stringtranslate.com

Тиаминаза

Тиамин

Тиаминаза — это фермент , который метаболизирует или расщепляет тиамин на пиримидин и тиазол. При употреблении является антинутриентом .

Старое название — «аневриназа». [1]

Существует два типа с разными номерами Комиссии по ферментам : [2]

Структура и функции

Тиаминаза I

Тиаминаза I расщепляет пиримидиновое кольцо в тиамине от тиазолиевого кольца в метиленовом мостике. Оттуда она добавляет базовое соединение к пиримидину, создавая аналог ингибитора тиамина. Тиаминаза I обладает способностью использовать множество CN-расщепляющих нуклеофильных субстратов, таких как цистеин, пиридин, анилин, вератриламин, дитиотреитол и хинолин. [7]

При анализе структуры тиаминазы I она показывает складку, похожую на складку периплазматических связывающих белков группы II, таких как белок, связывающий мальтозу. [8] Эти периплазматические связывающие белки имеют два домена, каждый из которых содержит складку α/β. Эти два домена объединяются, образуя глубокую щель, которая соединена тремя кроссоверными сегментами. Из-за этой структуры ученые предположили, что тиаминаза I могла произойти от доисторического периплазматического связывающего белка, который отвечал за захват тиамина. [8] Между двумя доменами, в щели, находится активный сайт для тиаминазы I. Вдоль щели находятся четыре кислотных остатка и шесть остатков тирозина. Для того чтобы тиамин взаимодействовал с тиаминазой I, он располагается в активном сайте между пиримидином и Asp272 двумя водородными связями. Glu241 затем активирует Cys113 для атаки C6 пиримидина. Это образует цвиттер-ионный промежуточный продукт. [8] Glu241 вызывает протонирование и нуклеофильную атаку, что приводит к расщеплению связи между пиримидином и тиазолом. При наблюдении за кристаллической структурой, она имеет два домена типа α/β, разделенных большой щелью. При комнатной температуре две молекулы имеют некристаллографическую двойную ось, которая соединена сульфатным ионом. [9]

Тиаминаза II

Тиаминаза II расщепляет, но не добавляет основание. Тиаминаза II может использовать в качестве нуклеофила только воду . [10]

Было обнаружено, что тиаминаза II является TenA. Для того, чтобы расщепить связь CN между тиазолом и пиримидином, тиаминаза использует только воду в качестве нуклеофила. При рассмотрении тиаминазы II обнаруживается, что она имеет кристаллическую структуру, которая имеет 11 спиралей, окружающих глубокий кислотный карман. [8] Для каждого мономера, присутствующего в четвертичной структуре, он взаимодействует с двумя другими мономерами. Существует несколько остатков, таких как Tyr112, Phe208, Tyr47 и Tyr163, которые вносят определенный вклад в π-стекинговую среду, окружающую лиганд HMP. [8] Боковая цепь Glu205 образует водородную связь с азотом N1 в пиримидиновом кольце. Затем боковая цепь Tyr163 и Asp44 объединяются, образуя водородные связи с N3 и N4'. [8] Наконец, каталитический остаток Cys135 располагается вблизи C2 в пиридиновом кольце, завершая расщепление тиамина на его гетероциклы. [8]

Источники

Этот фермент можно найти в различных источниках. Его можно найти в морских организмах, растениях и бактериях. Поскольку тиамин (витамин B 1 ) является очень важным веществом, необходимым для метаболических путей почти всех организмов, введение тиаминазы в систему может быть очень пагубным. Часто организм получает этот фермент, поглощая другой организм, который его несет. В большинстве случаев в рыбе-добыче содержится одна из бактерий, которая производит этот фермент. Когда эта рыба-добыча потребляется сырой без обработки, бактерии передаются потребителю. [11] Потребитель в конечном итоге заболевает, даже умирает, от дефицита тиамина . Это было замечено в различных лабораторных исследованиях. Благодаря этим исследованиям фермент был обнаружен у рыбы-зебры, а также у красной корнетовой рыбы. [11] Приготовление пищи, содержащей тиаминазу, обычно инактивирует фермент. [11]

Источники тиаминазы I включают:

Источники тиаминазы II включают:

Эффекты

Функция

До сих пор неясно, что делает тиаминаза для рыб, бактериальных клеток или насекомых, которые ее содержат. В папоротниках тиаминаза I, как полагают, обеспечивает защиту от насекомых [18]

Исследования показали, что тиамингидролаза (тиаминаза II), которая, как первоначально считалось, участвует исключительно в деградации тиамина, на самом деле была идентифицирована как играющая роль в деградации тиамина с сохранением пиримидиновой части. Продукт гидролиза тиамина N-формил-4-амино-5-аминометил-2-метилпиримидин транспортируется в клетку и деформилируется амидогидролазой ylmB и гидролизуется до 5-аминоимидазолриботида. [19]

При попадании внутрь

В 1941 году он был описан как причина смертельно опасной атактической невропатии у лисиц, выращиваемых на фермах и питающихся сырым карпом . [20]

Он также известен как причина цереброкортикотического некроза у крупного рогатого скота и полиоэнцефаломалазии у овец, употребляющих в пищу растения, содержащие тиаминазу. [21] [22]

Это когда-то вызывало экономические потери в выращивании рыбы , например, в желтохвосте, питавшемся сырым анчоусом в качестве единственного корма в течение определенного периода, а также в морском леще и радужной форели . Та же проблема изучается в системе естественной пищевой цепи. [23]

Личинки дикого шелкопряда Anaphe venata употребляются в пищу в районе дождевых лесов Нигерии в качестве дополнительного белкового питания, а термоустойчивая тиаминаза в них вызывает острую сезонную мозжечковую атаксию, называемую африканской сезонной атаксией или нигерийской сезонной атаксией . [24]

В 1860–61 годах Берк и Уиллс были первыми европейцами, пересекшими Австралию с юга на север; по возвращении они питались в основном сырым папоротником нарду . Возможно, это привело к их смерти из-за чрезвычайно высокого уровня тиаминазы, содержащейся в нарду. Аборигены готовили нарду, замачивая спорокарпы в воде по крайней мере на день, чтобы избежать последствий дефицита тиамина , которые могли возникнуть при употреблении сырых листьев. В журналах исследователей они отметили множество симптомов дефицита тиамина, поэтому считается, что они не вымачивали нарду достаточно долго. В конечном итоге дефицит тиамина мог привести к их гибели. [2] Стоит отметить, что существует несколько других гипотез относительно того, что могло убить Берка и Уиллса, и это широко обсуждается историками и учеными. [ требуется цитата ]

Ссылки

  1. ^ Фудзита А., Нос И., Козука С., Таширо Т., Уэда К., Сакамото С. (май 1952 г.). «Исследования тиаминазы. I. Активация распада тиамина органическими основаниями». Журнал биологической химии . 196 (1): 289–95. doi : 10.1016/S0021-9258(18)55732-X . PMID  12980969.
  2. ^ ab Тиаминазы
  3. ^ "ФЕРМЕНТ - 2.5.1.2 тиаминпиридинилаза". genetic.expasy.org .
  4. ^ "UniProt P45741". www.uniprot.org .
  5. ^ abc "ФЕРМЕНТ - 3.5.99.2 аминопиримидинаминогидролаза". genetic.expasy.org .
  6. ^ аб Накацука Т, Сузуки К, Накано Ю, Китаока С (1988). «Физико-химические свойства внутриклеточной тиаминазы II Bacillus aneurinolyticus». Витамины (Япония) . 62 : 15–22.
  7. ^ ab Sikowitz, MD; Shome, B; Zhang, Y; Begley, TP; Ealick, SE (5 ноября 2013 г.). «Структура комплекса тиаминаза I Clostridium botulinum C143S/тиамин раскрывает архитектуру активного сайта». Биохимия . 52 (44): 7830–9. doi :10.1021/bi400841g. PMC 3883099. PMID  24079939 . 
  8. ^ abcdefg Юргенсон, Кристофер Т.; Бегли, Тэдг П.; Иллик, Стивен Э. (2009). «Структурные и биохимические основы биосинтеза тиамина». Annual Review of Biochemistry . 78 : 569–603. doi : 10.1146/annurev.biochem.78.072407.102340. ISSN  0066-4154. PMC 6078420. PMID 19348578  . 
  9. ^ Кампобассо, Нино; Костелло, Колин А.; Кинсленд, Синтия; Бегли, Тэдг П.; Иллик, Стивен Э. (1998-11-01). «Кристаллическая структура тиаминазы-I из Bacillus thiaminolyticus при разрешении 2,0 Å». Биохимия . 37 (45): 15981–15989. doi :10.1021/bi981673l. ISSN  0006-2960. PMID  9843405.
  10. ^ "Тиаминаза - обзор | Темы ScienceDirect". www.sciencedirect.com . Получено 24.10.2023 .
  11. ^ abcd Рихтер, Кэтрин А.; Эванс, Эллисон Н.; Хеппелл, Скотт А.; Заичек, Джеймс Л.; Тиллитт, Дональд Э. (13 января 2023 г.). «Генетическая основа активности тиаминазы I у позвоночных рыбок данио Danio rerio». Научные отчеты . 13 (1): 698. Бибкод : 2023NatSR..13..698R. дои : 10.1038/s41598-023-27612-5. ISSN  2045-2322. ПМЦ 9839694 . ПМИД  36639393. 
  12. ^ abc NcCleary BV, Chick BF (1977). "Очистка и свойства тиаминазы I из Nardoo (Marsilea drummondii)". Phytochemistry . 16 (2): 207–213. doi :10.1016/S0031-9422(00)86787-4. Ферменты тиаминазы I, присутствующие в культуральных растворах Bacillus thiaminolyticus [3-5] и Clostridium sporogenes [6-8], были высокоочищены и проведены подробные кинетические исследования. Но, несмотря на важность фермента тиаминазы I в отравлении запасов папоротником-орляком [9], имеется ограниченная информация о свойствах этой или других тиаминаз папоротника.
  13. ^ Фабр Б., Гей Б., Бофилс П. Тиаминазная активность в хвоще полевом и его экстрактах. Лекарственные растения и фитотерапия. 1993;26(3):190–197.
  14. ^ Boś M, Kozik A (февраль 2000 г.). «Некоторые молекулярные и ферментативные свойства однородного препарата тиаминазы I, очищенной из печени карпа». Journal of Protein Chemistry . 19 (2): 75–84. doi :10.1023/A:1007043530616. PMID  10945431. S2CID  24767144.
  15. ^ Wittliff JL, Airth RL (февраль 1968). «Внеклеточная тиаминаза I Bacillus thiaminolyticus. I. Очистка и физико-химические свойства». Биохимия . 7 (2): 736–44. doi :10.1021/bi00842a032. PMID  4966932.
  16. ^ Nishimune T, Watanabe Y, Okazaki H, Akai H (2000). «Тиамин разлагается из-за энтомофагии Anaphe spp. у пациентов с сезонной атаксией в Нигерии». J. Nutr . 130 (6): 1625–28. doi : 10.1093/jn/130.6.1625 . PMID  10827220. Тиаминаза в буферном экстракте куколок Anaphe была типа I
  17. ^ Томс AV, Хаас AL, Парк JH, Бегли TP, Иллик SE (февраль 2005 г.). «Структурная характеристика регуляторных белков TenA и TenI из Bacillus subtilis и идентификация TenA как тиаминазы II». Биохимия . 44 (7): 2319–29. doi :10.1021/bi0478648. PMID  15709744.
  18. ^ Vetter J (2010). "Токсикологические и медицинские аспекты наиболее часто встречающегося вида папоротника, Pteridium aquilinum (L.) Kuhn". Работа с папоротниками: проблемы и приложения . стр. 361–375. doi :10.1007/978-1-4419-7162-3_25. ISBN 978-1-4419-7161-6.
  19. ^ Jenkins AH, Schyns G, Potot S, Sun G, Begley TP (август 2007 г.). «Новый путь спасения тиамина». Nature Chemical Biology . 3 (8): 492–7. doi :10.1038/nchembio.2007.13. PMID  17618314.
  20. ^ Грин РГ, Карлсон В.Е., Эванс КА (1941). «Авитаминоз лис, вызванный кормлением рыбой». Журнал питания . 21 (3): 243–256. doi :10.1093/jn/21.3.243.
  21. ^ Рамос Дж. Дж., Марка С., Лосте А., Гарсия де Халон Х. А., Фернандес А., Кубель Т. (февраль 2003 г.). «Биохимические изменения у внешне нормальных овец из стад, пораженных полиоэнцефаломаляцией». Коммуникации по ветеринарным исследованиям . 27 (2): 111–24. дои : 10.1023/А: 1022807119539. PMID  12718505. S2CID  20679160.
  22. ^ Evans WC (1975). «Тиаминазы и их воздействие на животных». Витамины и гормоны . 33 : 467–504. doi :10.1016/S0083-6729(08)60970-X. ISBN 978-0-12-709833-3. PMID  779253.
  23. ^ Fisher JP, Brown SB, Wooster GW, Bowser PR (декабрь 1998 г.). «Уровни тиамина в материнской крови, яйцах и личинках коррелируют с выживаемостью личинок у атлантического лосося, не имеющего выхода к морю». The Journal of Nutrition . 128 (12): 2456–66. doi :10.1093/jn/128.12.2456 (неактивен 1 ноября 2024 г.). PMID  9868194.{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
  24. ^ Adamolekun B, Adamolekun WE, Sonibare AD, Sofowora G (март 1994 г.). «Двойное слепое плацебо-контролируемое исследование эффективности гидрохлорида тиамина при сезонной атаксии у нигерийцев». Neurology . 44 (3 Pt 1): 549–51. doi :10.1212/wnl.44.3_part_1.549. PMID  8145931. S2CID  42463444.

Внешние ссылки