-прежнему важна, особенно если пациент получает ингибиторы АПФ для лечения заболевания. Кинины чаще всего являются аутокринными или паракринными гормонами и поэтому часто ограничены в своем местонахождении. Если слишком много гормона попадает в кровь и его уровень поднимается слишком высоко, это может иметь вредные последствия для организма. Лизинкарбоксипептидаза предотвращает это. [ 7 ]
Также было доказано, что этот фермент играет важную роль в инактивации анафилатоксинов, которые представляют собой белки, вызывающие воспаление, используемые в иммунных реакциях. Как и в случае с кининами, вредные последствия могут возникнуть, если в крови накапливается слишком много этих белков. Другие молекулы, в модификации и, следовательно, регулировании которых участвует этот фермент, включают креатинкиназу , гемоглобин , фактор-1α, полученный из стромальных клеток (SDF-1α), рецепторы плазминогена и энкефалины . Ферментативное взаимодействие с креатинкиназой высвобождает по одному лизину из каждой из двух субъединиц и изменяет его функцию. Вместе с гемоглобином он ускоряет диссоциацию тетрамера на димеры и увеличивает его сродство к кислороду. Что касается SDF-1α, то высвобождение лизина снижает его способность функционировать, поэтому этот фермент действует как регулятор активности; SDF-1α обычно играет важную роль в транспортировке гемопоэтических стволовых клеток. Для рецепторов плазминогена расщепление лизина предотвращает активацию плазминогена в плазмин . [ 7 ] Лизинкарбоксипептидаза регулирует энкефалин, уменьшая его сродство к каппа-опиоидным рецепторам и, следовательно, делая его специфичным к дельта-рецепторам . Предполагается также, что эпидермальный фактор роста (и, возможно, другие факторы роста) действует как субстрат , поскольку он метаболизируется путем расщепления С-концевого аргинина. [ 8 ] Другие менее изученные субстраты включают фибринопептиды , которые участвуют в свертывании крови. [ 9 ]
Этот фермент чрезвычайно важен для правильного функционирования организма. Нет никаких записей о людях, у которых полностью отсутствует лизинкарбоксипептидаза и уровень фермента ниже нормального, что было связано с такими расстройствами, как ангионевротический отек . [ 3 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пламмер Т.Х., Эрдеш Э.Г. (январь 1981 г.). «Карбоксипептидаза N плазмы человека». Протеолитические ферменты, часть C. Методы энзимологии. Том. 80 Pt C. Academic Press. стр. 442–449. дои : 10.1016/s0076-6879(81)80038-9 . ISBN 9780121819804 . ПМИД 7341915 .
- ^ Левин Ю., Скидгель Р.А., Эрдеш Э.Г. (август 1982 г.). «Выделение и характеристика субъединиц карбоксипептидазы N плазмы крови человека (кининазы i)» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 79 (15): 4618–4622. Бибкод : 1982PNAS...79.4618L . дои : 10.1073/pnas.79.15.4618 . ПМЦ 346726 . ПМИД 6750606 .
- ^ Jump up to: а б с д Скидгель Р.А. (август 1988 г.). «Основные карбоксипептидазы: регуляторы активности пептидных гормонов». Тенденции в фармакологических науках . 9 (8): 299–304. дои : 10.1016/0165-6147(88)90015-6 . ПМИД 3074547 .
- ^ Jump up to: а б «Классификация ферментов» . iubmb.qmul.ac.uk . Проверено 20 сентября 2022 г.
- ^ Номенклатурный комитет (март 2019 г.). «Список ферментов - Класс 3 - Гидролазы» (PDF) . Международный союз биохимии и молекулярной биологии .
- ^ «Ортологи CPN1» . НКБИ . Проверено 21 сентября 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Скидгель Р.А., Эрдеш Э.Г. (декабрь 2007 г.). «Структура и функция карбоксипептидазы N плазмы крови человека, инактиватора анафилатоксина» . Международная иммунофармакология . Специальный выпуск в честь Тони Хьюли. 7 (14): 1888–1899. дои : 10.1016/j.intimp.2007.07.014 . ПМЦ 2679228 . ПМИД 18039526 .
- ^ Jump up to: а б с д Кейл С., Маскос К., Тан М., Хупс Дж.Т., Хубер Р., Тан Ф. и др. (февраль 2007 г.). «Кристаллическая структура каталитического домена карбоксипептидазы N (кининазы I) человека». Журнал молекулярной биологии . 366 (2): 504–516. дои : 10.1016/j.jmb.2006.11.025 . ПМИД 17157876 .
- ^ Jump up to: а б Хендрикс Д., Вингрон М., Вриенд Г., Ван В., Налис Д., Шарпе С. (сентябрь 1993 г.). «О специфичности карбоксипептидазы N, сравнительное исследование». Биологическая химия Хоппе-Сейлера . 374 (9): 843–849. дои : 10.1515/bchm3.1993.374.7-12.843 . PMID 8267877 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Лизин + карбоксипептидаза Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
