Декарбоксилаза феруловой кислоты
| АнФДК1 | |||
|---|---|---|---|
 Димер Fdc1 из Aspergillus niger . PDB-файл: 4ZA4 | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 4.1.1.102 | ||
| 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 | ||
| |||
Декарбоксилазы феруловой кислоты декарбоксилазы, (Fdc) представляют собой ферменты способные к обратимому декарбоксилированию ароматических карбоновых кислот, таких как феруловая кислота и коричная кислота . [ 1 ] ФДК являются грибковыми гомологами фермента E.coli . UbiD [ 2 ] участвует в биосинтезе убихинона. [ 3 ] Это помещает Fdc в более широкое семейство ферментов UbiD, представляя собой отдельную кладу внутри семейства. [ 2 ] наличие fdc1 и связанных с ним генов Pad1 (Pad1, гомологичных UbiX в E.coli Было показано, что ) необходимо для декарбоксилирования фенилакриловых кислот в Saccharomyces cerevisiae . [ 4 ]
В 2015 году был обнаружен кофактор prFMN в активном сайте Fdc1 Aspergillus niger (AnFdc) методом кристаллографии . [ 5 ] до этого генетические исследования привели к предположению, что и UbiD, и UbiX кодируют изофункциональные декарбоксилазы. [ 6 ] На самом деле UbiX/Pad оказались флавин- преилтрансферазами. [ 7 ] поставка кофактора prFMN в UbiD/Fdc [ 5 ] где он используется для обратимого декарбоксилирования субстратов альфа-бета-ненасыщенных карбоновых кислот. [ 2 ] С момента открытия prFMN AnFDC стал наиболее изученным представителем семейства ферментов UbiD. [ 8 ]
Механизм AnFDC
[ редактировать ]
В той же работе, в которой была установлена структура prFMN в активном центре AnFdc1, было предложено механизм, по которому Fdc1 декарбоксилирует α,β-ненасыщенные карбоновые кислоты. [ 5 ] Не все ферменты UbiD декарбоксилируют субстраты акриловой кислоты , и для альтернативных субстратов могут действовать другие механизмы. [ 9 ] В случае AnFdc1 было отмечено, что prFMN проявляет азометинилидную характеристику C4a-N5+=C1' (рис. 1). Это хорошо известный в органической химии 1,3-диполь , расположенный в активном центре фермента рядом с субстратом α,β-ненасыщенной карбоновой кислоты, который содержит 1,3-диполярофил. Таким образом, было высказано предположение, что 1,3-диполярного циклоприсоединения за ферментативное декарбоксилирование отвечает механизм . Это было подтверждено в более поздней статье. [ 8 ]
Механизм, предложенный в [ 5 ] для 1,3-диполярного циклоприсоединения с помощью Fdc1 происходит следующее (промежуточные соединения представлены на рисунке 1):
- 1,3-диполярное циклоприсоединение между prFMN необъятность а α,β-ненасыщенный субстрат приводит к пирролидиновому циклоаддукту ( Int1 )
- Этот пирролидиновый циклоаддукт поддерживает одновременное декарбоксилирование и раскрытие кольца, что приводит к образованию отдельного аддукта prFMN-алкен ( Int2 ).
- Консервативный остаток глутаминовой кислоты (E282) отдает протон алкеновому фрагменту , в результате чего образуется второй пирролидиновый циклоаддукт ( Int3 ).
- Реакция завершается циклоэлиминированием Int3 и выделением алкенового продукта и CO 2
Исследование представило доказательства 1,3-диполярного циклоприсоединения. [ 8 ] из-за подозрения на обмен коричной кислоты кристаллическая структура AnFdc1 в комплексе с α-фторкоричной кислотой выявила, что углероды субстрата Cα и Cβ расположены непосредственно над prFMN. необъятность C1' и C4a соответственно (показаны как Sub на рисунке 1 - с коричной кислотой в отличие от α-фторкоричной кислоты). Было подтверждено, что коричная кислота связывается аналогичным образом с использованием неактивных кристаллов AnFdc1, содержащих FMN. Мутант AnFdc1 E282Q, кристаллизованный с помощью коричной кислоты, обнаружил структуру, соответствующую виду Int2 . Это было воспринято как означающее, что продвижение по циклу 1,3-диполярного циклоприсоединения было остановлено, поскольку E282 не может отдавать протон алкеновому фрагменту.
Для наблюдения Int1 и Int3 структур были использованы аналоги алкинов . Подобно алкенам, эти соединения также могут действовать как диполярофилы, но в результате циклоприсоединения образуется циклоаддукт, содержащий двойную связь. Неактивный фермент AnFdc1 (с prFMN радикальный связанные), сокристаллизованные с фенилпропиоловой кислотой , показали связывание аналогично α-фторкоричной кислоте AnFdc1 и коричной кислоте AnFdc1 со связанным FMN ( Inhib ). Активный фермент AnFdc1, сокристаллизованный с фенилпропиоловой кислотой, выявил четкую плотность 3-пирролинового циклоаддукта ( Int3' ) между алкином и prFMN. необъятность . Int3' представляет собой структуру после декарбоксилирования, поэтому предполагалось, что за время, необходимое для кристаллизации (~ 24 часа), произошло декарбоксилирование. При использовании процедуры быстрого вымачивания был обнаружен другой циклоаддукт, который сохранил карбоксильный фрагмент ( Int1' ).
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «FDC1 — декарбоксилаза 1 феруловой кислоты — Aspergillus niger» . ЮниПрот .
- ^ Перейти обратно: а б с Маршалл С.А., Пейн К.А., Лейс Д. (октябрь 2017 г.). «Система UbiX-UbiD: биосинтез и использование пренилированного флавина (prFMN)» . Архив биохимии и биофизики . 632 : 209–221. дои : 10.1016/j.abb.2017.07.014 . ПМИД 28754323 .
- ^ Оссель Л., Пьеррель Ф., Луазо Л., Ломбард М., Фонтекав М., Баррас Ф. (июль 2014 г.). «Биосинтез и физиология коэнзима Q у бактерий» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1837 (7): 1004–1011. дои : 10.1016/j.bbabio.2014.01.015 . ПМИД 24480387 .
- ^ Мукаи Н., Масаки К., Фуджи Т., Кавамукай М., Иефудзи Х. (июнь 2010 г.). «PAD1 и FDC1 необходимы для декарбоксилирования фенилакриловых кислот в Saccharomyces cerevisiae». Журнал бионауки и биоинженерии . 109 (6): 564–569. дои : 10.1016/j.jbiosc.2009.11.011 . ПМИД 20471595 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Пейн К.А., Уайт, доктор медицинских наук, Фишер К., Хара Б., Бейли С.С., Паркер Д. и др. (июнь 2015 г.). «Новый кофактор поддерживает декарбоксилирование α,β-ненасыщенной кислоты посредством 1,3-диполярного циклоприсоединения» . Природа . 522 (7557): 497–501. Бибкод : 2015Natur.522..497P . дои : 10.1038/nature14560 . ПМЦ 4988494 . ПМИД 26083754 .
- ^ Чжан Х, Явор Г.Т. (июнь 2003 г.). «Регуляция изофункциональных генов ubiD и ubiX пути биосинтеза убихинона Escherichia coli» . Письма FEMS по микробиологии . 223 (1): 67–72. дои : 10.1016/S0378-1097(03)00343-4 . ПМИД 12799002 . S2CID 7602116 .
- ^ Уайт, доктор медицинских наук, Пейн К.А., Фишер К., Маршалл С.А., Паркер Д., Рэттрей, штат Нью-Джерси, и др. (июнь 2015 г.). «UbiX — это флавин-пренилтрансфераза, необходимая для бактериального биосинтеза убихинона» . Природа . 522 (7557): 502–506. Бибкод : 2015Natur.522..502W . дои : 10.1038/nature14559 . ПМЦ 4988493 . ПМИД 26083743 .
- ^ Перейти обратно: а б с Бейли С.С., Пейн К.А., Саарет А., Маршалл С.А., Гостимская И., Косов И. и др. (ноябрь 2019 г.). «Ферментативный контроль конформации циклоаддукта обеспечивает обратимое 1,3-диполярное циклоприсоединение в prFMN-зависимой декарбоксилазе» . Природная химия . 11 (11): 1049–1057. Бибкод : 2019НатЧ..11.1049Б . дои : 10.1038/s41557-019-0324-8 . ПМК 6817360 . ПМИД 31527849 .
- ^ Лейс Д. (декабрь 2018 г.). «Метаморфоза флавина: трансформация кофактора посредством пренилирования» . Современное мнение в области химической биологии . 47 : 117–125. дои : 10.1016/j.cbpa.2018.09.024 . ПМИД 30326424 . S2CID 53012607 .