Jump to content

4-гидроксифенилпируват диоксигеназа

4-гидроксифенилпируват диоксигеназа
Гомодимер 4-гидроксифенилпируватной диоксигеназы. Красная лента представляет железосодержащий каталитический домен (с Fe 2+, представленным в виде красных оранжевых сфер); Синий представляет олигомерный домен. Изображение, сгенерированное из опубликованных структурных данных [ 1 ]
Идентификаторы
ЕС №. 1.13.11.27
CAS №. 9029-72-5
Базы данных
IntEnzIntEnz view
BRENDABRENDA entry
ExPASyNiceZyme view
KEGGKEGG entry
MetaCycmetabolic pathway
PRIAMprofile
PDB structuresRCSB PDB PDBe PDBsum
Gene OntologyAmiGO / QuickGO
Search
PMCarticles
PubMedarticles
NCBIproteins
4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase
Identifiers
SymbolHPPD
Alt. symbolsHPD; PPD
NCBI gene3242
HGNC5147
OMIM609695
RefSeqNM_002150
UniProtP32754
Other data
EC number1.13.11.27
LocusChr. 12 q24-qter
Search for
StructuresSwiss-model
DomainsInterPro

4-гидроксифенилпируват диоксигеназа HPPD ) , также известный как α-кетоизокапроат-диоксигеназа ( KIC-диоксигеназа ), представляет собой Fe (II) -содержащую не-гемох оксигеназу , которая катализирует вторую реакцию в катаболизме тирозина ( -преобразование 4-игидрофидрофидрофидрофидрофийта в катаболиз гомогентизат . HPPD также катализирует превращение фенилпирувата в 2-гидроксифенилацетат и превращение α-кетоизокапота в β-гидрокси β-метилбутират . [ 2 ] [ 3 ] HPPD - это фермент , который встречается почти во всех аэробных формах жизни. [ 4 ]

Эта реакция показывает преобразование 4-гидроксифенилпирувата в гомогентизат с помощью HPPD.

Ферментный механизм

[ редактировать ]

HPPD is categorized within a class of oxygenase enzymes that usually utilize α-ketoglutarate and diatomic oxygen to oxygenate or oxidize a target molecule.[5] However, HPPD differs from most molecules in this class due to the fact that it does not use α-ketoglutarate, and it only utilizes two substrates while adding both atoms of diatomic oxygen into the product, homogentisate.[6] The HPPD reaction occurs through a NIH shift and involves the oxidative decarboxylation of an α-oxo acid as well as aromatic ring hydroxylation. The NIH-shift, which has been demonstrated through isotope-labeling studies, involves migration of an alkyl group to form a more stable carbocation. The shift, accounts for the observation that C3 is bonded to C4 in 4-hydroxyphenylpyruvate but to C5 in homogentisate. The predicted mechanism of HPPD can be seen in the following figure:

Предложенный механизм реакции HPPD
Proposed Reaction Mechanism of HPPD

Structure

[edit]

HPPD is an enzyme that usually bonds to form tetramers in bacteria and dimers in eukaryotes and has a subunit mass of 40-50 kDa.[7][8][9] Dividing the enzyme into the N-terminus and C-terminus one will notice that the N-terminus varies in composition while the C-terminus remains relatively constant[10] (the C-terminus in plants does differ slightly from the C-terminus in other beings). In 1999 the first X-ray crystallography structure of HPPD was created[11] and since then it has been discovered that the active site of HPPD is composed entirely of residues near the C-terminus of the enzyme. The active site of HPPD has not been completely mapped, but it is known that the site consists of an iron ion surrounded by amino acids extending inward from beta sheets (with the exception of the C-terminal helix). While even less is known about the function of the N-terminus of the enzyme, scientists have discovered that a single amino acid change in the N-terminal region can cause the disease known as hawkinsinuria.[12]

Function

[edit]

In nearly all aerobic beings, 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase is responsible for converting 4-hydroxyphenylpyruvate into homogentisate.[13] This conversion is one of many steps in breaking L-tyrosine into acetoacetate and fumarate.[14] While the overall products of this cycle are used to create energy, plants and higher order eukaryotes utilize HPPD for a much more important reason. In eukaryotes, HPPD is used to regulate blood tyrosine levels, and plants utilize this enzyme to help produce the cofactors plastoquinone and tocopherol which are essential for the plant to survive.[15]

Disease relevance

[edit]

HPPD can be linked to one of the oldest known inherited metabolic disorders known as alkaptonuria, which is caused by high levels of homogentisate in the blood stream.[16] HPPD is also directly linked to Type III tyrosinemia[17] When the active HPPD enzyme concentration is low in the human body, it results in high levels of tyrosine concentration in the blood, which can cause mild mental retardation at birth, and degradation in vision as a patient grows older.[18]

In Type I tyrosinemia, a different enzyme, fumarylacetoacetate hydrolase is mutated and doesn't work, leading to very harmful products building up in the body.[19] Fumarylacetoacetate hydrolase acts on tyrosine after HPPD does, so scientists working on making herbicides in the class of HPPD inhibitors hypothesized that inhibiting HPPD and controlling tyrosine in the diet could treat this disease. A series of small clinical trials were attempted with one of their compounds, nitisinone were conducted and were successful, leading to nitisinone being brought to market as an orphan drug.[20][21]

Industrial relevance

[edit]

Due to HPPD’s role in producing necessary cofactors in plants, there are several marketed HPPD inhibitor herbicides that block activity of this enzyme, and research underway to find new ones.[22][23]

References

[edit]
  1. ^ Fritze IM, Linden L, Freigang J, Auerbach G, Huber R, Steinbacher S (Apr 2004). "The crystal structures of Zea mays and Arabidopsis 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase". Plant Physiology. 134 (4): 1388–400. doi:10.1104/pp.103.034082. PMC 419816. PMID 15084729.; rendered with UCSF Chimera [1]
  2. ^ "Homo sapiens: 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase reaction". MetaCyc. SRI International. 20 August 2012. Retrieved 6 June 2016.
  3. ^ Kohlmeier M (2015). "Leucine". Nutrient Metabolism: Structures, Functions, and Genes (2nd ed.). Academic Press. pp. 385–388. ISBN 9780123877840. Retrieved 6 June 2016.
  4. ^ Gunsior M, Ravel J, Challis GL, Townsend CA (Jan 2004). "Engineering p-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase to a p-hydroxymandelate synthase and evidence for the proposed benzene oxide intermediate in homogentisate formation". Biochemistry. 43 (3): 663–74. doi:10.1021/bi035762w. PMID 14730970.
  5. ^ Hausinger RP (2004). "FeII/alpha-ketoglutarate-dependent hydroxylases and related enzymes". Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 39 (1): 21–68. doi:10.1080/10409230490440541. PMID 15121720. S2CID 85784668.
  6. ^ Moran GR (Jan 2005). "4-Hydroxyphenylpyruvate dioxygenase". Archives of Biochemistry and Biophysics. 433 (1): 117–28. doi:10.1016/j.abb.2004.08.015. PMID 15581571.
  7. ^ Wada GH, Fellman JH, Fujita TS, Roth ES (Sep 1975). "Purification and properties of avian liver p-hydroxyphenylpyruvate hydroxylase". The Journal of Biological Chemistry. 250 (17): 6720–6. doi:10.1016/S0021-9258(19)40992-7. PMID 1158879.
  8. ^ Lindblad B, Lindstedt G, Lindstedt S, Rundgren M (Jul 1977). "Purification and some properties of human 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (I)". The Journal of Biological Chemistry. 252 (14): 5073–84. doi:10.1016/S0021-9258(17)40160-8. PMID 873932.
  9. ^ Buckthal DJ, Roche PA, Moorehead TJ, Forbes BJ, Hamilton GA (1987). "4-Hydroxyphenylpyruvate dioxygenase from pig liver". Metabolism of Aromatic Amino Acids and Amines. Methods in Enzymology. Vol. 142. pp. 132–8. doi:10.1016/s0076-6879(87)42020-x. ISBN 9780121820428. PMID 3298972.
  10. ^ Yang C, Pflugrath JW, Camper DL, Foster ML, Pernich DJ, Walsh TA (Aug 2004). "Structural basis for herbicidal inhibitor selectivity revealed by comparison of crystal structures of plant and mammalian 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenases". Biochemistry. 43 (32): 10414–23. doi:10.1021/bi049323o. PMID 15301540.
  11. ^ Serre L, Sailland A, Sy D, Boudec P, Rolland A, Pebay-Peyroula E, Cohen-Addad C (Aug 1999). "Crystal structure of Pseudomonas fluorescens 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase: an enzyme involved in the tyrosine degradation pathway". Structure. 7 (8): 977–88. doi:10.1016/s0969-2126(99)80124-5. PMID 10467142.
  12. ^ Tomoeda K, Awata H, Matsuura T, Matsuda I, Ploechl E, Milovac T, Boneh A, Scott CR, Danks DM, Endo F (Nov 2000). "Mutations in the 4-hydroxyphenylpyruvic acid dioxygenase gene are responsible for tyrosinemia type III and hawkinsinuria". Molecular Genetics and Metabolism. 71 (3): 506–10. doi:10.1006/mgme.2000.3085. PMID 11073718.
  13. ^ Zea-Rey AV, Cruz-Camino H, Vazquez-Cantu DL, Gutiérrez-García VM, Santos-Guzmán J, Cantú-Reyna C (27 November 2017). "The Incidence of Transient Neonatal Tyrosinemia Within a Mexican Population" (PDF). Journal of Inborn Errors of Metabolism and Screening. 5: 232640981774423. doi:10.1177/2326409817744230.
  14. ^ Нокс WE, Lemay-Knox M (октябрь 1951 г.). «Окисление в печени L-тирозина до ацетоацетата посредством p-гидроксифенилпирувата и гомогентисной кислоты» . Биохимический журнал . 49 (5): 686–93. doi : 10.1042/bj0490686 . PMC   1197578 . PMID   14886367 .
  15. ^ Мерсер Е., Гудвин Т. (1988). Введение в биохимию растений (2 -е изд.). Оксфорд: Pergamon Press. ISBN  978-0-08-024922-3 .
  16. ^ Гаррод Э.А. (1902). «Заболеваемость Алкаптонурией: исследование химической индивидуальности» . Лансет . 160 (4134): 1616–1620. doi : 10.1016/s0140-6736 (01) 41972-6 . PMC   2230159 . PMID   8784780 .
  17. ^ Томода К., Авата Х., Мацуура Т., Мацуда I, Плехл Е., Миловак Т., Бон А., Скотт К.Р., Данки Д.М., Эндо Ф (ноябрь 2000). «Мутации в гене 4-гидроксифенилпирувиновой кислоты диоксигеназы отвечают за тирозинемию типа III и Hawkinsinuria». Молекулярная генетика и метаболизм . 71 (3): 506–10. doi : 10.1006/mgme.2000.3085 . PMID   11073718 .
  18. ^ Hühn R, Stoermer H, Klingele B, Bausch E, Fois A, Farnetani M, Di Rocco M, Boué J, Kirk JM, Coleman R, Scherer G (Mar 1998). «Новые и рецидивирующие мутации гена гена тирозин -аминотрансферазы при тирозинемии типа II». Человеческая генетика . 102 (3): 305–13. doi : 10.1007/s004390050696 . PMID   9544843 . S2CID   19425434 .
  19. ^ Национальная организация редких расстройств. Руководство врача по тирозинемии типа 1 Архивировано 2014-02-11 на машине Wayback
  20. ^ Lock EA, Ellis MK, Gaskin P, Robinson M, Auton TR, Provan WM, Smith LL, Prisbylla MP, Mutter LC, Lee DL (август 1998). «От токсикологической проблемы до терапевтического использования: обнаружение способа действия 2- (2-нитро-4-трифторметилбензоил) -1,3-циклогексанедиона (NTBC), его токсикология и развитие в качестве препарата». Журнал наследственного метаболического заболевания . 21 (5): 498–506. doi : 10.1023/a: 1005458703363 . PMID   9728330 . S2CID   6717818 .
  21. ^ «Нититинон (пероральный маршрут) Описание и торговые марки -» . Клиника Майо.
  22. ^ Van Almsick A (2009). «Новые ингибиторы HPPD - проверенный способ действия как новая надежда на решение современных проблем сорняков». Образцы по борьбе с вредителями . 20 (1): 27–30. DOI : 10.1564/20FEB09 .
  23. ^ Jhala AJ, Kumar V, Yadav R, et al. (2023). «4-гидроксифенилпируват диоксигеназы (HPPD), ингибирующие гербициды: прошлое, настоящее и будущее» . Технология сорняков . 37 : 1–14. doi : 10.1017/Wet.2022.79 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: ec1c69842bfca6aa4dd5f734569f3826__1716191340
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ec/26/ec1c69842bfca6aa4dd5f734569f3826.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
4-Hydroxyphenylpyruvate dioxygenase - 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.)