stringtranslate.com

Сериндегидратаза

Сериндегидратаза или L -сериновая аммиачная лиаза (СДГ) относится к β-семейству ферментов , зависимых от пиридоксальфосфата (ПЛП) . СДГ широко распространена в природе, но ее структура и свойства различаются у разных видов. СДГ встречается в дрожжах , бактериях и цитоплазме гепатоцитов млекопитающих . СДГ катализирует дезаминирование L -серина с образованием пирувата с выделением аммиака . [1]

Этот фермент имеет один субстрат , L -серин , и два продукта , пируват и NH3 , и использует один кофактор , пиридоксальфосфат (PLP). Основная роль фермента заключается в глюконеогенезе в цитоплазме печени . [ требуется цитата ]

Номенклатура

Сериндегидратаза также известна как: [2]

Структура

Холофермент SDH содержит 319 остатков , одну молекулу кофактора PLP . [1] Общая складка мономера очень похожа на таковую других PLP -зависимых ферментов семейства Beta. Фермент содержит большой каталитический домен , который связывает PLP , и небольшой домен. Домены связаны двумя остатками 32-35 и 138-146, при этом созданный внутренний зазор является пространством для активного центра [1]

Связывание кофактора

Кофактор PLP расположен между бета-цепями 7 и 10 большого домена и лежит в большом внутреннем зазоре, образованном между малым и большим доменом. Кофактор ковалентно связан через связь Шиффова основания с Lys41 . Кофактор зажат между боковой цепью Phe 40 и основной цепью Ala222 . Каждый из полярных заместителей PLP координируется функциональными группами: азот пиридиния PLP связан водородной связью с боковой цепью Cys 303, C3-гидроксильная группа PLP связана водородной связью с боковой цепью Asn 67, а фосфатная группа PLP координируется амидами основной цепи из тетраглициновой петли. [1] [3] (Рисунок 3 и Рисунок 4).

Механизм

Реакция , катализируемая сериндегидратазой, следует схеме, наблюдаемой в других реакциях, зависящих от PLP. Образуется связь основания Шиффа , и высвобождается аминоакрилатная группа, которая подвергается неферментативному гидролитическому дезаминированию до пирувата . [4]

Ингибиторы

Согласно серии анализов, проведенных Клеландом (1967), линейная скорость образования пирувата при различных концентрациях ингибиторов продемонстрировала, что L- цистеин и D- серин конкурентно ингибируют фермент SDH. [5] Причина, по которой активность SDH ингибируется L-цистеином, заключается в том, что неорганическая сера образуется из L- цистеина через цистиндесульфазу, а серосодержащие группы, как известно, способствуют ингибированию. [6] L-треонин также конкурентно ингибирует сериндегидратазу.

Более того, известно, что инсулин ускоряет гликолиз и подавляет индукцию сериндегидратазы печени у взрослых диабетических крыс. [7] Были проведены исследования, чтобы показать, что инсулин вызывает 40-50% ингибирование индукции сериндегидратазы глюкагоном в гепатоцитах крыс. [8] Исследования также показали, что инсулин и адреналин подавляют активность сериндегидратазы, ингибируя транскрипцию гена SDH в гепатоцитах. [9] Аналогичным образом, повышение уровня глюкагона увеличивает активность SDH, поскольку этот гормон повышает регуляцию фермента SDH. Это имеет смысл в контексте глюконеогенеза . Основная роль SDH заключается в создании пирувата , который может быть преобразован в свободную глюкозу. А глюкагон дает сигнал для подавления глюконеогенеза и увеличения количества свободной глюкозы в крови за счет высвобождения запасов гликогена из печени.

Гомоцистеин , соединение, которое SDH объединяет с серином для создания цистатионина , также неконкурентно ингибирует действие SDH. Исследования показали, что гомоцистеин реагирует с коферментом PLP SDH для создания комплекса. Этот комплекс лишен коферментной активности, и SDH не может функционировать (см. раздел Механизм фермента). [10] В целом, гомоцистеин является аминокислотой и метаболитом метионина ; повышенный уровень гомоцистеина может привести к гомоцистинурии (см. раздел Актуальность заболевания). [11]

Биологическая функция

В целом, уровень СДГ снижается с увеличением размера млекопитающего. [12]

Фермент SDH играет важную роль в глюконеогенезе. Активность усиливается диетами с высоким содержанием белка и голоданием. В периоды низкого содержания углеводов серин преобразуется в пируват через SDH. Этот пируват попадает в митохондрии , где он может быть преобразован в оксалоацетат и, таким образом, в глюкозу. [13]

Мало что известно о свойствах и функции человеческой SDH, поскольку человеческая печень имеет низкую активность SDH. В исследовании, проведенном Йошидой и Кикучи, были измерены пути распада глицина. Глицин может быть преобразован в серин и либо стать пируватом через сериндегидратазу, либо подвергнуться окислительному расщеплению на метилен-ТГФ , аммиак и углекислый газ. Результаты показали второстепенное значение пути SDH. [13] [14]

Актуальность заболевания

СДГ может играть важную роль в развитии гипергликемии и опухолей.

Некетотическая гипергликемия обусловлена ​​дефицитом треониндегидратазы , близкого родственника сериндегидратазы. Сериндегидратаза также отсутствует в карциноме толстой кишки человека и саркоме крысы . Наблюдаемый дисбаланс ферментов в этих опухолях показывает, что повышенная способность к синтезу серина связана с его использованием для биосинтеза нуклеотидов как части приверженности клеточной репликации в раковых клетках. Эта закономерность обнаружена в саркомах и карциномах , а также в опухолях человеческого и грызунов происхождения. [15]

Эволюция

ДНК сериндегидратазы человека и крысы идентичны, за исключением 36 аминокислотных остатков. Сходство также было показано между дрожжами и треониндегидратазой E. coli и сериндегидратазой человека. Человеческая SDH показывает гомологию последовательности 27% с дрожжевым ферментом и 27% с ферментом E. coli. [16] В целом ферменты PLP демонстрируют высокую консервативность остатков активного центра. [16]

Внешние ссылки

Ссылки

  1. ^ abcd Sun L, Bartlam M, Liu Y, Pang H, Rao Z (март 2005 г.). «Кристаллическая структура пиридоксаль-5'-фосфат-зависимой сериновой дегидратазы из печени человека». Protein Science . 14 (3): 791–8. doi :10.1110/ps.041179105. PMC  2279282 . PMID  15689518.
  2. ^ "Запись в базе данных KEGG ENZYME". Киотская энциклопедия генов и геномов . Kanehisa Laboratories . Получено 17 мая 2011 г.
  3. ^ Toyota CG, Berthold CL, Gruez A, Jónsson S, Lindqvist Y, Cambillau C, Richards NG (апрель 2008 г.). «Дифференциальная субстратная специфичность и кинетическое поведение трансферазы формилкоэнзима А Escherichia coli YfdW и Oxalobacter formigenes». Журнал бактериологии . 190 (7): 2556–64. doi :10.1128/JB.01823-07. PMC 2293189. PMID  18245280 . 
  4. ^ Yamada T, Komoto J, Takata Y, Ogawa H, Pitot HC, Takusagawa F (ноябрь 2003 г.). «Кристаллическая структура сериндегидратазы из печени крысы». Биохимия . 42 (44): 12854–65. doi :10.1021/bi035324p. PMID  14596599.
  5. ^ Gannon F, Bridgeland ES, Jones KM (февраль 1977). "L-сериндегидратаза из Arthrobacter globiformis". The Biochemical Journal . 161 (2): 345–55. doi :10.1042/bj1610345. PMC 1164512. PMID  322657 . 
  6. ^ Накагава Х., Кимура Х. (ноябрь 1969 г.). «Свойства кристаллической сериндегидратазы печени крысы». Журнал биохимии . 66 (5): 669–83. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a129180. PMID  5358627.
  7. ^ Freedland RA, Taylor AR (декабрь 1964 г.). «Исследования глюкозо-6-фосфатазы и глутаминазы в печени и почках крыс». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — специализированный раздел по энзимологическим предметам . 92 (3): 567–71. doi :10.1016/0926-6569(64)90016-1. PMID  14264889.
  8. ^ Миура С., Накагава Х. (октябрь 1970 г.). «Исследования молекулярной основы развития сериндегидратазы в печени крыс». Журнал биохимии . 68 (4): 543–8. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a129384. PMID  5488777.
  9. ^ Kanamoto R, Su Y, Pitot HC (август 1991). «Влияние глюкозы, инсулина и цАМФ на транскрипцию гена сериндегидратазы в печени крысы». Архивы биохимии и биофизики . 288 (2): 562–6. doi :10.1016/0003-9861(91)90236-C. PMID  1654838.
  10. ^ Pestaña A, Sandoval IV, Sols A (октябрь 1971 г.). «Ингибирование гомоцистеином сериндегидратазы и других пиридоксаль-5'-фосфатных ферментов крысы посредством блокады кофактора». Архивы биохимии и биофизики . 146 (2): 373–9. doi :10.1016/0003-9861(71)90139-1. PMID  4398884.
  11. ^ Hurd RW, Hammond EJ, Wilder BJ (март 1981). «Судороги, вызванные гомоцистеином: усиление витамином B6 и ингибирование гидразином». Brain Research . 209 (1): 250–4. doi :10.1016/0006-8993(81)91190-2. PMID  6260308. S2CID  29790535.
  12. ^ Rowsell EV, Carnie JA, Wahbi SD, Al-Tai AH, Rowsell KV (1979). «Активность L-сериндегидратазы и L-серин-пируватаминотрансферазы у разных видов животных». Сравнительная биохимия и физиология. B, Сравнительная биохимия . 63 (4): 543–55. doi :10.1016/0305-0491(79)90061-0. PMID  318433.
  13. ^ ab Snell K (1984). «Ферменты метаболизма серина в нормальных, развивающихся и неопластических тканях крыс». Advances in Enzyme Regulation . 22 : 325–400. doi :10.1016/0065-2571(84)90021-9. PMID  6089514.
  14. ^ Koyata H, Hiraga K (февраль 1991 г.). «Система расщепления глицина: структура кДНК, кодирующей человеческий H-белок, и частичная характеристика его гена у пациентов с гиперглицинемиями». American Journal of Human Genetics . 48 (2): 351–61. PMC 1683031 . PMID  1671321. 
  15. ^ Snell K, Natsumeda Y, Eble JN, Glover JL, Weber G (январь 1988). «Ферментативный дисбаланс в метаболизме серина при карциноме толстой кишки человека и саркоме крысы». British Journal of Cancer . 57 (1): 87–90. doi :10.1038/bjc.1988.15. PMC 2246686. PMID  3126791 . 
  16. ^ ab Ogawa H, Gomi T, Konishi K, Date T, Nakashima H, Nose K, Matsuda Y, Peraino C, Pitot HC, Fujioka M (сентябрь 1989 г.). "Сериновая дегидратаза печени человека. Клонирование кДНК и гомология последовательностей с дегидратазами гидроксиаминокислот из других источников". Журнал биологической химии . 264 (27): 15818–23. doi : 10.1016/S0021-9258(18)71550-0 . PMID  2674117.