Аргининосукцинатлиаза
| Аргининосукцинатлиаза | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура аргининосукцинатлиазы утки со связанным аргининосукцинатом. [1] | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 4.3.2.1 | ||
| Номер CAS. | 9027-34-3 | ||
| 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 | ||
| |||
| Аргининосукцинатлиаза | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллографическая структура мономера ASL человека с мечеными доменами. [2] | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | АСЛ | ||
| ген NCBI | 435 | ||
| HGNC | 746 | ||
| МОЙ БОГ | 608310 | ||
| RefSeq | НМ_000048 | ||
| ЮниПрот | P04424 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 4.3.2.1 | ||
| Локус | Хр. 7 птер-q22 | ||
| |||
Фермент аргининосукцинатлиаза (EC 4.3.2.1, ASL , аргининосукциназа ; систематическое название 2-( N ой - L -аргинино)сукцинат-аргинин-лиаза (фумаратобразующая) ) катализирует обратимый распад аргининосукцината :
- 2-( Н ой - L -аргинин)сукцинат = фумарат + L -аргинин
Расположенный в цитозоле печени, это четвертый фермент цикла мочевины , участвующий в биосинтезе аргинина у всех видов и производстве мочевины у уреотелических видов. [2] Мутации, приводящие к низкой активности фермента, повышают уровень мочевины в организме и приводят к различным побочным эффектам.
Ген ASL расположен на хромосоме 7 между центромерой (соединение длинного и короткого плеча) и длинным (q) плечом в положении 11,2, от пары оснований 64 984 963 до пары оснований 65 002 090.
ASL связан с внутригенной комплементацией . [3] [4] [5]
Структура
[ редактировать ]ASL состоит из четырех идентичных мономеров; каждый мономер состоит из одной полипептидной цепи массой от 49 до 52 кДа, [6] между 196 и 208 кДа для всего тетрамерного фермента. Каждый мономер имеет три высококонсервативных участка, удаленных друг от друга, но в тетрамере эти участки группируются вместе, образуя четыре активных центра. Следовательно, каждый гомотетрамер ASL имеет четыре активных центра, катализирующих расщепление аргининосукцината.
Каждый мономер гомотетрамера ASL состоит из трех структурных доменов; все три в основном альфа-спиральные. Домены 1 и 3 схожи по структуре, поскольку оба состоят из мотивов спираль-поворот-спираль. Домен 1 мономера содержит аминоконец. Домен 2 содержит один небольшой бета-лист, девять альфа-спиралей и карбоксильный конец. Три из девяти альфа-спиралей одного мономера участвуют в основном в гидрофобных взаимодействиях с другим мономером, образуя димер. Затем два димера соединяются посредством альфа-спирали, по одному от каждого мономера, образуя центральное ядро из 20 спиралей. Объединение всех четырех мономеров обеспечивает каталитическую активность в каждом возможном активном центре. [4]
Внутригенная комплементация
[ редактировать ]Множественные копии полипептида, кодируемого геном, часто могут образовывать агрегат, называемый мультимером. Когда мультимер образуется из полипептидов, продуцируемых двумя разными мутантными аллелями конкретного гена, смешанный мультимер может проявлять большую функциональную активность, чем несмешанные мультимеры, образованные каждым из мутантов по отдельности. Когда смешанный мультимер демонстрирует повышенную функциональность по сравнению с несмешанными мультимерами, это явление называется внутригенной комплементацией . У человека ASL представляет собой мультимерный (тетрамерный) белок. Нарушение ASL у людей может возникнуть в результате мутаций гена ASL, особенно мутаций, которые затрагивают активный центр мутантного мультимерного белка. Расстройство ASL связано со значительной клинической и генетической гетерогенностью, которая, как полагают, отражает обширную внутригенную комплементацию, возникающую у отдельных пациентов. [3] [4] [5]
Механизм
[ редактировать ]
Расщепление ферментом аргининосукцината с образованием фумарата и аргинина происходит посредством реакции элиминирования E1cb. Основание инициирует реакцию, депротонируя углерод, соседний с аргинином, или удаляя группу. Недавние мутагенные исследования гомологов ASL показали, что гистидин 162 или треонин 161 ASL ответственны за отщепление протона Cβ прямо или косвенно через молекулу воды. [6] Считается, что лизин 289 стабилизирует отрицательно заряженный промежуточный карбанион. Хотя нет единого мнения относительно каталитической кислоты, которая отдает протон иминной функциональной группе продукта аргинина, некоторые исследования мутагенеза показывают, что в этом может участвовать серин 283. [6]
Роль в цикле мочевины
[ редактировать ]Аммиак (NH 3 ) является токсичным веществом для многих аэробных организмов и подлежит выведению из организма. Некоторые водные организмы выделяют токсин прямо в окружающую среду, в то время как другим уреотелическим видам приходится превращать свои токсичные азотные отходы в нетоксичные компоненты, такие как мочевая кислота или мочевина, посредством серии катализируемых стадий, более известных как цикл мочевины. ASL катализирует четвертый этап цикла после действия аргининосукцинатсинтетазы (ASS) в цитозоле печени. В то время как ASS катализирует образование аргининосукцината из цитруллина и аспартата, ASL расщепляет вновь образованный аргининосукцинат на L-аргинин и фумарат. L-аргинин продолжает цикл мочевины с образованием мочевины и орнитина, тогда как фумарат может войти в цикл лимонной кислоты. [7]
δ-кристаллин
[ редактировать ]ASL, δ- кристаллин , фумараза класса II, аспартаза, аденилосукциназа-лиаза и лактонизирующий фермент 3-карбокси-цис и цис-муконат — все они являются членами одного и того же гомотетрамерного суперсемейства ферментов, большинство из которых катализирует реакции элиминирования одного и того же типа, где Связь CO или CN разрывается, и в виде продукта выделяется фумарат. δ-кристаллины являются основными структурными водорастворимыми белками хрусталика глаза большинства птиц, рептилий и некоторых других позвоночных. [4]
В суперсемействе ASL наиболее тесно связан с δ-кристаллином по аминокислотной последовательности и структуре складки белка. Существует две изоформы δ-кристаллина: δI и δII. Эти две изоформы сохраняют 69% и 71% аминокислотной последовательности ASL соответственно, но только изоформа δII сохраняет ту же ферментативную активность, что и ASL. Сходство привело исследователей к выводу, что эти кристаллины эволюционировали из рекрутов в хрусталик ранее существовавших метаболических ферментов, таких как ASL, в результате процесса, называемого «совместное использование генов». Один и тот же генный продукт действует как кристаллин хрусталика и фермент в других неглазных тканях. Сравнительные исследования δ-кристаллинов оказались полезными для понимания ферментативного механизма реакции ASL. [8]
Мутации и дефицит ASL: аргинино-янтарная ацидурия.
[ редактировать ]Мутации в гене ASL человека вызывают аргинино-янтарную ацидурию, редкое аутосомно-рецессивное заболевание, и приводят к нарушениям цикла мочевины. Аргининосукцинатлиаза является промежуточным ферментом в пути синтеза мочевины, и ее функция необходима для продолжения цикла. Нефункционирующий фермент приводит к накоплению у пациентов аммиака, аргининосукцината и цитруллина в крови, а аргининосукцинат выводится с мочой. [9] Другие возникающие симптомы включают летаргию, рвоту, гипотермию, гипервентиляцию, гепатомегалию и прогрессирующую энцефалопатию у младенцев, а также аномальный рост волос, фиброз печени, эпизодическую рвоту, задержку роста и развития. [9] у пациентов, страдающих этим расстройством в более позднем детстве.
ASL является ключевым ферментом в превращении аммиака в мочевину в цикле мочевины. Уровень аммиака достигает токсичного уровня, что приводит к гипераммониемии. [10] Аммиак токсичен отчасти потому, что он влияет на нервную систему. Существуют биохимические данные, показывающие, что повышение уровня аммиака может ингибировать глутаминазу и, следовательно, ограничивать скорость синтеза нейротрансмиттеров, таких как глутамат. [11] что может объяснить задержку развития у пациентов с аргининосукциновой ацидурией.
Одна мутация у пациентов с аргинино-янтарной ацидурией возникает, когда глутамин 286 мутирует в аргинин. Фермент теперь имеет положительно заряженный аргинин вместо нейтрально заряженного глютамина, и исследования показывают, что это изменение может стерически и/или электростатически препятствовать конформационным изменениям, необходимым для катализа.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ PDB : 1TJW ; Сампаляну Л.М., Коддинг П.В., Лобсанов Ю.Д., Цай М., Смит Г.Д., Хорватин С., Хауэлл П.Л. (декабрь 2004 г.). «Структурные исследования мутантов кристаллина дельта2 утки дают представление о роли Thr161 и петли 280s в катализе» . Биохим. Дж . 384 (Часть 2): 437–47. дои : 10.1042/BJ20040656 . ПМЦ 1134128 . ПМИД 15320872 .
- ^ Jump up to: а б ПКБ : 1К62 ; Сампаляну Л.М., Валле Ф., Томпсон Г.Д., Хауэлл П.Л. (декабрь 2001 г.). «Трехмерная структура аргининсукцинатлиазы, часто дополняющей аллель Q286R». Биохимия . 40 (51): 15570–80. дои : 10.1021/bi011525m . ПМИД 11747432 .
- ^ Jump up to: а б Тернер М.А., Симпсон А., Макиннес Р.Р., Хауэлл П.Л. (август 1997 г.). «Человеческая аргининосукцинатлиаза: структурная основа внутригенной комплементации» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 94 (17): 9063–8. Бибкод : 1997PNAS...94.9063T . дои : 10.1073/pnas.94.17.9063 . ПМК 23030 . ПМИД 9256435 .
- ^ Jump up to: а б с д Ю Б., Хауэлл П.Л. (октябрь 2000 г.). «Внутригенная комплементация, структура и функции аргининсукцинатлиазы» . Клетка. Мол. Наука о жизни . 57 (11): 1637–51. дои : 10.1007/PL00000646 . ПМЦ 11147086 . ПМИД 11092456 . S2CID 1254964 .
- ^ Jump up to: а б Ю Б., Томпсон Г.Д., Йип П., Хауэлл П.Л., Дэвидсон А.Р. (декабрь 2001 г.). «Механизмы внутригенной комплементации локуса аргининосукцинатлиазы человека». Биохимия . 40 (51): 15581–90. дои : 10.1021/bi011526e . ПМИД 11747433 .
- ^ Jump up to: а б с Сампаляну Л.М., Ю Б., Хауэлл П.Л. (февраль 2002 г.). «Мутационный анализ кристаллина дельта 2 утки и структура неактивного мутанта со связанным субстратом дают представление о ферментативном механизме аргининсукцинатлиазы» . Ж. Биол. Хим . 277 (6): 4166–75. дои : 10.1074/jbc.M107465200 . ПМИД 11698398 .
- ^ Пратт, Шарлотта Амерли; Воэт, Дональд; Воэт, Джудит Г. (2008). «Рисунок 20.8». Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-470-12930-2 .
- ^ Чакраборти А.Р., Дэвидсон А., Хауэлл П.Л. (февраль 1999 г.). «Мутационный анализ аминокислотных остатков, участвующих в активности аргининсукцинатлиазы в кристаллине утки дельта II». Биохимия . 38 (8): 2435–43. дои : 10.1021/bi982150g . ПМИД 10029537 .
- ^ Jump up to: а б Фичичиоглу С., Манделл Р., Ши В.Е. (ноябрь 2009 г.). «Дефицит аргининосукцинатлиазы: долгосрочный результат у 13 пациентов, выявленный при скрининге новорожденных» . Мол. Жене. Метаб . 98 (3): 273–7. дои : 10.1016/j.ymgme.2009.06.011 . ПМЦ 2773214 . ПМИД 19635676 .
- ^ «Ген аргининосукцинатлиазы ASL» . НАЦИОНАЛЬНЫЕ ИНСТИТУТЫ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ США . Министерство здравоохранения и социальных служб США. 2007.
- ^ Джек, JJB (1982). «Действие аммиака на центральную нервную систему». Журнал наследственных метаболических заболеваний . 5 (S2): 104. doi : 10.1007/BF01805572 . S2CID 33915515 .