Аминоацилаза
| аминоацилаза | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| ЕС №. | 3.5.1.14 | ||
| CAS №. | 9012-37-7 | ||
| Базы данных | |||
| Intenz | Intenz View | ||
| Бренда | Бренда вход | ||
| Расширение | Вид Nicezyme | ||
| Кегг | Кегг вход | ||
| Метатический | Метаболический путь | ||
| Напрямую | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBE PDBSUM | ||
| Джин Онтология | Друг / Quickgo | ||
| |||
При ферменте аминоацилаза , ( EC 3.5.1.14 ) является ферментом который катализирует химическую реакцию
Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются N-ацил-L-аминокислота и H 2 O , тогда как его двумя продуктами являются карбоксилат и L-аминокислота .
Этот фермент относится к семейству гидролаз , которые действуют на углерод-азотные связи, кроме пептидных связей , особенно в линейных амидах . Систематическим названием этого ферментов класса является N-ацил-L-аминокислота амидогидролаза . Другие общие названия, включающие дегидропептидазу II , гистозим , гиппуриказу , бензамидазу , ацилазу I , гиппуразу , амидо кислотудеацилазу , л-аминоацилазу , ацилазу , аминоацилазу I , L-амино-ацилацилазу, альфа-н-ациламацида , альфа-н-ациламацида, длинная аминоацилаза , альфа-н-ациламацида , гидролаза , , длинная амидаза ацилаза длинная аминоацилаза, альфа-н-ациламацида. и короткий ацилмидоацилаза . Этот фермент участвует в цикле мочевины и метаболизме аминогрупп .
Структура фермента
[ редактировать ]
В конце 2007 года две структуры были решены для этого класса ферментов с в ПДБ кодами вступления 1Q7L и 1YSJ . Эти структуры также соответствуют двум известным первичным аминокислотным последовательностям для аминоацилазы . Связанные статьи идентифицируют два типа доменов , включающих аминоацилазы: цинка домены связывания , которые связывают Zn 2+ Ионы - и домены , которые облегчают димеризацию доменов цинка связывания . [ 1 ] [ 2 ] Именно эта димеризация позволяет возникать катализ аминоацилазы , поскольку активный сайт находится между двумя цинка связывания доменами . [ 1 ]
Связанный цинк облегчает связывание субстрата L-аминокислот N-ацил - , вызывая конформационный сдвиг , который объединяет белка субъединицы вокруг субстрата и позволяя катализ . возникать [ 3 ] Аминоацилаза 1 существует в гетеротетрамерной структуре, что означает 2 цинка домена связывания и 2 домены димеризации объединяются для создания аминоацилазы 1 четвертичной структуры .
Ферментный механизм
[ редактировать ]
Аминоацилаза-это металло-анцим , который нуждается в цинке ( Zn 2+ ) как кофактор для функционирования. [ 3 ] [ 4 ] Каждый из цинка гистидином аминоацилазы координируется с глутаматом , и , аспартатом . водой внутри [ 1 ] [ 3 ] [ 5 ] Цинк -ион остатком поляризует воду . облегчая депротонирование ближайшим базовым его , [ 3 ] [ 5 ] Негативно заряженный гидроксид -ион является нуклеофильным и атакует электрофильный карбонильный углерод ацильной субстрата группы . [ 5 ] Точный механизм после этого момента неизвестен, с одной возможностью, что карбонил затем реформирует, разбивает амидную связь и образует два продукта . В какой -то момент в механизме другая молекула воды входит и координирует с цинком , возвращая фермент в свое исходное состояние. [ 5 ]
Нуклеофильная атака водой является ограничивающей стадией каталитического механизма аминоацилазы . [ 6 ] Эта нуклеофильная атака является обратимой, в то время как последующие шаги быстрые и необратимые. [ 6 ] Эта последовательность реакции является примером кинетики Михаэлиса-Менден , позволяющей определить KM посредством , K CAT , V MAX , номер оборота и специфичность субстрата классических Michaelis-MENTEN экспериментов по ферменту . [ 6 ] реакции Второй и третий шаги вперед вызывают формирование и высвобождение продуктов . [ 6 ]
Биологическая функция
[ редактировать ]
Аминоацилазы экспрессируются в почках , где они перерабатывают N-ацил-L-аминокислоты в виде L-аминокислот и помогают в регуляции цикла мочевины.
N-ацил-L-аминокислоты образуются, когда L-аминокислоты имеют свой N-конце, ковалентно связанный с ацильной группой . Ацильная группа обеспечивает стабильность для аминокислоты , что делает ее более устойчивой к деградации. Кроме того, N-ацил-L-аминокислоты нельзя использовать непосредственно в качестве строительных блоков для белков и сначала должны быть преобразованы в L-аминокислоты аминоацилазой. Опять же, продукты L-аминокислоты могут использоваться для биосинтеза или катаболизированной энергии .
Аминоацилаза участвует в регуляции цикла мочевины . N-ацетил-L-глутамат является аллостерическим активатором карбамоилфосфат -синтетазы , важнейшего фермента , который коммитирует NH 4 + молекулы в цикл мочевины . [ 7 ] Цикл мочевины избавляется от избыточного аммиака ( NH 4 + ) В организме процесс, который должен быть активирован во времена увеличения катаболизма белка , поскольку аминокислотная распада продуцирует большое количество NH 4 + . [ 7 ] Когда аминокислотный катаболизм увеличивается, N-ацетилглютамат-синтаза повышается, вызывая больше N-ацетил-L-глутамат, что усиливает карбамоилфосфат-синтетазу и позволяет ему утилизировать избыток NH 4 + от катаболизма . [ 7 ]
Аминоацилаза активируется во время дефицита питательных веществ или голода , вызывая N-ацетил-L-глютамата расщепление , которое подавляет карбамоилфосфат-синтетазу и остальную часть цикла мочевины . Этот ответ эволюционно выгоден, поскольку дефицит питательных веществ означает, что не так много NH 4 + Это должно быть утилизировано, и, поскольку организм хочет спасти как можно больше аминокислот. [ 7 ]
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Дефицит аминоацилазы 1 ( A1D ) представляет собой редкое заболевание, вызванное аутосомной рецессивной мутацией в аминоацилазы 1 гене ( ACY1 ) на хромосоме 3P21 . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Отсутствие функциональной аминоацилазы 1, вызванного A1D , приводит к дисфункциональному циклу мочевины , вызывая множество неврологических расстройств, включая судороги , мышечную гипотонию , умственную отсталость и нарушение психомоторного развития . [ 8 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] A1D также был связан с аутизмом . [ 16 ] Пациенты с A1D часто начинают экспрессировать симптомы вскоре после рождения , но, похоже, полностью восстанавливаются в ближайшие несколько лет. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
Дефицит аминоацилазы 2 , также известный как болезнь Канавана , является еще одним редким заболеванием , вызванным мутацией в ASPA гене (на хромосоме 17 ), которое приводит к дефициту фермента аминоацилазы 2 . Аминоацилаза 2 известна тем фактом, что он может гидролизовать N-ацетиласпарт, в то время как аминоацилаза 1 не может. [ 17 ]
Промышленная актуальность
[ редактировать ]Аминоацилазы использовались для производства L- аминокислот в промышленных условиях с конца 1950-х годов. [ 18 ] Поскольку аминоацилазы являются субстратом, специфичными для N-ацил-L-аминокислот , а не N-ацил-D-аминокислоты , аминоацилазы могут быть использованы для надежного приема смесь этих двух реагентов и только преобразовать энантиомеры в продукты , которые могут тогда могут быть изолированным путем растворимости от непрореагированных N-ацил-D-аминокислот . [ 18 ] [ 19 ] В то время как этот процесс был выполнен в партийном реакторе более быстрый и менее расточительный процесс в течение многих лет, в конце 1970 -х годов был разработан , который помещал аминоацилазы в колонку н -ацил -аминокислоты . , которые затем непрерывно промывали [ 18 ] [ 20 ] Этот процесс по-прежнему используется сегодня в промышленных условиях для преобразования N-ацил-аминокислот в аминокислоты специфическим образом энантиомельно .
Эволюция
[ редактировать ]Многие научные исследования в течение последних полвека использовали аминоацилазу свиньи в качестве модельного фермента аминоацилазы . [ 21 ] аминокислотная аминоацилазы свиньи. последовательность и первичная структура Были определены [ 4 ] свиньи Аминоацилаза 1 состоит из двух идентичных гетеродимерных субъединиц, каждая из которых состоят из 406 аминокислот, с ацетилаланином на N-конце каждого. [ 4 ] Аминоацилаза свиньи отличается от человеческой аминоацилазы в структуре , но повторяет ее функцию. [ 1 ] [ 4 ] [ 22 ] Из этих данных можно сделать вывод, что эти два фермента эволюционировали из общего наследственного белка , сохраняя функцию, но расходящиеся в структуре с течением времени. [ 1 ] [ 4 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Линднер Х.В., Лун В.В., Алари А., Хекер Р., Киглер М., Менард Р (ноябрь 2003 г.). «Основная роль лигирования цинка и димеризации ферментов для катализа в семействе аминоацилазы-1/M20» . Журнал биологической химии . 278 (45): 44496–504. doi : 10.1074/jbc.m304233200 . PMID 12933810 .
- ^ Фонс В.С., Ли М (апрель 1953 г.). «Гидролиз производных N-ацила аланина и фенилаланина ацилазой I и карбоксипептидазой» . Журнал биологической химии . 201 (2): 847–56. PMID 13061423 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Линднер Х.А., Алари А., Уилке М., Сулея Т (апрель 2008 г.). «Исследование ацилсвязывающего кармана аминоацилазы-1». Биохимия . 47 (14): 4266–75. doi : 10.1021/bi702156h . PMID 18341290 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Митта М., Оноги Х, Ямамото А., Като И., Сакияма Ф., Цунасава С (декабрь 1992). «Первичная структура свиньи аминоацилазы 1, выведенная из последовательности кДНК». Журнал биохимии . 112 (6): 737–42. doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a123968 . PMID 1284246 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Hernick M, Fierke CA (январь 2005 г.). «Цинковые гидролазы: механизмы цинка-зависимых деацетилаз». Архивы биохимии и биофизики . 433 (1): 71–84. doi : 10.1016/j.abb.2004.08.006 . PMID 15581567 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Otvös L, Moravcsik E, Mády G (сентябрь 1971 г.). «Исследование механизма ацилазы-I-катализируемого гидролиза ациламинокислот». Биохимическая и биофизическая исследовательская коммуникация . 44 (5): 1056–64. doi : 10.1016/s0006-291x (71) 80192-4 . PMID 5160398 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Берг, Джереми М.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2012). Биохимия . Нью -Йорк: WH Freeman and Company. п. 688. ISBN 978-1-4292-2936-4 .
- ^ Jump up to: а беременный Sommer A, Christensen E, Schwenger S, et al. (Июнь 2011 г.). «Молекулярный отчет о дефиците аминоцилазы 1» (PDF ) Biochimica et Biophysica Acta (BB) - Молекулярная основа болезни 1812 (6): 685–9 Doi : 10.1016/ j.badis.2011.03.0 21414403PMID
- ^ Ferri L, Funghini S, Fioravanti A, et al. (Октябрь 2013). «Аминоацилаза I Дефицит из -за пропуска мРНК ACY1 мРНК». Клиническая генетика . 86 (4): 367–372. doi : 10.1111/cge.12297 . PMID 24117009 . S2CID 24017306 .
- ^ Миллер Ю, Минна Д.Д., Газдар А.Ф. (июнь 1989 г.). «Отсутствие экспрессии аминоацилазы-1 при небольшом клеточном раке легких. Доказательства инактивации генов, кодируемых хромосомой 3p» . Журнал клинических исследований . 83 (6): 2120–4. doi : 10.1172/jci114125 . PMC 303939 . PMID 2542383 .
- ^ Entergene 95
- ^ Миллер Ю, Дрейбрин Х., Джонс С., Фишер Дж.Х. (сентябрь 1990). «Человеческая аминоацилаза-1: клонирование, региональное назначение дистальной хромосоме 3P21.1 и идентификация перекрестной гибридизирующей последовательности на хромосоме 18». Геномика . 8 (1): 149–54. doi : 10.1016/0888-7543 (90) 90237-O . PMID 1707030 .
- ^ Jump up to: а беременный Sass Jo, Mohr V, Olbrich H, et al. (Март 2006 г.). «Мутации в ACY1, ген, кодирующий аминоацилазу 1, вызывают новую врожденную ошибку метаболизма» . Американский журнал человеческой генетики . 78 (3): 401–9. doi : 10.1086/500563 . PMC 1380284 . PMID 16465618 .
- ^ Jump up to: а беременный Sass Jo, Olbrich H, Mohr V, et al. (Июнь 2007 г.). «Неврологические результаты при дефиците аминоацилазы 1». Неврология . 68 (24): 2151–3. doi : 10.1212/01.wnl.0000264933.56204.e8 . PMID 17562838 . S2CID 43376960 .
- ^ Jump up to: а беременный Van Coster RN, Gerlo EA, Giardina TG, et al. (Декабрь 2005 г.). «Аминоацилаза I Дефицит: новая врожденная ошибка метаболизма». Биохимическая и биофизическая исследовательская коммуникация . 338 (3): 1322–6. doi : 10.1016/j.bbrc.2005.10.126 . PMID 16274666 .
- ^ Tylki-Szymanska A, Gradowska W, Sommer A, et al. (Декабрь 2010). «Дефицит аминоацилазы 1, связанный с аутичным поведением». Журнал наследственного метаболического заболевания . 33 Suppl 3: S211–4. doi : 10.1007/s10545-010-9089-3 . PMID 20480396 . S2CID 13374954 .
- ^ Xie Q, Guo T, Wang T, Lu J, Zhou HM (ноябрь 2003 г.). «Аспартат-индуцированная аминоацилаза сворачивает и образует расплавленную глобулу». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 35 (11): 1558–72. doi : 10.1016/s1357-2725 (03) 00131-6 . PMID 12824065 .
- ^ Jump up to: а беременный в Сато, Тадаши; Tosa, Tetsuya (2010). «Производство L-аминокислот аминоацилазой». Энциклопедия промышленной биотехнологии . С. 1–20. doi : 10.1002/9780470054581.eib497 . ISBN 978-0-470-05458-1 .
- ^ Birnbaum SM, Levintow L, Kingsley RB, Greenstein JP (январь 1952 г.). «Специфичность аминокислотных ацилаз» . Журнал биологической химии . 194 (1): 455–70. PMID 14927637 .
- ^ Huang MQ, Zhou HM (1994). «Щелочное разворачивание и вызванное солью складывание аминоацилазы при высоком pH». Фермент и белок . 48 (4): 229–37. doi : 10.1159/000474993 . PMID 8821711 .
- ^ Koreishi M, Asayama F, Imanaka H, et al. (Октябрь 2005 г.). «Очистка и характеристика новой аминоацилазы от Streptomyces mobararensis» . Биоссака, биотехнология и биохимия . 69 (10): 1914–22. doi : 10.1271/bbb.69.1914 . PMID 16244442 .
- ^ Митта М., Като I, Цунасава С. (август 1993). «Нуклеотидная последовательность человеческой аминоацилазы-1». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - структура и экспрессия гена . 1174 (2): 201–3. doi : 10.1016/0167-4781 (93) 90116-U . PMID 8357837 .
