stringtranslate.com

Ацетолактатсинтаза

Фермент ацетолактатсинтаза ( ALS ) (также известный как ацетогидроксикислота или ацетогидроксикислотная синтаза , сокр. AHAS ) [2] — это белок, обнаруженный в растениях и микроорганизмах. ALS катализирует первый этап синтеза аминокислот с разветвленной цепью ( валин , лейцин и изолейцин ). [3]

Человеческий белок с пока неизвестной функцией, имеющий некоторое сходство последовательности с бактериальным БАС, кодируется геном ILVBL ( ilvB-подобным) . [4]

Структура

Ген

Ген ILVBL человека имеет 17 экзонов и находится на хромосоме 19 в q13.1. [5]

Белок

Каталитический пептид ALS в Arabidopsis thaliana (кресс-салат) представляет собой хлоропластный белок, состоящий из 670 остатков, последние 615 из которых образуют активную форму. Обнаружены три основных домена, с двумя тиаминпирофосфатами, зажатыми в DHS-подобном домене связывания NAD/FAD. [6] В назначении SCOP эти субъединицы называются d1yhya1, d1yhya2 и d1yhya3 от N-конца к C-концу. [7]

Структура ацетолактатсинтазы, которая была использована для рисунка на этой странице, была определена с помощью рентгеновской дифракции при 2,70 ангстрем. Рентгеновская дифракция использует рентгеновские лучи на определенных длинах волн для получения узоров, поскольку рентгеновские лучи рассеиваются определенным образом, что дает представление о структуре анализируемой молекулы.

Существует пять специфических лигандов, которые взаимодействуют с этим белком. Пять из них перечислены ниже.

Связанный ФАД не является каталитическим.

Функция

Ацетолактатсинтаза — это каталитический фермент , участвующий в биосинтезе различных аминокислот. Этот фермент имеет код Комиссии по ферментам 2.2.1.6, что означает, что фермент является транскетолазой или трансальдолазой, которая классифицируется как трансферазы, переносящие остатки альдегида или кетона. В этом случае ацетолактатсинтаза — это транскетолаза, которая движется вперед и назад, имея как катаболические, так и анаболические формы. Они действуют на кетон ( пируват ) и могут двигаться вперед и назад в метаболической цепи. Они встречаются у людей, животных, растений и бактерий. В растениях они находятся в хлоропластах, чтобы помогать в метаболических процессах. [6] В пекарских дрожжах они находятся в митохондриях. [8] В нескольких экспериментах было показано, что мутировавшие штаммы Escherichia coli K-12 без фермента не могли расти в присутствии только ацетата или олеата в качестве единственных источников углерода. [9]

Катаболическая версия, которая не связывает ФАД ( InterPro :  IPR012782 ), обнаружена у некоторых бактерий.

Каталитическая активность

Ацетолактатсинтаза, также известная как синтаза ацетогидроксикислот, представляет собой фермент, участвующий в превращении пирувата в ацетолактат:

2 CH 3 COCO 2 − → − O 2 CC(OH)(CH 3 )COCH 3 + CO 2

Реакция использует тиаминпирофосфат для связывания двух молекул пирувата. Полученный продукт этой реакции, ацетолактат, в конечном итоге становится валином, лейцином и изолейцином. Все три эти аминокислоты являются незаменимыми аминокислотами и не могут быть синтезированы человеком. Это также приводит к системному названию пируват:пируватацетальдегидтрансфераза (декарбоксилирующая) . Этот фермент является первым из нескольких ферментов в цикле биосинтеза лейцина и валина, беря начальные молекулы пирувата и начиная преобразование пировиноградной кислоты в аминокислоты. Конкретный остаток, который отвечает за это, - глицин в позиции 511 в белке. Это тот, которому для его функции требуется кофактор TPP.

Четыре конкретных остатка отвечают за каталитическую активность этого фермента. Они перечислены здесь с необходимыми кофакторами, написанными после.

Первичная последовательность этого белка в Arabidopsis приведена ниже. Остатки, участвующие в каталитической активности, выделены жирным шрифтом. Мутагенез Asp428, который является критическим карбоксилатным лигандом для Mg(2+) в «мотиве ThDP», приводит к снижению сродства AHAS II к Mg(2+). В то время как мутант D428N показывает сродство к ThDP, близкое к таковому у дикого типа при насыщении Mg(2+), D428E имеет сниженное сродство к ThDP. Эти мутации также приводят к зависимости фермента от K(+). [10]

Первичная последовательность. [11] Каталитические остатки выделены жирным шрифтом.
>sp|P1759|86-667TFISRFAPDQPRKGADILVEALERQGVETVFAYPGGASMEIHQALTRSSSIRNVLPRHEQGGVFAAEGYARSSGKPGICIATSGPGATNLVSGLADALLDSVPLVAITGQVPRRMIGTDAFQETPIVEVTRSITKHNYLVMDVEDIPRIIEEAFFLATSGRPGPVLVDVPKDIQQQLAIPNWEQAMRLPGYMSRMPKPPEDSHLEQIVRLISESSKKPVLYVGGGCLNSSDELGRFVELTGIPVASTLMGLGSYPXDDELSLHMLGMHGTVYANYAVEHSDLLLAFGVRFDDRVTGKLEAFASRAKIVHIDIDSAEIGKNKTPHVSVCGDVKLALQGMNKVLENRAEELKLDFGVWRNELNVQKQKFPLSFKTFGEAIPPQYAIKVLDELTDGKAIISTG V
GQHQMWAAQFYNYKKPRQWLSSGGL G A M GFGLPAAIGASVANPDAIVVDIDGDGSFIMNVQELATIRVENLPVKVLLLNNQHLGMVMQWEDRFYKANRAHTFLGDPAQEDEIFPNMLLFAAACGIPAARVTKKADLREAIQTMLDTPGPYLLDVICP H QEHVLPMIPSGGTFNDVITEGDGR

Из-за торможения и ряда других факторов это медленная процедура.

Регулирование

В Arabidopsis две цепи каталитического ALS ( InterPro :  IPR012846 ) образуют комплекс с двумя регуляторными малыми субъединицами ( InterPro :  IPR004789 ), AHASS2 и AHASS1. [12] [13] [14] Такое расположение широко распространено как в бактериальном, так и в эукариотическом ALS. Гетеромерная структура была продемонстрирована в E. coli в 1984 году и в эукариотах ( S. cerevisiae и Porphyra purpurea ) в 1997 году. [15] Большинство регуляторных белков имеют домен ACT ( InterPro :  IPR002912 ), а некоторые из них имеют NiKR -подобный C-конец ( InterPro :  IPR027271 )

У бактерий ( E. coli ) ацетолактатсинтаза состоит из трех пар изоформ. Каждая пара включает большую субъединицу, которая, как полагают, отвечает за катализ , и малую субъединицу за ингибирование по принципу обратной связи . Каждая пара субъединиц, или ALS I, II и III соответственно, расположена на своем собственном опероне , ilvBN, ilvGM и ilvIH (где ilvN регулирует ilvB, и наоборот). Вместе эти опероны кодируют несколько ферментов, участвующих в биосинтезе аминокислот с разветвленной цепью. Регуляция различна для каждого оперона. [16]

Оперон ilvGMEDA кодирует пару ilvGM (ALS II), а также трансаминазу аминокислот с разветвленной цепью (ilvE), дегидратазу дигидроксикислот (ilvD) и аммиачно-лиазу треонина (ilvA). Он регулируется ингибированием по принципу обратной связи в форме транскрипционного ослабления . То есть транскрипция снижается в присутствии конечных продуктов пути, аминокислот с разветвленной цепью.

Оперон ilvBNC кодирует пару ilvBN (ALS I) и кетол-кислотную редуктоизомеразу (ilvC). Он регулируется аналогичным образом, но специфичен для изолейцина и лейцина; валин не влияет на него напрямую.

Оба оперона ilvGMEDA и ilvBNC дерепрессируются при дефиците аминокислот с разветвленной цепью тем же механизмом, который их репрессирует. Оба эти оперона, а также третий, ilvIH , регулируются лейцин-чувствительным белком (Lrp). [17] [18]

Ингибиторы

Ингибиторы ALS используются в качестве гербицидов , которые медленно лишают пораженные растения этих аминокислот , что в конечном итоге приводит к ингибированию синтеза ДНК. Они одинаково влияют на злаки и двудольные растения. Они не являются классом химических веществ, а скорее классом механизмов действия с разнообразной химией. Семейство ингибиторов ALS включает сульфонилмочевины (SU), имидазолиноны , триазолопиримидины (см. Категория:Триазолопиримидины ), пиримидинилоксибензоаты и сульфониламинокарбонилтриазолиноны. [19] По состоянию на март 2022 года ингибиторы ALS страдают от наихудшей (известной) проблемы устойчивости среди всех классов гербицидов, имея 169 известных устойчивых целевых видов. [20] Структуры гербицидов ALS радикально отличаются от обычного субстрата , поэтому ни один из них не связывается с каталитическим сайтом , а вместо этого с сайтом, специфичным для гербицидного действия. Поэтому ожидается, что мутации устойчивости будут иметь самые разные эффекты на нормальную активность катализа ALS, положительные, отрицательные и нейтральные. Неудивительно, что именно это показали эксперименты, включая Yu et al. , 2007, обнаружившие устойчивость в Hordeum murinum из-за замены пролина → серина в аминокислоте 197, что увеличило активность ALS в 2-3 раза. [2]

Клиническое значение

CADASIL , идентифицированное аутосомно-доминантное состояние, характеризующееся рецидивом подкорковых инфарктов, приводящих к деменции , ранее было сопоставлено с геном «ILVBL» в интервале 2 сМ, D19S226–D19S199. Этот ген кодирует белок, очень похожий на ацетолактатсинтазу других организмов. Не наблюдалось никаких событий рекомбинации с D19S841, высокополиморфным микросателлитным маркером, выделенным из космиды, сопоставленной с этой областью. Не было обнаружено никаких мутаций в этом гене у пациентов с CADASIL, что позволяет предположить, что он не участвует в этом расстройстве. [4]

Взаимодействия

В исследовании Escherichia coli было показано , что домен связывания FAD ilvB взаимодействует с ilvN и активирует фермент AHAS I. [21]

Ссылки

  1. ^ PDB : 1YHY ​; McCourt JA, Pang SS, King-Scott J, Guddat LW, Duggleby RG (январь 2006 г.). «Сайты связывания гербицидов, выявленные в структуре синтазы ацетогидроксикислот растений». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (3): 569–73. Bibcode :2006PNAS..103..569M. doi : 10.1073/pnas.0508701103 . PMC  1334660. PMID  16407096 .
  2. ^ ab Powles SB, Yu Q (2010-06-02). «Эволюция в действии: растения, устойчивые к гербицидам». Annual Review of Plant Biology . 61 (1). Annual Reviews : 317–47. doi :10.1146/annurev-arplant-042809-112119. PMID  20192743.
  3. ^ Chipman D, Barak Z, Schloss JV (июнь 1998 г.). «Биосинтез 2-ацето-2-гидроксикислот: ацетолактатсинтазы и ацетогидроксикислотные синтазы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1385 (2): 401–19. doi :10.1016/S0167-4838(98)00083-1. PMID  9655946.
  4. ^ ab Жутель А, Дюкро А, Аламович С, Круо С, Доменга В, Марешаль Э, Вахеди К, Шабриа Х, Буссер М.Г., Турнье-Лассерв Е (декабрь 1996 г.). «Человеческий гомолог генов бактериальной ацетолактатсинтазы картируется в критической области CADASIL». Геномика . 38 (2): 192–8. дои : 10.1006/geno.1996.0615. ПМИД  8954801.
  5. ^ "Ген Entrez:ILVBL ilvB (бактериальная ацетолактатсинтаза)-подобный".
  6. ^ ab "Ацетолактатсинтаза, хлоропластическая (P17597) < InterPro < EMBL-EBI".
  7. ^ «SCOPe 2.07: Структурная классификация белков — расширенная».
  8. ^ "ILV2 - каталитическая субъединица ацетолактатсинтазы, митохондриальный предшественник - Saccharomyces cerevisiae (штамм ATCC 204508 / S288c) (пекарские дрожжи) - ген и белок ILV2". www.uniprot.org .
  9. ^ Dailey FE, Cronan JE (февраль 1986 г.). «Ацетогидроксикислотная синтаза I, необходимый фермент для биосинтеза изолейцина и валина в Escherichia coli K-12 во время роста на ацетате как единственном источнике углерода». Journal of Bacteriology . 165 (2): 453–60. doi :10.1128/jb.165.2.453-460.1986. PMC 214440 . PMID  3511034. 
  10. ^ Бар-Илан А, Балан В, Титтманн К, Голбик Р, Вязьменский М, Хюбнер Г, Барак З, Чипман ДМ (октябрь 2001 г.). «Связывание и активация тиаминдифосфата в синтазы ацетогидроксикислот». Биохимия . 40 (39): 11946–54. doi :10.1021/bi0104524. PMID  11570896.
  11. ^ "ALS - Ацетолактатсинтаза, предшественник хлоропластов - Arabidopsis thaliana (Кресс-салат мышиный) - Ген и белок ALS". www.uniprot.org .
  12. ^ Chen H, Saksa K, Zhao F, Qiu J, Xiong L (август 2010 г.). «Генетический анализ регуляции путей для усиления биосинтеза аминокислот с разветвленной цепью в растениях». The Plant Journal . 63 (4): 573–83. doi :10.1111/j.1365-313X.2010.04261.x. PMID  20497381.
  13. ^ Lee YT, Duggleby RG (июнь 2001 г.). «Идентификация регуляторной субъединицы синтазы ацетогидроксикислот Arabidopsis thaliana и восстановление с ее каталитической субъединицей». Биохимия . 40 (23): 6836–44. doi :10.1021/bi002775q. PMID  11389597.
  14. ^ Мохаммад Дезфулиан, Кертис Форман, Эспанта Джалили, Мринал Пал, Радждип К. Дхаливал, Дон Карл А. Роберто, Кэтлин М. Имре, Сюзанна Э. Кохалми и Уильям Л. Кросби. (2017). «Регуляторные субъединицы ацетолактатсинтазы играют расходящиеся и перекрывающиеся роли в синтезе аминокислот с разветвленной цепью и развитии Arabidopsis». BMC Plant Biology . 17. doi : 10.1186/s12870-017-1022-6 . PMC 5384131. PMID  28388946 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  15. ^ Duggleby RG (май 1997). «Идентификация гена малой субъединицы ацетолактатсинтазы у двух эукариот». Gene . 190 (2): 245–9. doi :10.1016/s0378-1119(97)00002-4. PMID  9197540.
  16. ^ Valle J, Da Re S, Schmid S, Skurnik D, D'Ari R, Ghigo JM (январь 2008 г.). «Аминокислота валин секретируется в непрерывных бактериальных биопленках». Журнал бактериологии . 190 (1): 264–74. doi :10.1128/JB.01405-07. PMC 2223729. PMID  17981982 . 
  17. ^ Calvo JM, Matthews RG (сентябрь 1994 г.). «Регуляторный белок, реагирующий на лейцин, глобальный регулятор метаболизма в Escherichia coli». Microbiological Reviews . 58 (3): 466–90. doi : 10.1128/mmbr.58.3.466-490.1994 . PMC 372976 . PMID  7968922. 
  18. ^ Pátek M (2007). "Аминокислоты с разветвленной цепью". Биосинтез аминокислот: пути, регуляция и метаболическая инженерия . Монографии по микробиологии. Т. 5. Берлин, Гейдельберг: Springer. С. 129–162. doi :10.1007/7171_2006_070. ISBN 978-3-540-48596-4.
  19. ^ Zhou Q, Liu W, Zhang Y, Liu KK (октябрь 2007 г.). «Механизмы действия гербицидов, ингибирующих ацетолактатсинтазу». Биохимия и физиология пестицидов . 89 (2): 89–96. Bibcode : 2007PBioP..89...89Z. doi : 10.1016/j.pestbp.2007.04.004.
  20. ^ Heap I. «Список сорняков, устойчивых к гербицидам, по способу действия гербицидов». HRAC ( Комитет по действиям в области устойчивости к гербицидам ) . Получено 30.03.2022 .
  21. ^ Mitra A, Sarma SP (февраль 2008 г.). «Escherichia coli ilvN взаимодействует с доменом связывания FAD ilvB и активирует фермент AHAS I». Биохимия . 47 (6): 1518–31. doi :10.1021/bi701893b. PMID  18193896.

Внешние ссылки