Путь транссульфурации

Путь обратной транссульфурации, показывающий превращение гомоцистеина в цистеин в реакциях 5 и 6. Реакция 5 катализируется цистатионин-бета-синтазой , а реакция 6 катализируется цистатионин-гамма-лиазой . Необходимый гомоцистеин синтезируется из метионина в реакциях 1, 2 и 3.

Путь транссульфурации представляет собой метаболический путь, включающий взаимное превращение цистеина и гомоцистеина через промежуточный цистатионин . Известны два пути транссульфурилирования: прямой и обратный . ^[1]

Прямой путь присутствует у некоторых бактерий, таких как Escherichia coli ^[2] и Bacillus subtilis , ^[3] и включает перенос тиоловой группы от цистеина к гомоцистеину (предшественнику метионина с S-метиловой группой) благодаря γ -замена ацетильной или сукцинильной группы гомосерина на цистеин через его тиоловую группу с образованием цистатионина (катализируемая цистатионин-γ-синтазой , которая кодируется metB в E. coli и metI в B. subtilis ). Затем цистатионин расщепляется посредством β-элиминирования гомоцистеиновой части молекулы, оставляя после себя нестабильную иминокислоту , которая подвергается воздействию воды с образованием пирувата и аммиака (катализируется метС-кодируемой цистатионин-β-лиазой ^[4] ). . Производство гомоцистеина путем транссульфурации позволяет превратить это промежуточное соединение в метионин посредством реакции метилирования, осуществляемой метионинсинтазой .

Обратный путь присутствует у некоторых организмов, включая человека, и включает перенос тиоловой группы от гомоцистеина к цистеину по аналогичному механизму. У Klebsiella pneumoniae цистатионин -β-синтаза кодируется mtcB , а γ-лиаза кодируется mtcC . ^[5] Люди ауксотрофны по метионину, поэтому диетологи называют его «незаменимой аминокислотой», но не по цистеину из-за обратного пути транссульфурилирования. Мутации в этом пути приводят к заболеванию, известному как гомоцистинурия , из-за накопления гомоцистеина.

Роль пиридоксальфосфата

Всем четырем ферментам транссульфурации требуется витамин B6 в его активной форме ( пиридоксальфосфат или PLP). Три из этих ферментов (за исключением цистатионин-γ-синтазы) являются частью семейства PLP-зависимых ферментов метаболизма Cys/Met (ферменты PLP типа I). Существует пять различных структурно связанных типов ферментов PLP. Члены этого семейства относятся к типу I и являются: ^[6]

• на пути транссульфурилирования биосинтеза метионина:
  • Цистатионин-γ-синтаза ( metB ), которая соединяет активированный эфир гомосерина (ацетил или сукцинил) с цистеином с образованием цистатионина.
  • Цистатионин-β-лиаза ( metC ), которая расщепляет цистатионин на гомоцистеин и дезаминированный аланин (пируват и аммиак).
• в прямом пути сульфурилирования биосинтеза метионина:
  • О-ацетилгомосеринсульфгидрилаза ( metY ), которая добавляет тиоловую группу к активированному сложному эфиру гомосерина.
  • О-сукцинилгомосеринсульфгидрилаза ( metZ ), которая добавляет тиоловую группу к активированному сложному эфиру гомосерина.
• в пути обратного транссульфурилирования для биосинтеза цистеина:
  • Цистатионин-γ-лиаза (нет общего названия гена), которая соединяет активированный эфир серина (ацетил или сукцинил) с гомоцистеином с образованием цистатионина.
  • Не цистатионин-β-синтаза, которая представляет собой фермент PLP типа II.
• биосинтез цистеина из серина:
  • О-ацетилсеринсульфгидрилаза ( cysK или cysM ), которая добавляет тиоловую группу к активированному эфиру серина.
• Распад метионина:
• Метионин-гамма-лиаза ( mdeA ), расщепляющая метионин по тиоэфирным и аминным границам.

Примечание. MetC, metB, metZ тесно связаны и имеют нечеткие границы, поэтому попадают в один и тот же кластер ортологов NCBI (COG0626). ^[6]

Прямая сульфуризация

Прямой путь сульфурилирования для синтеза цистеина или гомоцистеина протекает через замену ацетильной/сукцинильной группы на свободный сульфид (через цистеинсинтазу, кодируемую cysK или cysM ^[7] и гомоцистеинсинтазу, кодируемую metZ или metY , ^{[8] ]}

Рекомендации

1. Уикли, CM и Харрис, HH (2013). «Что это за форма? Важность видообразования и метаболизма селена в профилактике и лечении заболеваний». хим. Соц. Преподобный . 42 (23): 8870–8894. дои : 10.1039/c3cs60272a. ПМИД  24030774.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
2. Эйткен, С.М.; Лодха, штат Пенсильвания; Морно, DJK (2011). «Ферменты путей транссульфурации: характеристики активных центров». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1814 (11): 1511–7. дои : 10.1016/j.bbapap.2011.03.006. ПМИД  21435402.
3. Оже, С.; Юэнь, WH; Данчин, А.; Мартин-Верстраете, И. (2002). «Оперон metIC, участвующий в биосинтезе метионина у Bacillus subtilis, контролируется антитерминацией транскрипции». Микробиология . 148 (Часть 2): 507–518. дои : 10.1099/00221287-148-2-507 . hdl : 10722/42040 . ПМИД  11832514.
4. Клаузен, Т.; Хубер, Р.; Лабер, Б.; Поленц, HD; Мессершмидт, А. (1996). «Кристаллическая структура пиридоксаль-5'-фосфат-зависимой цистатионин-β-лиазы из Escherichia coliat 1,83 Å». Журнал молекулярной биологии . 262 (2): 202–224. дои : 10.1006/jmbi.1996.0508. ПМИД  8831789.
5. Зайфляйн, Т.А.; Лоуренс, JG (2006). «Два пути транссульфурилирования у Klebsiella pneumoniae». Журнал бактериологии . 188 (16): 5762–5774. дои : 10.1128/JB.00347-06. ПМК 1540059 . ПМИД  16885444. 
6. Ферла MP, Патрик WM (2014). «Бактериальный биосинтез метионина». Микробиология . 160 (Часть 8): 1571–84. дои : 10.1099/mic.0.077826-0 . ПМИД  24939187.
7. Рабе, WM; Кук, П.Ф. (2004). «Структура и механизм О-ацетилсеринсульфгидрилазы». Журнал биологической химии . 279 (26): 26803–26806. дои : 10.1074/jbc.R400001200 . ПМИД  15073190.
8. Хван, Би Джей; Йом, HJ; Ким, Ю.; Ли, HS (2002). «Corynebacteriumlutamicum использует как транссульфурацию, так и прямой путь сульфгидрилирования для биосинтеза метионина». Журнал бактериологии . 184 (5): 1277–1286. дои : 10.1128/JB.184.5.1277-1286.2002. ПМЦ 134843 . ПМИД  11844756.