Синтаза тетрагидроканнабиноловой кислоты

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Синтаза тетрагидроканнибиноловой кислоты
Синтаза тетрагидроканнибиноловой кислоты
	3ВТЕ
Идентификаторы
Номер ЕС.	1.21.3.7
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
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Синтаза тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) (полное название Δ ¹-тетрагидроканнабиноловая кислота-синтаза ) — фермент, ответственный за катализацию образования THCA из каннабигероловой кислоты (CBGA). THCA является прямым предшественником тетрагидроканнабинола (THC) , основного психоактивного компонента каннабиса , который производится из различных штаммов Cannabis sativa . Таким образом, THCA-синтаза считается ключевым ферментом, контролирующим психоактивность каннабиса. ^{[ 1 ]} Полиморфизм THCA-синтазы приводит к различным уровням ТГК в растениях каннабиса, что приводит к появлению «лекарственного типа» и «волокнистого типа» . C. sativa сортов ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Структура

THCA-синтаза представляет собой мономерный фермент массой 60 кДа (~ 500 аминокислот) с изоэлектрической точкой 6,4. ^{[ 4 ]} Посттрансляционное N-связанное гликозилирование увеличивает общую массу примерно до 74 кДа. Третичная структура разделена на два домена (домены I и II), флавинадениндинуклеотид (FAD) между которыми расположен . Домен I состоит из восьми альфа-спиралей и восьми бета-листов и ковалентно связан с FAD. Домен II состоит из пяти альфа-спиралей, окруженных восемью бета-листами. Ферменты, которые имеют схожие аминокислотные последовательности, включают флавопротеинов фермент берберинового мостика (BBE), глюкоолигосахаридоксидазу (GOOX) и аклациномициноксидоредуктазу (AknOx). ^{[ 1 ]}

Фрагмент FAD является местом ферментативной активности и ковалентно связан с His114 и Cys176. FAD также связан водородными связями с основными и боковыми цепями соседних аминокислот. Совместная кристаллизация THCA-синтазы с субстратом или продуктом еще не завершена. ^{[ 1 ]}

Кофактор FAD (зеленый цвет) расположен между доменом I и доменом II THCA-синтазы. Альфа-спирали — голубые, а бета-листы — пурпурные.
ФАД (зеленый цвет) ковалентно связан с гистидином 114 и цистеином 176 (розовый цвет).

Механизм реакции

THCA-синтаза, флавопротеин , использует флавинадениндинуклеотид (FAD) кофактор катализа окислительной циклизации . монотерпеновой части для каннабигероловой кислоты (CBGA) Подобные реакции циклизации происходят при биосинтезе монотерпенов из геранилпирофосфата , но не являются окислительными. ^{[ 5 ]} THCA-синтаза не проявляет каталитической активности против каннабигерола , у которого отсутствует карбоксильная группа по сравнению с CBGA, что позволяет предположить, что карбоксильная группа CBGA необходима для протекания реакции. ^{[ 1 ]}

Общая химическая реакция: CBGA + O ₂ $\rightleftharpoons$ ТГКК + Н ₂ О ₂

Химическая структура тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) , продукта THCA-синтазы.

Гидрид переносится из CBGA для восстановления FAD, что происходит за счет группы остатком депротонирования гидроксильной тирозина. Монотерпеновый фрагмент в CBGA затем помещается для завершения циклизации в THCA. Окисление восстановленного ФАД O ₂ приводит к образованию перекиси водорода (H ₂ O ₂ ) . ^{[ 6 ]}^{[ 1 ]}

Биологическая функция

THCA-синтаза экспрессируется в железистых трихомах Cannabis sativa . THCA-синтаза может способствовать самозащите растений каннабиса , производя THCA и перекись водорода , которые являются цитотоксичными . Поскольку эти продукты токсичны для растения, THCA-синтаза секретируется в полость хранения трихом. ^{[ 7 ]} THCA также действует как фактор, индуцирующий некроз, открывая поры перехода проницаемости митохондрий , подавляя жизнеспособность митохондрий и приводя к старению тканей листа. ^{[ 8 ]}

Неферментативное декарбоксилирование ТГКК во время хранения или курения образует ТГК , основной психоактивный компонент каннабиса. ^{[ 9 ]} Дальнейшее разложение под воздействием температуры, автоокисления и света приводит к образованию каннабинола. ^{[ 10 ]} ТГК и другие каннабиноиды Хорошо известно, что уменьшают тошноту и рвоту и стимулируют чувство голода, особенно у пациентов, проходящих химиотерапию рака . ^{[ 11 ]}

Ферменты, аналогичные THCA-синтазе, катализируют образование других каннабиноидов. Например, синтаза каннабидиоловой кислоты (CBDA) представляет собой флавопротеин, который катализирует аналогичную окислительную циклизацию CPGA в CBDA, доминирующий каннабиноидный компонент клетчатки C. sativa . CBDA подвергается аналогичному декарбоксилированию с образованием каннабидиола . ^{[ 12 ]}

Значение

Спрос на ТГК фармацевтического качества и другие каннабиноиды высок из-за интереса к их потенциальному терапевтическому использованию , но его тормозит правовое регулирование выращивания C. sativa во многих странах. ^{[ 13 ]} Прямой химический синтез ТГК затруднен из-за высокой стоимости и низких выходов. ^{[ 14 ]} Поэтому было изучено использование THCA-синтазы для производства THC, поскольку CBGA легко синтезируется, а THCA легко декарбоксилируется с образованием THC. ^{[ 10 ]} Биосинтез THCA путем экспрессии THCA-синтазы в организмах предпринимался на бактериях, насекомых и растениях табака с ограниченным успехом. Производство THCA в миллиграммах было продемонстрировано в дрожжевых клетках Pichia Pastoris в двух независимых исследованиях. ^{[ 15 ]}^{[ 13 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Шояма Ю, Тамада Т, Курихара К, Такеучи А, Таура Ф, Араи С, Блабер М, Шояма Ю, Моримото С, Куроки Р (октябрь 2012 г.). «Структура и функция синтазы ∆1-тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA), фермента, контролирующего психоактивность Cannabis sativa». Журнал молекулярной биологии . 423 (1): 96–105. дои : 10.1016/j.jmb.2012.06.030 . ПМИД 22766313 .
^ Стагиннус С, Цёрнтлейн С, де Мейер Э (июль 2014 г.). «ПЦР-маркер, связанный с полиморфизмом THCA-синтазы, является надежным инструментом для распознавания потенциально богатых ТГК растений Cannabis sativa L». Журнал судебной медицины . 59 (4): 919–26. дои : 10.1111/1556-4029.12448 . ПМИД 24579739 . S2CID 29683549 .
^ Коджома М., Секи Х., Ёсида С., Муранака Т. (июнь 2006 г.). «Полиморфизмы ДНК в гене синтазы тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) у Cannabis sativa L «лекарственного типа» и «волокнистого типа». Международная судебно-медицинская экспертиза . 159 (2–3): 132–40. doi : 10.1016/j.forsciint.2005.07.005 . ПМИД 16143478 . S2CID 38866142 .
^ Таура Ф., Моримото С., Шояма Ю., Мечулам Р. (1995). «Первое прямое доказательство механизма Δ ¹Биосинтез -тетрагидроканнабиноловой кислоты». J. Am. Chem. Soc . 117 (38): 9766–9767. doi : 10.1021/ja00143a024 .
^ Сирикантарамас С., Моримото С., Шояма Ю., Исикава Ю., Вада Ю., Шояма Ю., Таура Ф. (сентябрь 2004 г.). «Ген, контролирующий психоактивность марихуаны: молекулярное клонирование и гетерологичная экспрессия синтазы дельта1-тетрагидроканнабиноловой кислоты из Cannabis sativa L» . Журнал биологической химии . 279 (38): 39767–74. дои : 10.1074/jbc.M403693200 . ПМИД 15190053 .
^ Сёяма Ю., Такеучи А., Таура Ф., Тамада Т., Адачи М., Куроки Р., Сёяма Ю., Моримото С. (август 2005 г.). «Кристаллизация синтазы дельта1-тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) из Cannabis sativa» . Acta Crystallographica Раздел F. 61 (Часть 8): 799–801. дои : 10.1107/S1744309105023365 . ЧВК 1952348 . ПМИД 16511162 .
^ Сирикантарамас С., Таура Ф., Танака Ю., Исикава Ю., Моримото С., Шояма Ю. (сентябрь 2005 г.). «Синтаза тетрагидроканнабиноловой кислоты, фермент, контролирующий психоактивность марихуаны, секретируется в накопительную полость железистых трихом» . Физиология растений и клеток . 46 (9): 1578–82. дои : 10.1093/pcp/pci166 . ПМИД 16024552 .
^ Моримото С., Танака Ю., Сасаки К., Танака Х., Фукамидзу Т., Сёяма Ю., Сёяма Ю., Таура Ф. (июль 2007 г.). «Идентификация и характеристика каннабиноидов, которые вызывают гибель клеток посредством перехода митохондриальной проницаемости в клетках листьев каннабиса» . Журнал биологической химии . 282 (28): 20739–51. дои : 10.1074/jbc.M700133200 . ПМИД 17513301 .
^ Ямаути Т., Шояма Ю., Арамаки Х., Адзума Т., Нисиока I (июль 1967 г.). «Тетрагидроканнабиноловая кислота, настоящее вещество тетрагидроканнабинол» . Химический и фармацевтический вестник . 15 (7): 1075–6. дои : 10.1248/cpb.15.1075 . ПМИД 5583149 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Морено-Санс Г (01.06.2016). «9-Тетрагидроканнабиноловая кислота А» . Исследования каннабиса и каннабиноидов . 1 (1): 124–130. дои : 10.1089/can.2016.0008 . ПМЦ 5549534 . ПМИД 28861488 .
^ Гусман М. (октябрь 2003 г.). «Каннабиноиды: потенциальные противораковые средства». Обзоры природы. Рак . 3 (10): 745–55. дои : 10.1038/nrc1188 . ПМИД 14570037 . S2CID 7868655 .
^ Таура Ф., Сирикантарамас С., Шояма Ю., Ёсикай К., Шояма Ю., Моримото С. (июнь 2007 г.). «Синтаза каннабидиоловой кислоты, фермент, определяющий хемотип в Cannabis sativa клетчаточного типа» . Письма ФЭБС . 581 (16): 2929–34. дои : 10.1016/j.febslet.2007.05.043 . ПМИД 17544411 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Зирпель Б., Штеле Ф., Кайзер О. (сентябрь 2015 г.). «Производство Δ9-тетрагидроканнабиноловой кислоты из каннабигероловой кислоты целыми клетками Pichia (Komagataella) пасторис, экспрессирующими синтазы Δ9-тетрагидроканнабиноловой кислоты из Cannabis sativa L». Биотехнологические письма . 37 (9): 1869–75. дои : 10.1007/s10529-015-1853-x . ПМИД 25994576 . S2CID 16544089 .
^ Трост Б.М., Догра К (март 2007 г.). «Синтез (-)-дельта9-транс-тетрагидроканнабинола: стереоконтроль посредством реакции асимметричного аллильного алкилирования, катализируемой Мо» . Органические письма . 9 (5): 861–3. дои : 10.1021/ol063022k . ПМК 2597621 . ПМИД 17266321 .
^ Ланге К., Шмид А., Юлсинг М.К. (октябрь 2015 г.). «Производство синтазы Δ(9)-тетрагидроканнабиноловой кислоты в Pichia Pastoris обеспечивает химический синтез каннабиноидов». Журнал биотехнологии . 211 : 68–76. дои : 10.1016/j.jbiotec.2015.06.425 . ПМИД 26197418 .

[Shoyama_2012-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Шояма Ю, Тамада Т, Курихара К, Такеучи А, Таура Ф, Араи С, Блабер М, Шояма Ю, Моримото С, Куроки Р (октябрь 2012 г.). «Структура и функция синтазы ∆1-тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA), фермента, контролирующего психоактивность Cannabis sativa». Журнал молекулярной биологии . 423 (1): 96–105. дои : 10.1016/j.jmb.2012.06.030 . ПМИД 22766313 .

[2] Стагиннус С, Цёрнтлейн С, де Мейер Э (июль 2014 г.). «ПЦР-маркер, связанный с полиморфизмом THCA-синтазы, является надежным инструментом для распознавания потенциально богатых ТГК растений Cannabis sativa L». Журнал судебной медицины . 59 (4): 919–26. дои : 10.1111/1556-4029.12448 . ПМИД 24579739 . S2CID 29683549 .

[3] Коджома М., Секи Х., Ёсида С., Муранака Т. (июнь 2006 г.). «Полиморфизмы ДНК в гене синтазы тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) у Cannabis sativa L «лекарственного типа» и «волокнистого типа». Международная судебно-медицинская экспертиза . 159 (2–3): 132–40. doi : 10.1016/j.forsciint.2005.07.005 . ПМИД 16143478 . S2CID 38866142 .

[4] Таура Ф., Моримото С., Шояма Ю., Мечулам Р. (1995). «Первое прямое доказательство механизма Δ ¹Биосинтез -тетрагидроканнабиноловой кислоты». J. Am. Chem. Soc . 117 (38): 9766–9767. doi : 10.1021/ja00143a024 .

[5] Сирикантарамас С., Моримото С., Шояма Ю., Исикава Ю., Вада Ю., Шояма Ю., Таура Ф. (сентябрь 2004 г.). «Ген, контролирующий психоактивность марихуаны: молекулярное клонирование и гетерологичная экспрессия синтазы дельта1-тетрагидроканнабиноловой кислоты из Cannabis sativa L» . Журнал биологической химии . 279 (38): 39767–74. дои : 10.1074/jbc.M403693200 . ПМИД 15190053 .

[Shoyama_2005-6] Сёяма Ю., Такеучи А., Таура Ф., Тамада Т., Адачи М., Куроки Р., Сёяма Ю., Моримото С. (август 2005 г.). «Кристаллизация синтазы дельта1-тетрагидроканнабиноловой кислоты (THCA) из Cannabis sativa» . Acta Crystallographica Раздел F. 61 (Часть 8): 799–801. дои : 10.1107/S1744309105023365 . ЧВК 1952348 . ПМИД 16511162 .

[7] Сирикантарамас С., Таура Ф., Танака Ю., Исикава Ю., Моримото С., Шояма Ю. (сентябрь 2005 г.). «Синтаза тетрагидроканнабиноловой кислоты, фермент, контролирующий психоактивность марихуаны, секретируется в накопительную полость железистых трихом» . Физиология растений и клеток . 46 (9): 1578–82. дои : 10.1093/pcp/pci166 . ПМИД 16024552 .

[8] Моримото С., Танака Ю., Сасаки К., Танака Х., Фукамидзу Т., Сёяма Ю., Сёяма Ю., Таура Ф. (июль 2007 г.). «Идентификация и характеристика каннабиноидов, которые вызывают гибель клеток посредством перехода митохондриальной проницаемости в клетках листьев каннабиса» . Журнал биологической химии . 282 (28): 20739–51. дои : 10.1074/jbc.M700133200 . ПМИД 17513301 .

[9] Ямаути Т., Шояма Ю., Арамаки Х., Адзума Т., Нисиока I (июль 1967 г.). «Тетрагидроканнабиноловая кислота, настоящее вещество тетрагидроканнабинол» . Химический и фармацевтический вестник . 15 (7): 1075–6. дои : 10.1248/cpb.15.1075 . ПМИД 5583149 .

[Moreno-Sanz_2016-10] Перейти обратно: ^а ^б Морено-Санс Г (01.06.2016). «9-Тетрагидроканнабиноловая кислота А» . Исследования каннабиса и каннабиноидов . 1 (1): 124–130. дои : 10.1089/can.2016.0008 . ПМЦ 5549534 . ПМИД 28861488 .

[11] Гусман М. (октябрь 2003 г.). «Каннабиноиды: потенциальные противораковые средства». Обзоры природы. Рак . 3 (10): 745–55. дои : 10.1038/nrc1188 . ПМИД 14570037 . S2CID 7868655 .

[12] Таура Ф., Сирикантарамас С., Шояма Ю., Ёсикай К., Шояма Ю., Моримото С. (июнь 2007 г.). «Синтаза каннабидиоловой кислоты, фермент, определяющий хемотип в Cannabis sativa клетчаточного типа» . Письма ФЭБС . 581 (16): 2929–34. дои : 10.1016/j.febslet.2007.05.043 . ПМИД 17544411 .

[Zirpel_2015-13] Перейти обратно: ^а ^б Зирпель Б., Штеле Ф., Кайзер О. (сентябрь 2015 г.). «Производство Δ9-тетрагидроканнабиноловой кислоты из каннабигероловой кислоты целыми клетками Pichia (Komagataella) пасторис, экспрессирующими синтазы Δ9-тетрагидроканнабиноловой кислоты из Cannabis sativa L». Биотехнологические письма . 37 (9): 1869–75. дои : 10.1007/s10529-015-1853-x . ПМИД 25994576 . S2CID 16544089 .

[14] Трост Б.М., Догра К (март 2007 г.). «Синтез (-)-дельта9-транс-тетрагидроканнабинола: стереоконтроль посредством реакции асимметричного аллильного алкилирования, катализируемой Мо» . Органические письма . 9 (5): 861–3. дои : 10.1021/ol063022k . ПМК 2597621 . ПМИД 17266321 .

[15] Ланге К., Шмид А., Юлсинг М.К. (октябрь 2015 г.). «Производство синтазы Δ(9)-тетрагидроканнабиноловой кислоты в Pichia Pastoris обеспечивает химический синтез каннабиноидов». Журнал биотехнологии . 211 : 68–76. дои : 10.1016/j.jbiotec.2015.06.425 . ПМИД 26197418 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

v т и Другие оксидоредуктазы ( КФ 1,15–1,21)
1.15: Acting on superoxide as acceptor	Superoxide dismutase SOD1 SOD2 SOD3
1.16: Oxidizing metal ions	Ceruloplasmin (Methionine synthase) reductase
1.17: Acting on CH or CH2 groups	Xanthine oxidase Ribonucleotide reductase 4-Hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase 7-Hydroxymethyl chlorophyll a reductase
1.18: Acting on iron–sulfur proteins as donors	Nitrogenase
1.19: Acting on reduced flavodoxin as donor	Nitrogenase (flavodoxin)
1.20: Acting on phosphorus or arsenic in donors	Glutaredoxin GLRX GLRX2 GLRX3 GLRX5
1.21: Acting on X-H and Y-H to form an X-Y bond	Isopenicillin N synthase Columbamine oxidase Reticuline oxidase Sulochrin oxidase (+)-bisdechlorogeodin-forming (-)-bisdechlorogeodin-forming Aureusidin synthase Tetrahydrocannabinolic acid synthase Cannabidiolic acid synthase Dichlorochromopyrrolate synthase

v т и Ферменты
Activity	Active site Binding site Catalytic triad Oxyanion hole Enzyme promiscuity Diffusion-limited enzyme Cofactor Enzyme catalysis
Regulation	Allosteric regulation Cooperativity Enzyme inhibitor Enzyme activator
Classification	EC number Enzyme superfamily Enzyme family List of enzymes
Kinetics	Enzyme kinetics Eadie–Hofstee diagram Hanes–Woolf plot Lineweaver–Burk plot Michaelis–Menten kinetics
Types	EC1 Oxidoreductases (list) EC2 Transferases (list) EC3 Hydrolases (list) EC4 Lyases (list) EC5 Isomerases (list) EC6 Ligases (list) EC7 Translocases (list)