Фенилаланин-аммиаклиаза
фенилаланин-аммиаклиаза | |||
---|---|---|---|
![]() Рендеринг PDB на основе 1T6J. | |||
Идентификаторы | |||
Номер ЕС. | 4.3.1.24 | ||
Номер CAS. | 9024-28-6 | ||
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 фенилаланинаммиаклиаза (КФ 4.3.1.24) катализирует превращение L - фенилаланина в аммиак и транс -коричную кислоту .: [ 1 ]
- L -фенилаланин = транс -циннамат + NH 3
Фенилаланин-аммиаклиаза (PAL) является первой и обязательной стадией и фенилпропаноидного пути , следовательно, участвует в биосинтезе полифенольных соединений , таких как флавоноиды , фенилпропаноиды и лигнин , в растениях . [ 2 ] [ 3 ] Фенилаланин-аммиачная лиаза широко встречается в растениях, а также в некоторых бактериях , дрожжах и грибах , причем изоферменты существуют у многих различных видов. Он имеет молекулярную массу в диапазоне 270–330 кДа . [ 1 ] [ 4 ] Активность PAL резко индуцируется в ответ на различные раздражители, такие как повреждение тканей, атака патогенов , свет, низкие температуры и гормоны . [ 1 ] [ 5 ] PAL недавно изучался на предмет возможных терапевтических преимуществ у людей, страдающих фенилкетонурией . [ 6 ] Он также использовался для получения L -фенилаланина в качестве предшественника подсластителя аспартама . [ 7 ]
Фермент является членом семейства аммиаклиаз , расщепляющих связи углерод-азот. Как и другим лиазам, PAL требуется только один субстрат для прямой реакции и два — для обратной. Считается, что по механизму он подобен родственному ферменту гистидинаммиаклиазе (EC:4.3.1.3, HAL). [ 8 ] Систематическое название этого класса ферментов — L- фенилаланинаммиаклиаза ( транс -циннамат-образующая) . Ранее он обозначался как EC 4.3.1.5, но этот класс был переименован в EC 4.3.1.24 (фенилаланин-аммиаклиазы), EC 4.3.1.25 (тирозин-аммиак-лиазы) и EC 4.3.1.26 (фенилаланин/тирозин-аммиак). -лиазы). Другие широко используемые названия включают тиразу , фенилаланиндезаминазу , тирозинаммиаклиазу , L -тирозинаммиаклиазу , фенилаланинаммонийлиазу , PAL и L- фенилаланинаммиаклиазу .
Механизм
[ редактировать ]Фенилаланинаммиаклиаза специфична к L -фенилаланину и в меньшей степени L - тирозину . [ 9 ] [ 10 ] Реакция, катализируемая PAL, представляет собой реакцию спонтанного элиминирования, а не окислительного дезаминирования . [ 11 ]
Кофактор - 3,5-дигидро-5-метилдиен-4Н имидазол -4-он (МИО) участвует в реакции и располагается на положительном полюсе трех полярных спиралей в активном центре, что помогает увеличить его электрофильность . [ 12 ] MIO подвергается атаке ароматического кольца - phe L , которое активирует связь CH на β-углероде для депротонирования основным остатком. [ 13 ] [ 14 ] этой Промежуточный карбанион . реакции элиминирования E1cB , который стабилизируется частичными положительными областями в активном центре, затем вытесняет аммиак с образованием циннаматного алкена Считается, что механизм реакции PAL подобен механизму родственного фермента гистидинаммиаклиазы. [ 13 ]

Долгое время считалось, что остаток дегидроаланина является ключевым электрофильным каталитическим остатком в PAL и HAL, но позже было обнаружено, что вместо этого активным остатком является MIO, который еще более электрофильен. [ 16 ] [ 17 ] Он образуется в результате циклизации и дегидратации консервативного трипептидного сегмента Ala-Ser-Gly. Первым этапом образования MIO является циклизация-элиминация путем внутримолекулярной нуклеофильной атаки азота Gly204 по карбонильной группе Ala202. Последующее удаление воды из боковой цепи Ser203 завершает систему перекрестно-сопряженных двойных связей. [ 15 ] Номера даны для фенилаланин-аммиаклиазы из Petroselinum Crispum ( PDB 1W27). Хотя МИО является модификацией полипептида, было предложено называть ее простетической группой, поскольку она обладает качествами добавленного органического соединения. [ 8 ]
PAL ингибируется транскоричной кислотой, а у некоторых видов может ингибироваться производными транскоричной кислоты. [ 1 ] [ 18 ] Неприродные аминокислоты D -Phe и D -Tyr, энантиомерные формы нормального субстрата, являются конкурентными ингибиторами . [ 9 ]
Структура
[ редактировать ]
Фенилаланин-аммиаклиаза состоит из четырех идентичных субъединиц, состоящих в основном из альфа-спиралей , с парами мономеров, образующих один активный центр . [ 17 ] Катализ в PAL может регулироваться дипольными моментами семи различных альфа-спиралей, связанных с активным центром. [ 19 ] Активный центр содержит электрофильную группу MIO, нековалентно связанную с тремя спиралями. Leu266, Asn270, Val269, Leu215, Lys486 и Ile472 расположены на спиралях активного центра, а Phe413, Glu496 и Gln500 способствуют стабилизации кофактора MIO. Ориентация дипольных моментов, создаваемых спиралями внутри активного центра, создает электроположительную область для идеальной реакционной способности с MIO. Частично положительные области в активном центре также могут помочь стабилизировать заряд промежуточного карбаниона. PAL структурно похож на гистидинаммиаклиазу, родственную по механизму, хотя PAL имеет примерно 215 дополнительных остатков. [ 17 ]
Функция
[ редактировать ]Фенилаланин-аммиаклиаза может выполнять разные функции у разных видов. Он содержится главным образом в некоторых растениях и грибах (например, в дрожжах). В грибковых и дрожжевых клетках PAL играет важную катаболическую роль, генерируя углерод и азот . [ 2 ] У растений это ключевой фермент биосинтеза, который катализирует первый этап синтеза различных полифенильных соединений. [ 2 ] [ 3 ] и в основном участвует в защитных механизмах. PAL участвует в пяти метаболических путях : метаболизме тирозина , метаболизме фенилаланина , метаболизме азота , биосинтезе фенилпропаноидов и биосинтезе алкалоидов .
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Ферментозаместительная терапия с использованием PAL для лечения фенилкетонурии (ФКУ), аутосомно-рецессивного генетического заболевания у людей, при котором исследуются мутации в гене фенилаланингидроксилазы (PAH, EC 1.14.16.1), инактивирующие фермент. [ 6 ] Это приводит к неспособности пациента метаболизировать фенилаланин, вызывая повышенный уровень фенилаланина в кровотоке ( гиперфенилаланинемия ) и умственную отсталость, если терапия не начата с рождения. [ 6 ]
В мае 2018 года FDA одобрило пегвалиазу , рекомбинантную ПЭГилированную фенилаланинаммиаклиазу для лечения ФКУ, разработанную Biomarin . [ 20 ] [ 21 ]
В растениях
[ редактировать ]Lactuca sativa исследовали Васкес и др. 2017. Они обнаружили, что обработка УФ-С увеличивает активность фермента PAL. Это увеличение приводит к снижению восприимчивости к Botrytis cinerea . [ 22 ]
Исследовать
[ редактировать ]Искусственные подсластители
[ редактировать ]Обратная реакция, катализируемая PAL, была исследована для превращения транс -коричной кислоты в L -фенилаланин, который является предшественником подсластителя аспартама. Этот процесс был разработан Genex Corporation, но так и не был принят на коммерческое применение. [ 23 ]
Синтез неестественных аминокислот
[ редактировать ]Аналогично тому, как синтезируется аспартам, PAL также используется для синтеза неприродных аминокислот из различных замещенных коричных кислот в исследовательских целях. [ 24 ] Однако стерические препятствия, связанные с заменой аренов, ограничивают применимость PAL для этой цели. [ 25 ] Например, когда Rhodotorula Glutinis, использовали для воздействия на эту биотрансформацию было обнаружено, что фермент нетерпим ко всем пара -заместителям, кроме фтора элемента , предположительно из-за небольшого атомного радиуса . Мета- и орто- положения оказались более толерантными, но все же ограниченными более крупными заместителями. фермента Например, активный центр допускал замену орто- метокси , но запрещал мета -этокси . Другие организмы с другими версиями фермента могут быть менее ограничены таким образом. [ 26 ] [ 27 ]
Структурные исследования
[ редактировать ]По состоянию на конец 2007 года 5 структур для этого класса ферментов было решено PDB с кодами доступа 1T6J , 1T6P , 1W27 , 1Y2M и 2NYF .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Камм Э.Л., Тауэрс G (1 мая 1973 г.). «Фенилаланин аммиаклиаза». Фитохимия . 12 (5): 961–973. дои : 10.1016/0031-9422(73)85001-0 .
- ^ Jump up to: а б с Фриц Р.Р., Ходжинс Д.С., Абелл К.В. (август 1976 г.). «Фенилаланин-аммиаклиаза. Индукция и очистка от дрожжей и клиренс у млекопитающих» . Журнал биологической химии . 251 (15): 4646–50. дои : 10.1016/S0021-9258(17)33251-9 . ПМИД 985816 .
- ^ Jump up to: а б Танака Ю, Мацуока М, Яманото Н, Охаси Ю, Кано-Мураками Ю, Озэки Ю (август 1989 г.). «Структура и характеристика клона кДНК фенилаланин-аммиаклиазы из порезанных корней сладкого картофеля» . Физиология растений . 90 (4): 1403–7. дои : 10.1104/стр.90.4.1403 . ПМЦ 1061903 . ПМИД 16666943 .
- ^ Апперт С., Логеманн Э., Халброк К., Шмид Дж., Амрайн Н. (октябрь 1994 г.). «Структурные и каталитические свойства четырех изоферментов фенилаланин-аммиак-лиазы петрушки (Petroselinum Crispum Nym.)» . Европейский журнал биохимии . 225 (1): 491–9. дои : 10.1111/j.1432-1033.1994.00491.x . ПМИД 7925471 .
- ^ Халброк К., Гризебах Х (1 июня 1979 г.). «Ферментативный контроль биосинтеза лигнина и флавоноидов». Ежегодный обзор физиологии растений . 30 (1): 105–130. дои : 10.1146/annurev.pp.30.060179.000541 .
- ^ Jump up to: а б с Саркисян CN, Гамес А (декабрь 2005 г.). «Фенилаланин-аммиаклиаза, ферментозаместительная терапия фенилкетонурии, где мы сейчас?». Молекулярная генетика и обмен веществ . 86 (Приложение 1): С22-6. дои : 10.1016/j.ymgme.2005.06.016 . ПМИД 16165390 .
- ^ Эванс С., Ханна К., Конрад Д., Петерсон В., Мисава М. (1 февраля 1987 г.). «Производство фенилаланин-аммиаклиазы (PAL): выделение и оценка штаммов дрожжей, пригодных для коммерческого производства L-фенилаланина». Прикладная микробиология и биотехнология . 25 (5): 406–414. дои : 10.1007/BF00253309 . S2CID 40066810 .
- ^ Jump up to: а б Шведе Т.Ф., Рети Дж., Шульц Г.Е. (апрель 1999 г.). «Кристаллическая структура гистидин-аммиаклиазы, раскрывающая новую модификацию полипептида в качестве каталитического электрофила». Биохимия . 38 (17): 5355–61. дои : 10.1021/bi982929q . ПМИД 10220322 .
- ^ Jump up to: а б Ходжинс Д.С. (май 1971 г.). «Дрожжевая фенилаланин-аммиаклиаза. Очистка, свойства и идентификация каталитически необходимого дегидроаланина» . Журнал биологической химии . 246 (9): 2977–85. дои : 10.1016/S0021-9258(18)62279-3 . ПМИД 5102931 .
- ^ Баррос Дж., Серрани-Ярс Дж.К., Чен Ф., Бакстер Д., Венейблс Б.Дж., Диксон Р.А. (май 2016 г.). «Роль бифункциональной аммиак-лиазы в биосинтезе клеточной стенки травы». Природные растения . 2 (6): 16050. doi : 10.1038/nplants.2016.50 . ПМИД 27255834 . S2CID 3462127 .
- ^ Кукол Дж., Конн Э.Э. (октябрь 1961 г.). «Обмен ароматических соединений у высших растений. IV. Очистка и свойства фенилаланиндезаминазы Hordeum vulgare » . Журнал биологической химии . 236 (10): 2692–8. дои : 10.1016/S0021-9258(19)61721-7 . ПМИД 14458851 .
- ^ Алунни С., Чипичиани А., Фиорони Г., Оттави Л. (апрель 2003 г.). «Механизмы ингибирования фенилаланин-аммиаклиазы фенольными ингибиторами и синергическими ингибиторами фенол/глицин». Архив биохимии и биофизики . 412 (2): 170–5. дои : 10.1016/s0003-9861(03)00007-9 . ПМИД 12667480 .
- ^ Jump up to: а б Лангер Б., Лангер М., Рети Дж. (2001). «Метилиден-имидазолон (МИО) из гистидина и фенилаланин-аммиаклиазы». Достижения в области химии белков . 58 : 175–214. дои : 10.1016/s0065-3233(01)58005-5 . ISBN 9780120342587 . PMID 11665488 .
- ^ Фрей П.А., Хегеман А.Д. (2007). «Зависимое от метиленимидазолона удаление и присоединение: фенилаланинаммиаклиаза». Механизмы ферментативных реакций . Издательство Оксфордского университета. стр. 460–466 . ISBN 9780195352740 .
- ^ Jump up to: а б Риттер Х., Шульц Г.Е. (декабрь 2004 г.). «Структурные основы входа в метаболизм фенилпропаноидов, катализируемый фенилаланинаммиаклиазой» . Растительная клетка . 16 (12): 3426–36. дои : 10.1105/tpc.104.025288 . ПМК 535883 . PMID 15548745 .
- ^ Ретей, Янош (2003). «Открытие и роль метилиденимидазолона, высокоэлектрофильной простетической группы». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1647 (1–2): 179–184. дои : 10.1016/S1570-9639(03)00091-8 . ПМИД 12686130 .
- ^ Jump up to: а б с Калабрезе Дж.К., Джордан Д.Б., Будху А., Сариаслани С., Ваннелли Т. (сентябрь 2004 г.). «Кристаллическая структура фенилаланин-аммиаклиазы: множественные спиральные диполи, участвующие в катализе». Биохимия . 43 (36): 11403–16. дои : 10.1021/bi049053+ . ПМИД 15350127 .
- ^ Сато Т., Киучи Ф., Санкава У. (1 января 1982 г.). «Ингибирование фенилаланин-аммиаклиазы производными коричной кислоты и родственными соединениями». Фитохимия . 21 (4): 845–850. дои : 10.1016/0031-9422(82)80077-0 .
- ^ Пилбак С., Томин А., Рети Дж., Поппе Л. (март 2006 г.). «Основная конформация тирозинсодержащей петли и роль С-концевой многоспиральной области в эукариотических фенилаланинаммиаклиазах» . Журнал ФЭБС . 273 (5): 1004–19. дои : 10.1111/j.1742-4658.2006.05127.x . ПМИД 16478474 . S2CID 33002042 .
- ^ Пауэрс М (29 мая 2018 г.). «Выпускной экзамен Biomarin: Палинзик получает одобрение FDA на лечение ФКУ у взрослых» . Биомир .
- ^ Леви Х.Л., Саркисян К.Н., Стивенс Р.К., Скривер Ч.Р. (июнь 2018 г.). «Фенилаланин-аммиачная лиаза (PAL): от открытия до ферментозаместительной терапии фенилкетонурии». Молекулярная генетика и обмен веществ . 124 (4): 223–229. дои : 10.1016/j.ymgme.2018.06.002 . ПМИД 29941359 . S2CID 49411168 .
- ^ Урбан, Л.; Чабане Сари, Д.; Орсал, Б.; Лопес, М.; Миранда, Р.; Арруф, Дж. (2018). «УФ-С свет и импульсный свет как альтернатива химическим и биологическим элиситорам для стимулирования естественной защиты растений от грибковых заболеваний». Наука садоводства . 235 . Эльзевир : 452–459. doi : 10.1016/j.scienta.2018.02.057 . ISSN 0304-4238 . S2CID 90436989 .
- ^ Страатхоф А.Дж., Адлеркройц П. (2014). Прикладной биокатализ . ЦРК Пресс. п. 146. ИСБН 9781482298420 .
- ^ Хьюз А. (2009). Аминокислоты, пептиды и белки в органической химии. Том 1 . Вайнхайм, Германия: Wiley VCH. п. 94. ИСБН 9783527320967 .
- ^ Ренар Г., Гийё Ж., Боре С., Мальта-Валетт В., Лернер Д. (1992). «Синтез аналогов L-фенилаланина Rhodotorula Glutinis. Биоконверсия производных коричной кислоты». Биотехнологические письма . 14 (8): 673–678. дои : 10.1007/BF01021641 . S2CID 46423586 .
- ^ Лавлок С.Л., Тернер, Нью-Джерси (октябрь 2014 г.). «Бактериальная фенилаланин-аммиаклиаза Anabaena variabilis: биокатализатор с широкой субстратной специфичностью». Биоорганическая и медицинская химия . 22 (20): 5555–7. дои : 10.1016/j.bmc.2014.06.035 . ПМИД 25037641 .
- ^ Сёва Д., Хиробуми А. «Процесс производства производных L-фенилаланина микроорганизмами» . Гугл Патенты . Центральная исследовательская лаборатория Хиробуми . Проверено 20 июля 2014 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Кукол Дж., Конн Э.Э. (октябрь 1961 г.). «Метаболизм ароматических соединений у высших растений. IV. Очистка и свойства фенилаланиндезаминазы Hordeum vulgare» (PDF) . Журнал биологической химии . 236 (10): 2692–8. дои : 10.1016/S0021-9258(19)61721-7 . ПМИД 14458851 .
- Молодой г-н, Нейш AC (1966). «Свойства аммиак-лиаз, дезаминирующих фенилаланин и родственные соединения в Triticum sestivum и Pteridium aquilinum». Фитохимия . 5 (6): 1121–1132. дои : 10.1016/S0031-9422(00)86105-1 .