Аргининосукцинатсинтаза
| Аргининосукцинатсинтетаза | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 6.3.4.5 | ||
| Номер CAS. | 9023-58-9 | ||
| 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 | ||
| |||
| Аргининосукцинатсинтетаза 1 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | задница1 | ||
| ген NCBI | 445 | ||
| HGNC | 758 | ||
| МОЙ БОГ | 603470 | ||
| RefSeq | НМ_000050 | ||
| ЮниПрот | P00966 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 6.3.4.5 | ||
| Локус | 9 q34.1 | ||
| |||
| Аргининосукцинатсинтетаза | |||
|---|---|---|---|
 кристаллическая структура аргининосукцинатсинтетазы thermus thermophilus hb8 в комплексе с АТФ и цитруллином | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Аргиносук_синт | ||
| Пфам | PF00764 | ||
| Пфам Клан | CL0039 | ||
| ИнтерПро | ИПР001518 | ||
| PROSITE | PDOC00488 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1кп2 / СКОПе / СУПФАМ | ||
| |||
Аргининосукцинатсинтаза или синтетаза ( АСС ; ЕС 6.3.4.5 ) представляет собой фермент , катализирующий синтез аргининосукцината из цитруллина и аспартата . У человека аргининосукцинатсинтаза кодируется геном ASS, расположенным на 9 хромосоме .
АСС отвечает за третью стадию цикла мочевины и одну из реакций цикла цитруллин-NO .
Выражение
[ редактировать ]Экспрессированный ген ASS имеет длину по меньшей мере 65 т.п.н., включая по меньшей мере 12 интронов . [ 2 ] У человека ASS экспрессируется преимущественно в клетках печени и почек .
Механизм
[ редактировать ]На первом этапе катализируемой реакции цитруллин атакует α-фосфат АТФ с образованием цитруллинааденилата, реакционноспособного промежуточного продукта. Присоединение АМФ к уреидо (мочевиноподобной) группе цитруллина активирует карбонильный центр для последующей нуклеофильной атаки . Эта активация облегчает второй этап, на котором α-аминогруппа аспартата атакует группу уреидо. Атака аспартатом является лимитирующей стадией реакции. На этом этапе образуются свободные АМФ и L- аргининосукцинат . [ 3 ]
Термодинамически аденилирование цитруллинуреидной группы более выгодно, чем аналогичное фосфорилирование . Кроме того, атака цитруллина на α-фосфат АТФ приводит к образованию эквивалента пирофосфата , который может быть гидролизован в термодинамически выгодной реакции, чтобы обеспечить дополнительную энергию для запуска аденилирования. [ 4 ]
Структура
[ редактировать ]Четвертичный период
[ редактировать ]Аргининосукцинатсинтетаза представляет собой гомотетрамер, каждая субъединица которого состоит из 412 остатков. [ 6 ] Интерфейсы между субъединицами содержат ряд солевых мостиков и водородных связей , а С-конец каждой субъединицы участвует в олигомеризации, взаимодействуя с С-концами и нуклеотидсвязывающими доменами других субъединиц. [ 7 ]
Активный сайт
[ редактировать ]Рентгеновские кристаллические структуры были созданы для аргининосукцинатсинтетазы из Thermus thermophilus , E. coli , Thermotoga maritime и Homo sapiens . В ASS из T. thermophilus , E. coli и H. sapiens цитруллин и аспартат прочно связаны в активном центре за счет взаимодействия с серина и аргинина остатками ; взаимодействия субстратов с другими остатками в активном центре различаются в зависимости от вида. У T. thermophilus уреидная группа цитруллина, по-видимому, перемещается во время нуклеофильной атаки, чтобы достичь достаточной близости к α-фосфату АТФ. [ 5 ] Предполагается, что в E. coli связывание АТФ вызывает конформационный сдвиг, который объединяет нуклеотидсвязывающий домен и синтетазный домен. [ 8 ] Структура аргининосукцинатсинтетазы со связанным АТФ в активном центре не была достигнута, хотя моделирование предполагает, что расстояние между АТФ и уреидной группой цитруллина меньше у аргининосукцинатсинтетазы человека, чем у разновидности E. coli , поэтому вполне вероятно, что для катализа необходимы гораздо меньшие конформационные изменения. [ 7 ] АТФ-связывающий домен аргининсукцинатсинтетазы подобен домену других АТФ- пирофосфатаз N-типа . [ 8 ]
Функция
[ редактировать ]Аргининосукцинатсинтетаза участвует в синтезе креатина , полиаминов, аргинина , мочевины и оксида азота . [ 9 ]
Синтез аргинина
[ редактировать ]Превращение цитруллина в аргининосукцинат является лимитирующей стадией синтеза аргинина. Активность аргининосукцинатсинтетазы в синтезе аргинина происходит в основном на внешней митохондриальной мембране перипортальных клеток печени как часть цикла мочевины, при этом некоторая активность наблюдается в кортикальных почек . клетках [ 6 ] { [ 9 ] Генетические дефекты, вызывающие неправильную локализацию аргининосукцинатсинтетазы на внешней митохондриальной мембране, вызывают цитруллинемию II типа. [ 9 ]
У плодов и младенцев аргинин также вырабатывается за счет активности аргининосукцинатсинтетазы в клетках кишечника, предположительно в дополнение к низкому уровню аргинина, обнаруженному в материнском молоке. Экспрессия аргининосукцинатсинтетазы в кишечнике прекращается после двух-трех лет жизни. [ 9 ]
Считается, что регуляция активности аргининосукцинатсинтетазы в синтезе аргинина происходит преимущественно на транскрипционном уровне в ответ на глюкокортикоиды , цАМФ , глюкагон и инсулин . [ 10 ] также было продемонстрировано In vitro , что аргинин подавляет экспрессию аргининосукцинатсинтетазы, тогда как цитруллин усиливает ее. [ 9 ]
Цитруллин-NO
[ редактировать ]Фермент эндотелиальной синтазы оксида азота производит оксид азота из аргинина в эндотелиальных клетках . [ 9 ] Аргининосукцинатсинтетаза и аргининосукцинатлиаза перерабатывают цитруллин, побочный продукт производства оксида азота, в аргинин. Поскольку оксид азота является важной сигнальной молекулой, эта роль ASS важна для физиологии сосудов. В этой роли активность аргининосукцинатсинтетазы регулируется в основном воспалительными клеточными сигнальными молекулами, такими как цитокины . [ 6 ]
В эндотелиальных клетках было показано, что экспрессия ASS увеличивается под действием ламинарного напряжения сдвига из-за пульсирующего кровотока. [ 11 ] Появляющиеся данные свидетельствуют о том, что ASS также может регулироваться путем фосфорилирования остатка Ser-328 протеинкиназой C -α. [ 12 ] и путем нитрозилирования по остатку Cys-132 синтазой оксида азота. [ 7 ]
Роль в болезни
[ редактировать ]Цитруллинемия
[ редактировать ]Цитруллинемия — наследственное аутосомно-рецессивное заболевание. [ 13 ] не менее 50 мутаций В гене ASS идентифицировано , вызывающих цитруллинемию I типа. Большинство этих мутаций заменяют одну аминокислоту другой в ASS. Эти мутации, вероятно, влияют на структуру фермента и его способность связываться с цитруллином, аспартатом и другими молекулами. Несколько мутаций приводят к выработке аномально короткого фермента, который не может эффективно играть свою роль в цикле мочевины.
Дефекты АСС нарушают третий этап цикла мочевины, не позволяя печени перерабатывать избыток азота в мочевину. В результате азот (в форме аммиака ) и другие побочные продукты цикла мочевины (например, цитруллин) накапливаются в кровотоке. Аммиак токсичен, особенно для нервной системы . Накопление аммиака в течение первых нескольких дней жизни приводит к плохому питанию, рвоте , судорогам и другим признакам и симптомам цитруллинемии I типа.
Лечение этого дефекта включает диету с низким содержанием белка и пищевые добавки с аргинином и фенилацетатом . Аргинин позволяет завершить цикл мочевины, создавая субстраты, необходимые для первоначального связывания аммиака. Это снизит pH крови. Кроме того, фенилацетат реагирует с резервным глютамином, в результате чего образуется фенилацетоглутамин, который может выводиться почками. [ 14 ]
Рак
[ редактировать ]Отсутствие экспрессии аргининосукцинатсинтетазы наблюдалось в нескольких типах раковых клеток, включая рак поджелудочной железы , рак печени, [ 15 ] и меланома. [ 16 ] Например, дефекты ASS наблюдаются в 87% случаев рака поджелудочной железы. Поэтому раковые клетки не способны синтезировать достаточное количество аргинина для клеточных процессов и поэтому должны полагаться на аргинин, поступающий с пищей. истощение аргинина в плазме с помощью аргининдеиминазы приводит к регрессии опухолей у мышей. Было показано, что [ 17 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ PDB : 2nz2 ; Карлберг Т., Коллинз Р., ван ден Берг С., Флорес А., Хаммарстрем М., Хёгбом М., Хольмберг Скьявоне Л., Уппенберг Дж. (март 2008 г.). «Структура аргининсукцинатсинтетазы человека» . Acta Crystallographica Раздел D. 64 (Часть 3): 279–86. дои : 10.1107/S0907444907067455 . ПМИД 18323623 .
- ^ Фрейтаг С.О., Боде А.Л., Бок Х.Г., О'Брайен В.Е. (октябрь 1984 г.). «Молекулярная структура гена аргининосукцинатсинтетазы человека: возникновение альтернативного сплайсинга мРНК» . Молекулярная и клеточная биология . 4 (10): 1978–84. дои : 10.1128/MCB.4.10.1978 . ПМК 369014 . ПМИД 6095035 .
- ^ Гхош С., Раушел Ф.М. (октябрь 1985 г.). «Определение механизма реакции аргининсукцинатсинтетазы с помощью статических и динамических экспериментов по гашению». Биохимия . 24 (21): 5894–8. дои : 10.1021/bi00342a031 . ПМИД 3878725 .
- ^ Кумар С., Леннейн Дж., Ратнер С. (октябрь 1985 г.). «Аргининосукцинатсинтетаза: существенная роль остатков цистеина и аргинина в отношении структуры и механизма активации АТФ» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 82 (20): 6745–9. Бибкод : 1985PNAS...82.6745K . дои : 10.1073/pnas.82.20.6745 . ПМК 390763 . ПМИД 3863125 .
- ^ Jump up to: а б Гото М., Оми Р., Мияхара И., Сугахара М., Хироцу К. (июнь 2003 г.). «Структуры аргининсукцинатсинтетазы в субстратах фермента-АТФ и формах продуктов фермента-АМФ: стереохимия каталитической реакции» . Журнал биологической химии . 278 (25): 22964–71. дои : 10.1074/jbc.M213198200 . ПМИД 12684518 .
- ^ Jump up to: а б с Юссон А., Брасс-Ланьель С., Файран А., Ренуф С., Лавуан А. (май 2003 г.). «Аргининосукцинатсинтетаза от цикла мочевины к циклу цитруллин-NO» . Европейский журнал биохимии . 270 (9): 1887–99. дои : 10.1046/j.1432-1033.2003.03559.x . ПМИД 12709047 .
- ^ Jump up to: а б с Карлберг Т., Коллинз Р., ван ден Берг С., Флорес А., Хаммарстрем М., Хёгбом М., Хольмберг Скьявоне Л., Уппенберг Дж. (март 2008 г.). «Структура аргининсукцинатсинтетазы человека» . Acta Crystallographica Раздел D. 64 (Часть 3): 279–86. дои : 10.1107/S0907444907067455 . ПМИД 18323623 .
- ^ Jump up to: а б Лемке CT, Хауэлл PL (декабрь 2001 г.). «Кристаллическая структура 1,6 А аргининосукцинатсинтетазы E. coli предполагает конформационные изменения во время катализа» . Структура . 9 (12): 1153–64. дои : 10.1016/S0969-2126(01)00683-9 . ПМИД 11738042 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Хейнс Р.Дж., Пендлтон Л.К., Эйхлер округ Колумбия (2011). «Аргининосукцинатсинтаза: в центре метаболизма аргинина» . Международный журнал биохимии и молекулярной биологии . 2 (1): 8–23. ПМК 3074183 . ПМИД 21494411 .
- ^ Моррис С.М. (2002). «Регуляция ферментов цикла мочевины и обмена аргинина». Ежегодный обзор питания . 22 : 87–105. дои : 10.1146/annurev.nutr.22.110801.140547 . ПМИД 12055339 .
- ^ Мун Джи, Бу Ю.К. (апрель 2012 г.). «Регуляторная роль Круппелеподобного фактора 4 в экспрессии эндотелиальной аргининосукцинатсинтетазы 1 в ответ на ламинарное напряжение сдвига». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 420 (2): 450–5. дои : 10.1016/j.bbrc.2012.03.016 . ПМИД 22430140 .
- ^ Хейнс Р.Дж., Корбин К.Д., Пендлтон Л.К., Эйхлер, округ Колумбия (июль 2012 г.). «Протеинкиназа Cα фосфорилирует новый участок аргининосукцинатсинтазы по серину 328 во время кальций-зависимой стимуляции эндотелиальной синтазы оксида азота в сосудистых эндотелиальных клетках» . Журнал биологической химии . 287 (31): 26168–76. дои : 10.1074/jbc.M112.378794 . ПМК 3406701 . ПМИД 22696221 .
- ^ Хеберле Дж., Паули С., Линнебанк М., Клейер В.Дж., Баккер Х.Д., Вандерс Р.Дж., Хармс Э., Кох Х.Г. (апрель 2002 г.). «Структура гена аргининосукцинатсинтетазы человека и улучшенная система молекулярной диагностики у пациентов с классической и легкой цитруллинемией». Генетика человека . 110 (4): 327–33. дои : 10.1007/s00439-002-0686-6 . ПМИД 11941481 . S2CID 267227 .
- ^ Девлин Т.М. (2002). Учебник биохимии: с клиническими корреляциями . Нью-Йорк: Вили-Лисс. п. 788. ИСБН 0-471-41136-1 .
- ^ Ву Л, Ли Л, Мэн С, Ци Р, Мао З, Линь М (февраль 2013 г.). «Экспрессия аргининосукцинатсинтетазы у пациентов с гепатоцеллюлярной карциномой». Журнал гастроэнтерологии и гепатологии . 28 (2): 365–8. дои : 10.1111/jgh.12043 . ПМИД 23339388 . S2CID 22969625 .
- ^ Юн Дж.К., Франкель А.Е., Фён Л.Г., Экмекчиоглу С., Ким КБ (2013). «Аргининдепривационная терапия злокачественной меланомы» . Клиническая фармакология . 5 : 11–9. дои : 10.2147/CPAA.S37350 . ПМЦ 3534294 . ПМИД 23293541 .
- ^ Боулз Т.Л., Ким Р., Галанте Дж., Парсонс К.М., Вирудчалам С., Кунг Х.Дж., Болд Р.Дж. (октябрь 2008 г.). «Клеточные линии рака поджелудочной железы с дефицитом аргининсукцинатсинтетазы чувствительны к лишению аргинина аргининдеиминазой» . Международный журнал рака . 123 (8): 1950–5. дои : 10.1002/ijc.23723 . ПМЦ 4294549 . ПМИД 18661517 .
