Глутаминаза ( EC 3.5.1.2, глутаминаза I , L-глутаминаза , глутаминаминогидролаза ) — фермент амидогидролаза , который генерирует глутамат из глутамина . Глутаминаза имеет тканеспецифичные изоферменты. Глутаминаза играет важную роль в глиальных клетках .
Глутаминаза катализирует следующую реакцию:
Глутаминаза экспрессируется и активна в перипортальных гепатоцитах , где она генерирует аммоний для синтеза мочевины , как и глутаматдегидрогеназа . [2] Глутаминаза также экспрессируется в эпителиальных клетках почечных канальцев, где вырабатываемый аммиак выделяется в виде ионов аммония. Эта экскреция ионов аммония является важным механизмом почечной кислотно-щелочной регуляции. Во время хронического ацидоза глутаминаза индуцируется в почках, что приводит к увеличению количества выделяемых ионов аммония. Глутаминаза также может быть обнаружена в кишечнике, при этом гепатический портальный аммиак может достигать 0,26 мМ (по сравнению с аммиаком артериальной крови 0,02 мМ).
Одна из важнейших функций глутаминазы обнаружена в аксональных окончаниях нейронов центральной нервной системы . Глутамат является наиболее широко используемым возбуждающим нейротрансмиттером в ЦНС. После высвобождения в синапс для нейротрансмиссии глутамат быстро поглощается близлежащими астроцитами , которые преобразуют его в глутамин. Затем этот глутамин поступает в пресинаптические окончания нейронов, где глутаминазы преобразуют его обратно в глутамат для загрузки в синаптические пузырьки . Хотя обе глутаминазы — «почечного типа» (GLS1) и «печеночного типа» (GLS2) — экспрессируются в мозге, сообщалось, что GLS2 существует только в клеточных ядрах нейронов ЦНС. [3]
АДФ является сильнейшим адениннуклеотидным активатором глутаминазы. Исследования также показали, что АДФ снижает K m для глутамина и увеличивает V max . Они обнаружили, что эти эффекты усиливались еще больше, когда присутствовал АТФ . [4]
Конечный продукт реакции глутаминазы, глутамат, является сильным ингибитором реакции. Изменения в глутаматдегидрогеназе, которая преобразует глутамат в 2-оксоглутарат и тем самым снижает внутримитохондриальные уровни глутамата, являются, таким образом, важным регуляторным механизмом активности глутаминазы.
Предполагается, что фосфат-активируемая митохондриальная глутаминаза (GLS1) связана с повышенным метаболизмом, сниженными уровнями внутриклеточных активных форм кислорода (ROS) и общим снижением окисления ДНК как в нормальных, так и в стрессовых клетках. Предполагается, что контроль GLS2 уровня ROS облегчает «способность p53 защищать клетки от накопления геномных повреждений и позволяет клеткам выживать после легкого и поддающегося восстановлению генотоксического стресса». [5]
Структура глутаминазы была определена с помощью рентгеновской дифракции с разрешением до 1,73 Å. Существует 2 цепи, содержащие 305 остатков, которые составляют длину этого димерного белка. На каждой цепи 23% аминокислотного содержания, или 71 остаток, находятся в 8 спиралях. Двадцать один процент, или 95 остатков, составляют 23 нити бета-слоя. [1]
У людей экспрессируются 4 изоформы глутаминазы. GLS кодирует 2 типа глутаминазы почечного типа с высокой активностью и низким Km. GLS2 кодирует 2 формы глутаминазы печеночного типа с низкой активностью и аллостерической регуляцией. [2]
Глутаминазы принадлежат к более крупному семейству, которое включает серин-зависимые бета-лактамазы и пенициллин-связывающие белки . Многие бактерии имеют два изофермента . Эта модель основана на выбранных известных глутаминазах и их гомологах в пределах прокариот, за исключением высокопроизводных (с длинной ветвью) и архитектурно разнообразных гомологов, чтобы достичь консервативных назначений. Резкое падение оценок происходит ниже 250, и отсечки устанавливаются соответствующим образом. Фермент превращает глутамин в глутамат с высвобождением аммиака . Члены, как правило, описываются как глутаминаза A (glsA), где B (glsB) неизвестен и может не быть гомологичным (как в Rhizobium etli ; некоторые виды имеют два изофермента , которые оба могут быть обозначены как A (GlsA1 и GlsA2).
Многие виды рака зависят от глутаминазы, поэтому ингибиторы глутаминазы были предложены в качестве лечения рака. [7] [8] Некоторые ингибиторы глутаминазы, такие как JHU-083 [9], находятся на стадии клинических испытаний.
В 2021 году было сообщено, что ингибитор GLS1 устраняет стареющие клетки из различных органов и тканей у старых мышей, улучшая дисфункцию тканей, связанную с возрастом. Результаты показывают, что стареющие клетки зависят от глутаминолиса, и ингибирование глутаминазы 1 может предложить многообещающую стратегию для индукции сенолиза in vivo. [10]