Chorismate переехал
| Chorismate переехал | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура хоризматмутазы со связанным аналогом переходного состояния | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 5.4.99.5 | ||
| Номер CAS. | 9068-30-8 | ||
| 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 | ||
| |||
В энзимологии , хоризматмутаза ( EC 5.4.99.5 ) представляет собой фермент который катализирует химическую реакцию превращения хоризмата в префенат на пути производства фенилаланина и тирозина , также известном как шикиматный путь.Следовательно, этот фермент имеет один субстрат — хоризмат и один продукт — префенат . Хоризматмутаза обнаруживается в точке ветвления этого пути. Фермент направляет субстрат, хоризмат на биосинтез тирозина и фенилаланина и от триптофана . [1] Его роль в поддержании баланса этих ароматических аминокислот в клетке жизненно важна. [2] Это единственный известный пример встречающегося в природе фермента, катализирующего перициклическую реакцию . [2] [номер 1] Хоризматмутаза обнаружена только у грибов, бактерий и высших растений. Некоторые разновидности этого белка могут использовать морфеиновую модель аллостерической регуляции . [4]
Белковая семья
[ редактировать ]
Этот фермент принадлежит к семейству изомераз , а именно к тем внутримолекулярным трансферазам , которые переносят функциональные группы. Систематическое название этого класса ферментов — хоризматпируватемутаза . Хоризматмутаза, также известная как гидроксифенилпируватсинтаза , участвует в биосинтезе фенилаланина, тирозина и триптофана. [1] Структуры хоризматных мутаз различаются у разных организмов, но большинство из них относятся к семейству AroQ и характеризуются переплетенным гомодимером из 3-спиральных субъединиц. Большинство хоризматных мутаз этого семейства похожи на хоризматные мутазы Escherichia coli . Например, вторичная структура хоризматмутазы дрожжей очень похожа на структуру E.coli . Хориматмутазы семейства AroQ более распространены в природе и широко распространены среди прокариот. [1] Для оптимального функционирования их обычно должен сопровождать другой фермент, например префенатдегидрогеназа. Эти хоризматмутазы обычно представляют собой бифункциональные ферменты, то есть они содержат две каталитические способности в одной и той же полипептидной цепи. [1] Однако хоризматмутазы эукариотических организмов чаще монофункциональны. Существуют такие организмы, как Bacillus subtilis , хоризматмутазы которых имеют совершенно иную структуру и являются монофункциональными. Эти ферменты принадлежат к семейству AroH и характеризуются топологией тримерного α/β-цилиндра. [5]
Механизм катализа
[ редактировать ]Превращение хоризмата в префенат является первым важным шагом на пути производства ароматических аминокислот : тирозина и фенилаланина. Присутствие хоризматмутазы увеличивает скорость реакции в миллион раз. [6] В отсутствие ферментативного катализа этот механизм протекает как согласованный, но асинхронный этап и представляет собой экзергонический процесс. Механизмом этого превращения формально является перегруппировка Клайзена , что подтверждается кинетическими и изотопными данными, сообщенными Ноулзом и др. [7]
E. coli и хоризматмутаза дрожжей имеют ограниченную гомологию последовательностей, но их активные центры содержат сходные остатки. Активный центр хоризматмутазы дрожжей содержит Arg16, Arg157, Thr242, Glu246, Glu198, Asn194 и Lys168. Активный сайт E. coli содержит те же остатки, за исключением отмеченных замен: Asp48 на Asn194, Gln88 на Glu248 и Ser84 на Thr242. В активном центре фермента взаимодействия между этими специфическими остатками и субстратом ограничивают конформационные степени свободы, так что энтропия активации эффективно снижается до нуля и тем самым способствует катализу. В результате формального промежуточного состояния не существует, а скорее псевдодиаксиальное переходное состояние , подобное стулу . Доказательством этой конформации является обратный вторичный кинетический изотопный эффект на углероде, непосредственно присоединенном к гидроксильной группе. [6] Это, казалось бы, неблагоприятное расположение достигается за счет серии электростатических взаимодействий, которые поворачивают расширенную цепь хоризмата в конформацию, необходимую для этого согласованного механизма.
Дополнительным стабилизирующим фактором в этом фермент-субстратном комплексе является водородная связь между неподеленной парой кислорода в системе винилового эфира и донорными остатками водородной связи. Это не только стабилизирует комплекс, но и нарушение резонанса внутри винилового эфира дестабилизирует основное состояние и снижает энергетический барьер для этого превращения. Альтернативная точка зрения состоит в том, что в этой реакции большое значение имеет электростатическая стабилизация поляризованного переходного состояния. В активном центре хоризматмутазы аналог переходного состояния стабилизируется за счет 12 электростатических взаимодействий и взаимодействий водородных связей. [8] Это показано на мутантах нативного фермента, в которых Arg90 заменен цитруллином, чтобы продемонстрировать важность водородных связей для стабилизации переходного состояния. [9] Другая работа с использованием хоризматмутазы из Bacillus subtilis показала, что, когда катион удачно помещается в активный центр, электростатические взаимодействия между ним и отрицательно заряженным переходным состоянием способствуют катализу. [2]
Дополнительные исследования были проведены, чтобы подтвердить значимость конформера, близкого к атаке (NAC), в реакции, катализируемой хоризматмутазой. Этот NAC представляет собой реактивную конформацию основного состояния, которая непосредственно преобразуется в переходное состояние фермента. Используя методы термодинамического интегрирования (ТИ), стандартные свободные энергии (ΔG N ° ) для формирования NAC были рассчитаны в шести различных средах. Полученные данные позволяют предположить, что эффективный катализ обусловлен стабилизацией как НАЦ, так и переходного состояния. [10] Однако другие экспериментальные данные подтверждают, что наблюдаемый эффект NAC является просто результатом стабилизации электростатического переходного состояния. [11] [12]
В целом, были проведены обширные исследования точного механизма этой реакции. Однако относительный вклад конформационных ограничений гибкой подложки, специфической водородной связи в переходное состояние и электростатических взаимодействий в наблюдаемое увеличение скорости все еще обсуждается.
Примечания
[ редактировать ]- ^ Диметилаллилтриптофансинтаза была предложена катализировать перегруппировку Коупа , но это еще предстоит окончательно доказать. [3]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Камра Р., Пракаш П., Аруна Б., Хаснайн С.Е., Манде С.С. (июнь 2006 г.). «Кристаллическая структура 2.15 A хоризматмутазы Mycobacterium Tuberculosis обнаруживает неожиданную дупликацию гена и предполагает ее роль во взаимодействиях хозяин-патоген». Биохимия . 45 (23): 6997–7005. дои : 10.1021/bi0606445 . ПМИД 16752890 .
- ^ Jump up to: а б с Каст П., Грисостоми С., Чен И.А., Ли С., Кренгель У., Сюэ Ю., Хилверт Д. (ноябрь 2000 г.). «Стратегически расположенный катион имеет решающее значение для эффективного катализа хоризматмутазой» . Журнал биологической химии . 275 (47):36832–8. дои : 10.1074/jbc.M006351200 . ПМИД 10960481 .
- ^ Люк Л.И., Цянь Ц., Таннер М.Е. (август 2011 г.). «Перегруппировка копов в реакции, катализируемой диметилаллилтриптофансинтазой?». Журнал Американского химического общества . 133 (32): 12342–5. дои : 10.1021/ja2034969 . ПМИД 21766851 .
- ^ Селвуд Т., Яффе Е.К. (март 2012 г.). «Динамическая диссоциация гомоолигомеров и контроль функции белка» . Архив биохимии и биофизики . 519 (2): 131–43. дои : 10.1016/j.abb.2011.11.020 . ПМЦ 3298769 . ПМИД 22182754 .
- ^ Бабу М (1999). «Аннотация хоризматмутазы микобактерии туберкулеза и генома микобактерии лепры» (PDF) . Кандидатская диссертация для Центра биотехнологий .
- ^ Jump up to: а б Ли А.Ю., Стюарт Дж.Д., Клэрди Дж., Ганем Б. (апрель 1995 г.). «Новое понимание каталитического механизма хоризматмутаз на основе структурных исследований» . Химия и биология . 2 (4): 195–203. дои : 10.1016/1074-5521(95)90269-4 . ПМИД 9383421 .
- ^ Грей СП, Ноулз-младший (август 1994 г.). «Монофункциональная хоризматмутаза из Bacillus subtilis: исследования FTIR и механизм действия фермента». Биохимия . 33 (33): 9953–9. дои : 10.1021/bi00199a018 . ПМИД 8061004 .
- ^ Гришэм С (2017). Биохимия, 6-е издание . Соединенные Штаты Америки: Брукс/Коул – Cengage Learning. п. 505. ИСБН 978-1133106296 .
- ^ Кинхёфер А., Каст П., Хилверт Д. (март 2003 г.). «Селективная стабилизация переходного состояния хоризматмутазы положительно заряженным донором водородной связи» . Журнал Американского химического общества . 125 (11): 3206–7. дои : 10.1021/ja0341992 . ПМИД 12630863 .
- ^ Хур С., Брюс Т.К. (октябрь 2003 г.). «Конформационный подход, близкий к атаке, к изучению реакции хоризмата на префенат» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (21): 12015–20. дои : 10.1073/pnas.1534873100 . ПМК 218705 . ПМИД 14523243 .
- ^ Страйбл М., Шурки А., Като М., Варшел А. (август 2003 г.). «Очевидный эффект NAC в хоризматмутазе отражает стабилизацию электростатического переходного состояния». Журнал Американского химического общества . 125 (34): 10228–37. дои : 10.1021/ja0356481 . ПМИД 12926945 .
- ^ Буршовски Д., ван Эрде А., Оквист М., Кинхёфер А., Каст П., Хилверт Д., Кренгель У. (декабрь 2014 г.). «Электростатическая стабилизация переходного состояния, а не дестабилизация реагентов, обеспечивает химическую основу для эффективного катализа хоризматмутазы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (49): 17516–21. Бибкод : 2014PNAS..11117516B . дои : 10.1073/pnas.1408512111 . ПМЦ 4267393 . ПМИД 25422475 .
