Jump to content

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
Поиск
PMCarticles
PubMedarticles
NCBIproteins

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 ]

Предложено автокаталитическое образование кофактора MIO из трипептида Ala-Ser-Gly путем двух стадий удаления воды. [ 15 ]

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 ]
Активный сайт PAL

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 ]

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 .

  1. ^ 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 .
  2. ^ 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 .
  3. ^ 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 .
  4. ^ 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 .
  5. ^ 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 .
  6. ^ 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 .
  7. ^ 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 .
  8. ^ 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 .
  9. ^ 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 .
  10. ^ 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 .
  11. ^ 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 .
  12. ^ 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 .
  13. ^ 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 .
  14. ^ 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 .
  15. ^ 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 .
  16. ^ 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 .
  17. ^ 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 .
  18. ^ 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 .
  19. ^ 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 .
  20. ^ Пауэрс М (29 мая 2018 г.). «Выпускной экзамен Biomarin: Палинзик получает одобрение FDA на лечение ФКУ у взрослых» . Биомир .
  21. ^ 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 .
  22. ^ 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 .
  23. ^ Страатхоф А.Дж., Адлеркройц П. (2014). Прикладной биокатализ . ЦРК Пресс. п. 146. ИСБН  9781482298420 .
  24. ^ Хьюз А. (2009). Аминокислоты, пептиды и белки в органической химии. Том 1 . Вайнхайм, Германия: Wiley VCH. п. 94. ИСБН  9783527320967 .
  25. ^ 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 .
  26. ^ 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 .
  27. ^ Сёва Д., Хиробуми А. «Процесс производства производных L-фенилаланина микроорганизмами» . Гугл Патенты . Центральная исследовательская лаборатория Хиробуми . Проверено 20 июля 2014 г.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c2c4dc5d3185c5f3298f99814c83c7c0__1720627740
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c2/c0/c2c4dc5d3185c5f3298f99814c83c7c0.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Phenylalanine ammonia-lyase - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)