Лизинкарбоксипептидаза ( EC 3.4.17.3) — это фермент . [1] [2] [3] Этот фермент катализирует следующую химическую реакцию:
Это активируемый цинком фермент, который содержится в плазме. Он инактивирует белки, такие как брадикинин и анафилатоксины в крови, чтобы предотвратить накопление токсинов.
Лизинкарбоксипептидаза также известна как:
Всем ферментам присваивается номер Комиссии по ферментам на основе химической реакции, которую они катализируют. Номер EC нужен для устранения путаницы, которая возникает из-за того, что многие ферменты имеют несколько разных названий, которые могут их обозначать. Номер EC лизинкарбоксипептидазы — 3.4.17.3.
Первая цифра в номере EC указывает на основной класс, к которому принадлежит фермент (варианты: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы). Лизинкарбоксипептидаза относится к классу 3, что указывает на то, что это гидролаза . Гидролазы используют воду для разрыва химических связей, включая, но не ограничиваясь, связи углерод-кислород, углерод-азот и углерод-углерод. [4]
Второе число описывает тип связи, которая разрывается в реакции, катализируемой определенным ферментом. «4» помещает лизинкарбоксипептидазу в подкласс « пептидазы ». Это означает, что этот фермент действует на пептидные связи . [4]
Третье число (подподкласс) дает больше информации о каталитическом механизме реакции. Лизинкарбоксипептидаза находится в подподклассе 17: металлокарбоксипептидазы . Этот подкласс сначала определяет лизинкарбоксипептидазу как экзопептидазу (подподклассы 11 и 13-19), что означает, что она действует только на концевые связи полипептидной цепи. Это, более конкретно, карбоксипептидаза ( подподклассы 16-18), которая действует на С-конце, чтобы разорвать одну аминокислоту. Общая категория металлокарбоксипептидаз указывает, что она функционирует с использованием катализа ионами металлов . [5]
Последняя цифра в номере EC нужна просто для того, чтобы отличать каждую металлокарбоксипептидазу друг от друга.
Лизинкарбоксипептидаза встречается почти у 400 различных видов, все из которых являются челюстными позвоночными. К этим видам относятся птицы, рептилии, млекопитающие, земноводные и рыбы. [6] Для простоты и из-за отсутствия исследований этого фермента в других организмах информация, обсуждаемая в этой статье, будет сосредоточена вокруг человеческой лизинкарбоксипептидазы.
Лизинкарбоксипептидаза имеет молекулярную массу от 270 до 330 кДа ( килодальтон ). Это тетрамерный гликопротеин . Он состоит из двух субъединиц по 83 кДа и двух активных субъединиц от 55 кДа до 48 кДа, и они удерживаются вместе нековалентными взаимодействиями. [7]
Субъединицы 83 кДа являются регуляторными и не вносят прямого вклада в каталитическую активность; они также сильно гликозилированы. Они функционируют для стабилизации активных субъединиц и поддержания их в циркуляции. Каталитическая функция сохраняется, когда субъединицы 83 кДа удаляются из активных субъединиц, но они все еще необходимы для их поддерживающих ролей. Активные субъединицы малы и относительно нестабильны при температуре тела и pH крови, поэтому они не будут долго сохраняться в плазме без прикрепленных регуляторных субъединиц. Части 55 кДа-48 кДа обе каталитически активны. [3]
Первичную структуру субъединицы 83 кДа можно разделить на три основных домена. Первый домен расположен на N-конце и состоит из 52 аминокислот, первые 27 из которых богаты цистеином . Второй домен относится к следующим 312 аминокислотам и состоит из 13 секций повторов, богатых лейцином (LRR), каждая из которых состоит из 24 остатков. Последний C-концевой домен относится к последним 145 остаткам, где аминокислоты 400-425 содержат секцию, богатую цистеином. Вторичная/третичная структура субъединицы еще не была экспериментально определена, но была выдвинута гипотеза на основе того, как сворачиваются другие белки LRR. Рабочая модель, созданная с помощью компьютерного программирования ESyPred3D , имеет форму подковы с β-слоем, выстилающим внутреннюю часть, и α-спиралью или β-поворотом, выстилающим внешнюю часть. Модель также показывает домен, подобный Ig. В других белках соединение между этим и C-концом домена LRR оказалось местом связывания для образования тетрамера. Следовательно, это может быть местом связывания для второй субъединицы фермента 83 кДа, в то время как активная субъединица, как полагают, взаимодействует с внутренней частью подковообразной формы. [7]
Каталитическая субъединица имеет форму груши. Ее первый домен на N-конце имеет сферическую форму и состоит из 319 аминокислот. Он также содержит каталитические и субстратные связывающие области и поэтому называется доменом карбоксипептидазы. Этот домен состоит из двух дисульфидных мостиков , что оставляет один неспаренный цистеин, который простирается во внутреннюю часть молекулы. Он имеет центральный 8-цепочечный β-слой, который окружен 9 α-спиралями, которые, в общем, идут антипараллельно слоям. Домен имеет в основном гидрофобное ядро. Второй домен C-конца имеет форму цилиндра и состоит из 79 остатков. Это β-сэндвич -транстиретиновый (TT) домен с гидрофобным ядром. Ранее считалось, что активная единица не гликозилирована; однако структура показывает три остатка, O-связанных с N-ацетилглюкозаминами . [8] Было установлено, что область, которая связывается с регуляторной субъединицей, является интерфейсом между этими двумя доменами. На этой области есть гидрофобный участок, который, как полагают, взаимодействует с внутренней частью подковообразной формы субъединицы 83 кДа, образуя гетеродимер . [ 7]
Сферический домен карбоксипептидазы каталитической субъединицы имеет круговое углубление на поверхности, которое является местом расположения канавки активного центра. Основание канавки образовано 3 β-слоями, в то время как стенки канавки выстланы α-спиралями. Электронная плотность в середине канавки обеспечивает пространство для связывания кофактора иона цинка . Остаток P1' субстрата помещается в особую полость (S1') канавки активного центра, в то время как остатки P1 и далее простираются в преимущественно гидрофобную область канавки (в карманах S1, S2 и т. д.). Разрывная пептидная связь удерживается на месте несколькими полярными взаимодействиями между боковыми группами белка. Атом азота на стороне C-конца закреплен на близлежащих гуанидиновых группах молекул аргинина. На стороне N-конца атом азота удерживается водородными связями с тирозином, в то время как карбонильная группа удерживается водородными связями с лизином. Эти взаимодействия растягивают пептидную связь и подготавливают ее к разрыву молекулой воды. [8] Хотя технически в тетрамере есть два активных центра , по одному на каждой активной субъединице, одновременно может использоваться только один активный центр. [7]
Структура лизинкарбоксипептидазы может объяснить ее предпочтения остаткам P1' и P1. Аспарагиновая кислота (ее ориентация определяется цис-пептидной связью между соседними пролином и тирозином), которая расположена около кармана S1' активного центра, отвечает за предпочтение лизина перед аргинином в качестве остатка P1'. В отличие от аргинина, лизин может приближаться к этой области фронтально, что настраивает пептидную связь на более легкий разрыв. Между тем, фенольные боковые цепи около кармана S1 заставляют фермент предпочитать остатки P1 среднего размера более крупным; это уменьшает количество сдвига, которое необходимо осуществить. Это объясняет предпочтение фермента аланина и метионина перед глицином . [8]
Лизинкарбоксипептидаза вырабатывается исключительно в печени и вскоре секретируется в кровь. Она лучше всего функционирует в среде с нейтральным pH .
Фермент функционирует для отщепления аргинина или лизина от С-конца полипептидной цепи . Лизин гидролизуется легче, поскольку имеет более высокую скорость оборота, чем аргинин. Предпоследняя аминокислота также способствует легкости, с которой протекает реакция. Аланин и метионин приводят к наиболее эффективным реакциям, в то время как глицин значительно снижает скорость реакции. [7]
Лизинкарбоксипептидаза использует катализ ионов металла для завершения своей реакции и имеет цинк (или другой двухвалентный катион, такой как кобальт) в качестве необходимого кофактора. Из-за этого ее действия могут быть ингибированы хелатирующими факторами, которые удаляют цинк из ферментного комплекса. [7]
Цинк связан с активным сайтом фермента и действует как стабилизатор. Положительный заряд цинка позволяет ему взаимодействовать с частичным отрицательным зарядом кислорода в молекуле воды и образовывать связь. Соседнее основание удалит один из водородов из молекулы кислорода, чтобы стабилизировать ее. Теперь он может эффективно действовать как нуклеофил ; он будет атаковать карбонильную группу белка, образуя временный тетраэдр. После того, как произойдет энергетически выгодная реконфигурация электронов, результатом будет отщепление конечной аминокислоты от остальной части полипептидной цепи. [3]
Лизинкарбоксипептидаза находится в плазме и используется для инактивации определенных белков; это функция защиты организма от мощных молекул, которые могут выходить из тканей. Наиболее хорошо изученным белком, который инактивируется этим ферментом, является брадикинин (наряду с другими кининами, такими как каллидин ), который способствует воспалению и регуляции артериального давления. [9] Однако основным способом деградации брадикинина является ангиотензин I-превращающий фермент (АПФ). Лизинкарбоксипептидаза тем не менее по-прежнему важна, особенно если пациент получает ингибиторы АПФ для лечения какого-либо заболевания. Кинины чаще всего являются аутокринными или паракринными гормонами и, таким образом, часто ограничены в местоположении. Если слишком много гормона выводится в кровь и его уровень слишком высок, это может иметь вредные последствия для организма. Лизинкарбоксипептидаза предотвращает это. [7]
Этот фермент также доказал свою важность в инактивации анафилатоксинов, которые являются вызывающими воспаление белками, используемыми в иммунных реакциях. Подобно кининам, вредные эффекты могут возникнуть, если слишком много этих белков накапливается в крови. Другие молекулы, в модификации и, следовательно, регуляции которых участвует этот фермент, включают креатинкиназу , гемоглобин , фактор-1α, полученный из стромальных клеток (SDF-1α), рецепторы плазминогена и энкефалины . Ферментативное взаимодействие с креатинкиназой высвобождает один лизин из каждой из двух субъединиц и изменяет ее функцию. С гемоглобином он ускоряет диссоциацию тетрамера на димеры и увеличивает его сродство к кислороду. Что касается SDF-1α, высвобождение лизина снижает его способность функционировать, поэтому этот фермент действует как регулятор активности; SDF-1α обычно важен для транспортировки гемопоэтических стволовых клеток. Для рецепторов плазминогена расщепление лизина предотвращает активацию плазминогена в плазмин . [7] Лизинкарбоксипептидаза регулирует энкефалин, снижая его сродство к каппа-опиоидным рецепторам и, следовательно, делая его дельта-рецептор- специфичным. Также предполагается, что эпидермальный фактор роста (и, возможно, другие факторы роста) действует как субстрат , поскольку он метаболизируется путем расщепления С-концевого аргинина. [8] Другие менее изученные субстраты включают фибринопептиды , которые участвуют в свертывании крови. [9]
Этот фермент чрезвычайно важен для правильного функционирования организма. Нет никаких записей о человеке, у которого полностью отсутствует лизинкарбоксипептидаза, а более низкие, чем нормальные, уровни фермента были связаны с такими расстройствами, как ангионевротический отек . [3]
