stringtranslate.com

Дегидратаза дельта-аминолевулиновой кислоты

Дегидратаза аминолевулиновой кислоты ( порфобилиногенсинтаза , или АЛК-дегидратаза , или аминолевулинатдегидратаза ) — это фермент ( EC 4.2.1.24), который у людей кодируется геном ALAD . [5] [6] Порфобилиногенсинтаза (или АЛК-дегидратаза , или аминолевулинатдегидратаза ) синтезирует порфобилиноген посредством асимметричной конденсации двух молекул аминолевулиновой кислоты . Все природные тетрапирролы , включая гемы , хлорофиллы и витамин B12 , разделяют порфобилиноген в качестве общего предшественника. Порфобилиногенсинтаза является прототипом морфеина . [7]

Функция

Он катализирует следующую реакцию, вторую стадию биосинтеза порфирина :

2 5- Аминолевулиновая кислота порфобилиноген + 2 H 2 O

Поэтому он катализирует конденсацию 2 молекул 5-аминолевулината с образованием порфобилиногена (предшественника гема , цитохромов и других гемопротеинов). Эта реакция является первым общим шагом в биосинтезе всех биологических тетрапирролов. Цинк необходим для ферментативной активности.

Структура

Структурной основой аллостерической регуляции порфобилиногенсинтазы (PBGS) является модуляция равновесия четвертичной структуры между октамером и гексамером (через димеры), что схематически представлено как 6мер* ↔ 2мер* ↔ 2мер ↔ 8мер. * представляет собой переориентацию между двумя доменами каждой субъединицы, которая происходит в диссоциированном состоянии, поскольку она стерически запрещена в более крупных мультимерах. [7]

Равновесие четвертичной структуры PBGS включает неактивный гексамер (PDB id 1PV8), который не имеет взаимодействий субъединиц, необходимых для упорядоченной крышки активного сайта. Диссоциация в димер прогексамера может сопровождаться конформационным изменением, которое переориентирует два домена αβ-бочонка для формирования димера прооктамера. Ассоциация димера прооктамера с октамером (PDB id 1E51) включает формирование интерфейсов субъединиц, которые поддерживают порядок в крышке активного сайта.

PBGS кодируется одним геном , и каждый мультимер PBGS состоит из нескольких копий одного и того же белка. Каждая субъединица PBGS состоит из домена αβ-ствола длиной ~300 остатков , в центре которого находится активный сайт фермента, и домена N-концевого плеча длиной >25 остатков. Аллостерическая регуляция PBGS может быть описана в терминах ориентации домена αβ-ствола по отношению к домену N-концевого плеча.

Каждая N -концевая рука имеет до двух взаимодействий с другими субъединицами в мультимере PBGS. Одно из этих взаимодействий помогает стабилизировать «закрытую» конформацию крышки активного центра. Другое взаимодействие ограничивает доступ растворителя с другого конца αβ-ствола.

В неактивном мультимерном состоянии домен N-концевого плеча не участвует во взаимодействии, стабилизирующем крышку, а в кристаллической структуре неактивной сборки крышка активного центра неупорядочена.

Аллостерические регуляторы

Как почти универсальный фермент с высококонсервативным активным сайтом, PBGS не будет основной целью для разработки противомикробных препаратов и/или гербицидов . Напротив, аллостерические сайты могут быть гораздо более филогенетически изменчивыми, чем активные сайты, тем самым предоставляя больше возможностей для разработки лекарств. [7]

Филогенетическая изменчивость аллостерии PBGS приводит к постановке обсуждения аллостерической регуляции PBGS в терминах внутренних и внешних факторов.

Внутренние аллостерические регуляторы

Магний

Аллостерический ион магния находится на высокогидратированном интерфейсе двух прооктамерных димеров. Он, по-видимому, легко диссоциирует, и было показано, что гексамеры накапливаются при удалении магния in vitro . [8]

рН

Хотя ионы гидроксония обычно не рассматриваются в качестве аллостерических регуляторов, в случае PBGS было показано, что протонирование боковой цепи в местах, отличных от активного центра, влияет на равновесие четвертичной структуры и, таким образом, также влияет на скорость катализируемой ею реакции.

Внешние аллостерические регуляторы

Стабилизация малых молекул гексамера

Проверка PBGS 6mer* выявляет поверхностную полость, которая отсутствует в 8mer. Было предложено, что связывание небольшой молекулы с этой филогенетически изменчивой полостью стабилизирует 6mer* целевого PBGS и, следовательно, ингибирует активность.

Такие аллостерические регуляторы известны как морфоблоки , поскольку они фиксируют PBGS в определенной форме морфеина (6mer*). [9]

Отравление свинцом

ALAD отравлен ионами серого свинца

Ферментативная активность ALAD подавляется свинцом , начиная с уровней свинца в крови, которые когда-то считались безопасными (<10 мкг/дл), и продолжая отрицательно коррелировать в диапазоне от 5 до 95 мкг/дл. [10] Ингибирование ALAD свинцом приводит к анемии, прежде всего потому, что он подавляет синтез гема и сокращает продолжительность жизни циркулирующих эритроцитов , но также стимулирует избыточную выработку гормона эритропоэтина , что приводит к неадекватному созреванию эритроцитов из их предшественников. Дефект в структурном гене ALAD может вызвать повышенную чувствительность к отравлению свинцом и острой печеночной порфирии . Были выявлены альтернативно сплайсированные варианты транскриптов, кодирующие различные изоформы. [11]

Дефицит

Дефицит порфобилиногенсинтазы обычно является приобретенным (а не наследственным) и может быть вызван отравлением тяжелыми металлами , особенно свинцом , поскольку фермент очень восприимчив к ингибированию тяжелыми металлами. [12]

Наследственная недостаточность порфобилиногенсинтазы называется порфирией с дефицитом порфобилиногенсинтазы (или АЛК-дегидратазы) . Это чрезвычайно редкая причина порфирии , [13] с менее чем 10 зарегистрированными случаями. [14] Все варианты белка, связанные с заболеванием, благоприятствуют образованию гексамера по сравнению с диким типом человеческого фермента. [13]

PBGS как прототип морфеина

Модель аллостерии морфеина, представленная на примере PBGS, добавляет дополнительный уровень понимания потенциальных механизмов регуляции функции белка и дополняет возросшее внимание, которое сообщество ученых, изучающих белки, уделяет динамике структуры белка. [7]

Эта модель иллюстрирует, как динамика таких явлений, как альтернативные конформации белков, альтернативные олигомерные состояния и временные белок-белковые взаимодействия, может быть использована для аллостерической регуляции каталитической активности.

Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000148218 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000028393 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Эйберг Х., Мор Дж., Нильсен Л.С. (февраль 1983 г.). «Дельта-аминолевулинатдегидраза: синтения с ABO-AK1-ORM (и отнесение к хромосоме 9)». Клиническая генетика . 23 (2): 150–4. doi :10.1111/j.1399-0004.1983.tb01864.x. PMID  6839527. S2CID  27267679.
  6. ^ Beaumont C, Foubert C, Grandchamp B, Weil D, Gross MS, Nordmann Y (май 1984). «Присвоение гена дельта-аминолевулинатдегидразы человека хромосоме 9 с помощью гибридизации соматических клеток и специфического иммуноферментного анализа». Annals of Human Genetics . 48 (2): 153–9. doi :10.1111/j.1469-1809.1984.tb01010.x. PMID  6378062. S2CID  24098976.
  7. ^ abcd Джаффе EK, Лоуренс SH (март 2012). «Аллостерия и динамическая олигомеризация порфобилиногенсинтазы». Архивы биохимии и биофизики . 519 (2): 144–53. doi :10.1016/j.abb.2011.10.010. PMC 3291741. PMID 22037356  . 
  8. ^ Breinig S, Kervinen J, Stith L, Wasson AS, Fairman R, Wlodawer A и др. (сентябрь 2003 г.). «Контроль биосинтеза тетрапиррола альтернативными четвертичными формами порфобилиногенсинтазы». Nature Structural Biology . 10 (9): 757–63. doi :10.1038/nsb963. PMID  12897770. S2CID  24188785.
  9. ^ Lawrence SH, Jaffe EK (2008). «Расширение концепций структурно-функциональных связей белков и кинетики ферментов: обучение с использованием морфеинов». Биохимия и образование в области молекулярной биологии . 36 (4): 274–283. doi :10.1002/bmb.20211. PMC 2575429. PMID  19578473 . 
  10. ^ Abadin H, Ashizawa A, Stevens YW, Llados F, Diamond G, Sage G, Citra M, Quinones A, Bosch SJ, Swarts SG (август 2007 г.). Токсикологический профиль свинца (PDF) . Атланта, Джорджия: Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний (США). стр. 22, 30. PMID  24049859. Получено 22 ноября 2015 г.
  11. ^ «Ген Энтреза: аминолевулинат ALAD, дельта-, дегидратаза» .
  12. ^ Реакция ALA-дегидратазы, из NetBiochem в Университете Юты. Последнее изменение 01.05.95
  13. ^ ab Jaffe EK, Stith L (февраль 2007 г.). «Порфирия ALAD — это конформационное заболевание». American Journal of Human Genetics . 80 (2): 329–37. doi :10.1086/511444. PMC 1785348 . PMID  17236137. 
  14. ^ Обзор Порфирий Архивировано 22 июля 2011 г. на Wayback Machine в Консорциуме Порфирий (часть Сети клинических исследований редких заболеваний NIH (RDCRN)). Получено в июне 2011 г.

Внешние ссылки

Дальнейшее чтение