Оротидин-5'-фосфатдекарбоксилаза
| Оротидин-5'-фосфатдекарбоксилаза | |||
|---|---|---|---|
 E. coli . Декарбоксилаза OMP [1] | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 4.1.1.23 | ||
| Номер CAS. | 9024-62-8 | ||
| 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 | ||
| |||
Оротидин-5'-фосфатдекарбоксилаза ( OMP-декарбоксилаза ) или оротидилатдекарбоксилаза представляет собой фермент, участвующий в пиримидинов биосинтезе . Он катализирует декарбоксилирование оротидинмонофосфата ( УМФ (ОМФ) с образованием уридинмонофосфата ). Функция этого фермента важна для биосинтеза de novo пиримидиннуклеотидов уридинтрифосфата , цитидинтрифосфата и тимидинтрифосфата . Декарбоксилаза OMP часто становилась объектом научных исследований из-за ее продемонстрированной чрезвычайной каталитической эффективности и ее полезности в качестве маркера селекции для инженерии штаммов дрожжей .
 |
Катализ
[ редактировать ]Декарбоксилаза OMP известна как чрезвычайно эффективный катализатор, способный ускорять скорость некаталитической реакции в 10 раз. 17 . Для сравнения: некатализируемая реакция, которая потребовала бы 78 миллионов лет для превращения половины реагентов в продукты, ускоряется до 18 миллисекунд , когда она катализируется декарбоксилазой OMP. [2] Эта чрезвычайная ферментативная эффективность особенно интересна, поскольку декарбоксилазы OMP не используют кофактора и не содержат металлических центров. [3] или протезные группы. [4] Катализ основан на нескольких заряженных аминокислотных остатках, расположенных в активном центре фермента.
Точный механизм, с помощью которого декарбоксилаза OMP катализирует свою реакцию, стал предметом строгих научных исследований. Движущей силой потери карбоксила, связанного с C6 пиримидинового кольца, является непосредственная близость карбоксильной группы аспартатного остатка в активном центре фермента, что дестабилизирует основное состояние относительно переходного состояния некатализируемой реакции. Было множество гипотез о том, какую форму принимает переходное состояние до того, как произойдет протонирование углерода C6 с образованием конечного продукта. Во многих исследованиях изучалось связывание мощного ингибитора декарбоксилазы OMP, 6-гидроксиуридинмонофосфата (BMP, производного барбитуровой кислоты ), с активным центром, чтобы определить, какие незаменимые аминокислотные остатки непосредственно участвуют в стабилизации переходного состояния. (См. рисунок фермента, связанного с BMP). Было предложено несколько механизмов ферментативного декарбоксилирования OMP, включая протонирование по O2 с образованием цвиттер-ионные частицы в качестве промежуточного соединения, [6] анионная стабилизация О4, [7] или нуклеофильная атака по C5. [8] Текущий консенсус предполагает, что этот механизм реализуется через стабилизацию карбаниона на уровне C6 после потери углекислого газа. Этот механизм был предложен в исследованиях по изучению кинетических эффектов изотопов в сочетании с конкурентным ингибированием и мутагенезом активного центра. [9] [10] [11] [12] В этом механизме короткоживущие виды карбанионов стабилизируются близлежащим остатком лизина, прежде чем они гасятся протоном. (См. схему каталитического механизма). Промежуточное действие высокоосновного винилкарбаниона, не поддающегося электронной стабилизации, редко встречается в ферментативных системах и в биологических системах в целом. Примечательно, что микроокружение фермента помогает значительно стабилизировать карбанион. На основании исследований по обмену дейтерия было измерено, что p K aH связанного с ферментом карбанионного промежуточного соединения меньше или равно 22. свободного карбанионного промежуточного соединения все еще является высокоосновным, оно Несмотря на то, что соответствующее значение p K aH , по оценкам, намного выше, около 30-34 (на основе измерений аналогичного 1,3-диметилурацила ) , что позволяет сделать вывод, что фермент стабилизирует карбаниона не менее чем на 14 ккал/моль. [12]
Связь с UMP-синтазой
[ редактировать ]У дрожжей и бактерий декарбоксилаза OMP представляет собой фермент с одной функцией. Однако у млекопитающих декарбоксилаза OMP является частью одного белка с двумя каталитическими активностями. Этот бифункциональный фермент называется UMP-синтазой , и он также катализирует предыдущую реакцию биосинтеза пиримидиннуклеотидов - перенос рибозо-5-фосфата из 5-фосфорибозил-1-пирофосфата в оротат с образованием OMP. В организмах, использующих декарбоксилазу OMP, эта реакция катализируется оротатфосфорибозилтрансферазой . [14]
Значение в генетике дрожжей
[ редактировать ]Мутации в гене, кодирующем декарбоксилазу OMP у дрожжей ( URA3 ), приводят к ауксотрофии урацила. Кроме того, функция декарбоксилазы OMP делает штаммы дрожжей чувствительными к молекуле 5-фтороротовой кислоты (5-FOA). [15] Установление гена URA3 в качестве маркера селекции как с положительной, так и с отрицательной стратегией отбора сделало контролируемую экспрессию декарбоксилазы OMP важным лабораторным инструментом для исследования генетики дрожжей.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ PDB : 1EIX ; Харрис П., Наварро Поулсен Дж.К., Дженсен К.Ф., Ларсен С. (апрель 2000 г.). «Структурная основа каталитического механизма эффективного фермента: оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилазы». Биохимия . 39 (15): 4217–24. дои : 10.1021/bi992952r . ПМИД 10757968 .
- ^ Радзичка А., Вулфенден Р. (январь 1995 г.). «Опытный фермент». Наука . 267 (5194): 90–3. дои : 10.1126/science.7809611 . ПМИД 7809611 .
- ^ Миллер Б.Г., Смайли Дж.А., Шорт С.А., Вулфенден Р. (август 1999 г.). «Активность дрожжевой оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы в отсутствие металлов» . Ж. Биол. Хим . 274 (34): 23841–3. дои : 10.1074/jbc.274.34.23841 . ПМИД 10446147 .
- ^ Миллер Б.Г., Вулфенден Р. (2002). «Каталитическая способность: необычный случай декарбоксилазы OMP». Анну. Преподобный Биохим . 71 : 847–85. doi : 10.1146/annurev.biochem.71.110601.135446 . ПМИД 12045113 .
- ^ Ву Н, Пай Э.Ф. (август 2002 г.). «Кристаллические структуры комплексов ингибиторов обнаруживают альтернативный способ связывания оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилазы» . Ж. Биол. Хим . 277 (31): 28080–7. дои : 10.1074/jbc.M202362200 . ПМИД 12011084 .
- ^ Бик П., Сигел Б. (1976). «Механизм декарбоксилирования 1,3-диметилоротовой кислоты. Модель оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы». J Am Chem Soc . 98 (12): 3601–6. дои : 10.1021/ja00428a035 . ПМИД 1270703 .
- ^ Ли Дж. К., Хоук К. Н. (май 1997 г.). «Возвращение к опытному ферменту: предсказанный механизм оротидинмонофосфатдекарбоксилазы». Наука . 276 (5314): 942–5. дои : 10.1126/science.276.5314.942 . ПМИД 9139656 .
- ^ Сильверман, РБ; Грозяк, народный депутат (1982). «Модельная химия ковалентного механизма действия оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы». Дж. Ам. хим. Соц . 104 (23): 6434–6439. дои : 10.1021/ja00387a047 .
- ^ Ли, Джихюн К.; Тантилло, Дин Дж (25 июня 2004 г.). Оротидинмонофосфатдекарбоксилаза: механистический диалог . ISBN 9783540205661 .
- ^ Ричави М.А., Клеланд В.В. (2000). «Определение механизма действия оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилазы по изотопным эффектам». Биохимия . 39 (16): 4569–4574. дои : 10.1021/bi000376p . ПМИД 10769111 .
- ^ Тот К., Эмис Т.Л., Вуд Б.М., Чан К., Герлт Дж.А., Ричард Дж.П. (октябрь 2007 г.). «Изотопный эффект дейтерия для оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилазы: доказательства существования короткоживущего промежуточного карбаниона» . Дж. Ам. хим. Соц . 129 (43): 12946–7. дои : 10.1021/ja076222f . ПМЦ 2483675 . ПМИД 17918849 .
- ^ Jump up to: а б Эмис Т.Л., Вуд Б.М., Чан К., Герлт Дж.А., Ричард Дж.П. (февраль 2008 г.). «Образование и стабильность винилкарбаниона в активном сайте оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилазы: pKa протона C-6 ферментсвязанного UMP» . Дж. Ам. хим. Соц . 130 (5): 1574–5. дои : 10.1021/ja710384t . ПМК 2652670 . ПМИД 18186641 .
- ^ Ван Влит Дж.Л., Рейнхардт Л.А., Миллер Б.Г., Сиверс А., Клеланд В.В. (январь 2008 г.). «Исследование влияния изотопа углерода на оротидин-5'-монофосфатдекарбоксилазу: поддержка анионного промежуточного соединения». Биохимия . 47 (2): 798–803. дои : 10.1021/bi701664n . ПМИД 18081312 .
- ^ Яблонски М.Ю., Пасек Д.А., Хан Б.Д., Джонс М.Е., Траут Т.В. (1996). «Внутренняя активность и стабильность бифункциональной UMP-синтазы человека и ее двух отдельных каталитических доменов, оротатфосфорибозилтрансферазы и оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы» . J Биол Хим . 271 (18): 10704–10708. дои : 10.1074/jbc.271.18.10704 . ПМИД 8631878 .
- ^ Буке Дж.Д., ЛаКрут Ф., Финк Г.Р. (1984). «Положительный отбор мутантов, лишенных активности оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы у дрожжей: устойчивость к 5-фтороротовой кислоте». Мол Ген Генет . 197 (2): 345–346. дои : 10.1007/BF00330984 . ПМИД 6394957 .
