Триптофансинтаза
| Триптофансинтаза | |||
|---|---|---|---|
 Субъединицы: бета-субъединица , альфа-субъединица с PLP , IGP. | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 4.2.1.20 | ||
| Номер CAS. | 9014-52-2 | ||
| 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 | ||
| |||
Триптофансинтаза или триптофансинтетаза представляет собой фермент ( EC 4.2.1.20 ), который катализирует два последних этапа биосинтеза триптофана . [1] [2] Обычно встречается у эубактерий . [3] Архебактерии , [4] Протисты , [5] Грибы , [6] и растения [7] он отсутствует Однако в Animalia . [8] Обычно он встречается в виде тетрамера α2β2. [9] [10] Субъединицы α катализируют обратимое образование индола и глицеральдегид-3-фосфата (G3P) из индол-3-глицеринфосфата (IGP). Субъединицы β катализируют необратимую конденсацию индола и серина с образованием триптофана в реакции, зависимой от пиридоксальфосфата (PLP). Каждый α-активный центр соединен с β-активным центром гидрофобным каналом длиной 25 ангстрем, содержащимся внутри фермента. Это облегчает диффузию индола, образующегося в α-активных центрах, непосредственно к β-активным центрам в процессе, известном как каналирование субстрата . [11] Активные центры триптофансинтазы аллостерически связаны. [12]
Структура фермента
[ редактировать ]
Субъединицы
[ редактировать ]Триптофансинтаза обычно существует в виде комплекса α-ββ-α. Субъединицы α и β имеют молекулярную массу 27 и 43 кДа соответственно. Субъединица α имеет бочкообразную конформацию TIM . Субъединица β имеет конформацию складчатого типа II и сайт связывания, примыкающий к активному сайту для одновалентных катионов. [13] Их сборка в комплекс приводит к структурным изменениям обеих субъединиц, приводящим к реципрокной активации. Существует два основных механизма межсубъединичной коммуникации. Во-первых, взаимодействуют домен COMM β-субъединицы и α-петля2 α-субъединицы. Кроме того, существуют взаимодействия между остатками αGly181 и βSer178. [14] Активные центры регулируются аллостерически и претерпевают переходы между открытым, неактивным и закрытым, активным состояниями. [12]
Гидрофобный канал
[ редактировать ]Активные центры α и β разделены гидрофобным каналом длиной 25 ангстрем, содержащимся внутри фермента, обеспечивающим диффузию индола. Если бы канала не существовало, индол, образующийся в α-активном сайте, быстро диффундировал бы и терялся бы в клетке, поскольку он гидрофобен и может легко проникать через мембраны. Таким образом, канал необходим для функционирования ферментного комплекса. [15]
Ферментативный механизм
[ редактировать ]
Конечная реакция триптофансинтазы превращает индол-3-глицеринфосфат и серин в глицеральдегид-3-фосфат, триптофан и воду. Реакция протекает в две стадии, каждая из которых катализируется одной из субъединиц:
реакция α-субъединицы
[ редактировать ]Субъединица α катализирует образование индола и G3P в результате ретро-альдольного расщепления IGP. Считается, что αGlu49 и αAsp60 непосредственно участвуют в катализе, как показано. [11] Стадией, лимитирующей скорость, является изомеризация IGP. [16] См. изображение 2.
реакция β-субъединицы
[ редактировать ]Субъединица β катализирует реакцию β-замещения, в которой индол и серин конденсируются с образованием триптофана в реакции, зависимой от PLP. Считается, что βLys87, βGlu109 и βSer377 принимают непосредственное участие в катализе, как показано. [11] Опять же, точный механизм не был окончательно определен. См. изображение 2.
Биологическая функция
[ редактировать ]Триптофансинтаза обычно встречается в эубактериях, архебактериях, протистах, грибах и растениях. Он отсутствует у таких животных, как человек. Триптофан – одна из двадцати стандартных аминокислот и одна из девяти незаменимых аминокислот для человека. Таким образом, триптофан является необходимым компонентом рациона человека.
Область применения подложки
[ редактировать ]Известно также, что триптофансинтетаза принимает аналоги индола, например, фторированные или метилированные индолы, в качестве субстратов, образуя соответствующие аналоги триптофана. [17]
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Поскольку у людей нет триптофансинтазы, этот фермент исследовался в качестве потенциальной мишени для лекарств . [18] Однако считается, что у бактерий есть альтернативные механизмы производства аминокислот, которые могут сделать этот подход менее эффективным. В любом случае, даже если препарат только ослабляет бактерии, он все равно может быть полезен, поскольку бактерии уже уязвимы во враждебной среде хозяина. Таким образом, ингибирование триптофансинтазы вместе с другими PLP-ферментами в метаболизме аминокислот может помочь решить медицинские проблемы. [19]
Ингибирование триптофансинтазы и других PLP-ферментов в метаболизме аминокислот было предложено для:
- Лечение туберкулеза [18]
- Лечение глазных и половых инфекций [20]
- Лечение криптоспоридиоза [18]
- гербицидов Использование [21]
Эволюция
[ редактировать ]Считается, что на ранних этапах эволюции ген trpB2 был дублирован. Одна копия вошла в оперон trp как trpB2i, что позволило его экспрессировать с помощью trpA. TrpB2i образовывал временные комплексы с TrpA и при этом однонаправленно активировал TrpA. Другая копия осталась снаружи как trpB2o и выполняла существующую роль или играла новую, например, действуя как белок-спасатель для индола. TrpB2i превратился в TrpB1, который сформировал постоянные комплексы с trpA, что привело к двунаправленной активации. Преимущество белка-спасителя индола уменьшилось, и ген TrpB был утерян. Наконец, гены TrpB1 и TrpA были слиты, что привело к образованию бифункционального фермента. [22]
Историческое значение
[ редактировать ]Триптофансинтаза была первым идентифицированным ферментом, который обладал двумя каталитическими свойствами, которые были тщательно изучены. Он также был первым, кто использовал каналирование субстрата. Таким образом, этот фермент широко изучен и представляет большой интерес. [11]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Данн М.Ф., Никс Д., Нго Х., Барендс Т.Р., Шлихтинг И. (июнь 2008 г.). «Триптофансинтаза: работа направляющей наномашины». Тенденции биохимических наук . 33 (6): 254–64. дои : 10.1016/j.tibs.2008.04.008 . ПМИД 18486479 .
- ^ Майлз Э.В. (1991). «Структурные основы катализа триптофансинтазой». Достижения энзимологии и смежных областей молекулярной биологии . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. Том. 64. стр. 93–172. дои : 10.1002/9780470123102.ch3 . ISBN 9780470123102 . ПМИД 2053470 .
- ^ Яблонски П., Яблонски Л., Пинтадо О., Шриранганатан Н., Хауд С. (сентябрь 1996 г.). «Триптофансинтаза: идентификация B-субъединицы триптофансинтазы Pasteurella multocida с помощью антисыворотки против штамма PI059» . Микробиология . 142 : 115–21. дои : 10.1099/13500872-142-1-115 . ПМИД 8581158 .
- ^ Ласкано А., Диас-Вильгомес Э., Миллс Т., Оро Дж. (март 1995 г.). «Об уровнях специфичности ферментативного субстрата: значение для ранней эволюции метаболических путей». Достижения в космических исследованиях . 15 (3): 345–56. дои : 10.1016/S0273-1177(99)80106-9 . ПМИД 11539248 .
- ^ Андерсон И., Уоткинс Р., Самуэльсон Дж., Спенсер Д., Майорос В., Грей М., Лофтус Б. (август 2005 г.). «Открытие генов в геноме Acanthamoeba castellanii». Протист . 156 (2): 203–14. дои : 10.1016/j.protis.2005.04.001 . ПМИД 16171187 .
- ^ Ирландия К., Пикхаус Н., Лу П., Сангари Р., Чжан А., Масурекар П., Ан З. (апрель 2008 г.). «Ген триптофансинтетазы TRP1 Nodulisporium sp.: молекулярная характеристика и его связь с производством нодулиспоровой кислоты А». Appl Microbiol Biotechnol . 79 (3): 451–9. дои : 10.1007/s00253-008-1440-3 . ПМИД 18389234 . S2CID 7230896 .
- ^ Санджая, Сяо П.Ю., Су Р.К., Ко СС, Тонг К.Г., Ян Р.Ю., Чан М.Т. (апрель 2008 г.). «Сверхэкспрессия триптофансинтазы бета 1 Arabidopsis thaliana (AtTSB1) в Arabidopsis и томатах придает устойчивость к кадмиевому стрессу». Окружающая среда растительной клетки . 31 (8): 1074–85. дои : 10.1111/j.1365-3040.2008.01819.x . ПМИД 18419734 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Эккерт С.К., Кублер Э., Хоффманн Б., Браус Г.Х. (июнь 2000 г.). «Ген trpB, кодирующий триптофансинтазу, Aspergillus nidulans регулируется системой перекрестного контроля». Мол Ген Генет . 263 (5): 867–76. дои : 10.1007/s004380000250 . ПМИД 10905354 . S2CID 22836208 .
- ^ Ахмед С.А., Майлз Э.В. , Дэвис Д.Р. (март 1985 г.). «Кристаллизация и предварительные рентгенокристаллографические данные комплекса триптофансинтазы альфа-2-бета-2 из Salmonella typhimurium» . Журнал биологической химии . 260 (6): 3716–3718. дои : 10.1016/s0021-9258(19)83682-7 . ПМИД 3882715 .
- ^ Хайд CC, Ахмед С.А., Падлан Э.А., Майлз Э.В., Дэвис Д.Р. (ноябрь 1988 г.). «Трехмерная структура мультиферментного комплекса триптофансинтазы альфа 2 бета 2 из Salmonella typhimurium» . Журнал биологической химии . 263 (33): 17857–17871. дои : 10.1016/s0021-9258(19)77913-7 . ПМИД 3053720 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Рабони С., Беттати С., Моцарелли А. (апрель 2009 г.). «Триптофансинтаза: находка для энзимологов». Cell Mol Life Sci . 66 (14): 2391–403. дои : 10.1007/s00018-009-0028-0 . hdl : 11381/2293687 . ПМИД 19387555 . S2CID 30220030 .
- ^ Перейти обратно: а б Фатми М.К., Ай Р., Чанг, Калифорния (сентябрь 2009 г.). «Синергетическая регуляция и лиганд-индуцированные конформационные изменения триптофансинтазы». Биохимия . 48 (41): 9921–31. дои : 10.1021/bi901358j . ПМИД 19764814 .
- ^ Гришин Н.В., Филлипс М.А., Голдсмит Э.Дж. (июль 1995 г.). «Моделирование пространственной структуры орнитиндекарбоксилаз» . Белковая наука . 4 (7): 1291–304. дои : 10.1002/pro.5560040705 . ПМК 2143167 . ПМИД 7670372 .
- ^ Шнайдер Т.Р., Герхардт Э., Ли М., Лян П.Х., Андерсон К.С., Шлихтинг И. (апрель 1998 г.). «Замыкание петли и межсубъединичная связь в триптофансинтазе». Биохимия . 37 (16): 5394–406. дои : 10.1021/bi9728957 . ПМИД 9548921 .
- ^ Хуан Икс, Холден Х.М., Раушел Ф.М. (2001). «Канализирование субстратов и промежуточных продуктов в реакциях ферментативного катализа». Анну Рев Биохим . 70 : 149–80. doi : 10.1146/annurev.biochem.70.1.149 . ПМИД 11395405 .
- ^ Андерсон К.С., Майлз Э.В. , Джонсон К.А. (май 1991 г.). «Серин модулирует каналирование субстрата в триптофансинтазе. Новый межсубъединичный механизм запуска» . J Биол Хим . 266 (13): 8020–33. дои : 10.1016/S0021-9258(18)92934-0 . ПМИД 1902468 .
- ^ Уилкокс М. (июнь 1974 г.). «Ферментативный синтез аналогов L-триптофана». Аналитическая биохимия . 59 (2): 436–440. дои : 10.1016/0003-2697(74)90296-6 . ПМИД 4600987 .
- ^ Перейти обратно: а б с Чаудхари К., Роос Д.С. (сентябрь 2005 г.). «Геномика простейших для открытия лекарств» . Нат Биотехнология . 23 (9): 1089–91. дои : 10.1038/nbt0905-1089 . ПМК 7096809 . ПМИД 16151400 .
- ^ Беккер Д., Зельбах М., Ролленхаген С., Баллмайер М., Мейер Т.Ф., Манн М., Буманн Д. (март 2006 г.). «Надежный метаболизм сальмонеллы ограничивает возможности для новых противомикробных препаратов». Природа . 440 (7082): 303–7. дои : 10.1038/nature04616 . ПМИД 16541065 . S2CID 4426157 .
- ^ Колдуэлл Х.Д., Вуд Х., Крейн Д., Бэйли Р. (июнь 2003 г.). «Полиморфизмы в генах триптофансинтазы Chlamydia trachomatis позволяют различать генитальные и глазные изоляты» . Джей Клин Инвест . 111 (11): 1757–69. дои : 10.1172/JCI17993 . ПМК 156111 . ПМИД 12782678 .
- ^ Кулик В., Хартманн Э., Вейанд М., Фрей М., Герл А., Никс Д., Данн М.Ф., Шлихтинг И. (сентябрь 2005 г.). «О структурных основах каталитического механизма и регуляции α-субъединицы триптофансинтазы Salmonella typhimurium и BXI кукурузы, двух эволюционно родственных ферментов». Дж Мол Биол . 352 (3): 608–20. дои : 10.1016/j.jmb.2005.07.014 . ПМИД 16120446 .
- ^ Леопольдседер С., Хеттвер С., Штернер Р. (ноябрь 2006 г.). «Эволюция мультиферментных комплексов: случай триптофансинтазы». Биохимия . 45 (47): 14111–9. дои : 10.1021/bi061684b . ПМИД 17115706 .
