stringtranslate.com

Цистатионин гамма-лиаза

Фермент цистатионин γ-лиаза (EC 4.4.1.1, CTH или CSE ; также цистатионаза ; систематическое название L -цистатионинцистеин-лиаза (дезаминирующая; образующая 2-оксобутаноат) ) расщепляет цистатионин на цистеин , 2-оксобутаноат ( α-кетобутират ) и аммиак :

L -цистатионин + H 2 O = L -цистеин + 2-оксобутаноат + NH 3 (общая реакция)
(1a) L -цистатионин = L -цистеин + 2-аминобут-2-еноат
(1b) 2-аминобут-2-еноат = 2-иминобутаноат (спонтанно)
(1c) 2-иминобутаноат + H 2 O = 2-оксобутаноат + NH 3 (спонтанно)

Пиридоксальфосфат является простетической группой этого фермента. [1] [2] [3]

Цистатионин-γ-лиаза также катализирует следующие реакции элиминации:

У некоторых бактерий и млекопитающих , включая людей, этот фермент участвует в образовании сероводорода . [2] [5] Сероводород — один из немногих газов, который, как недавно было обнаружено, играет роль в передаче сигналов между клетками в организме. [6]

Механизм фермента

Цистатионаза использует пиридоксальфосфат для облегчения расщепления связи серы-гамма-углерода цистатионина, что приводит к высвобождению цистеина. [3] Остаток лизина преобразует внутренний альдимин , вызывая образование α-иминомасляной кислоты. После этого внешний кетимин гидролизуется, что приводит к образованию α-кетобутирата. [7]

Аминогруппа на цистатионине депротонируется и подвергается нуклеофильной атаке внутреннего альдимина. Дополнительное депротонирование общим основанием приводит к образованию внешнего альдимина и удалению остатка лизина. Затем основной остаток лизина способен депротонировать альфа-углерод, перемещая электронную плотность в азот пиридинового кольца . [3] Пиридоксальфосфат необходим для стабилизации этого карбанионного промежуточного соединения; в противном случае pKa протона будет слишком высоким. [7] Затем бета-углерод депротонируется, создавая альфа-бета-ненасыщенность и перемещая неподеленную пару на азот альдимина. Чтобы реформировать альдимин, эта неподеленная пара отталкивается вниз, разрывая связь сера-гамма-углерод, что приводит к высвобождению цистеина. [3]

Пиридоксаминовое производное винилглиоксилата остается после гамма- элиминирования . Неподеленная пара азота пиридина переносит электронную плотность на гамма-углерод, который протонируется лизином. Затем лизин атакует внешний альдимин, перенося электронную плотность на бета-углерод, который протонируется общей кислотой. Затем имин гидролизуется с высвобождением α-кетобутирата. Депротонирование остатка лизина приводит к выделению аммиака, тем самым завершая каталитический цикл . [7]

Цистатионин гамма-лиаза также проявляет гамма-синтазную активность в зависимости от концентраций присутствующих реагентов. [8] Механизмы остаются теми же, пока они не расходятся после образования производного винилглиоксилата. В механизме гамма-синтазы гамма-углерод подвергается атаке серного нуклеофила, что приводит к образованию новой связи сера-гамма-углерод. [7] [8]

Механизм действия цистатионин-гамма-лиазы.

Структура фермента

Цистатионин γ-лиаза является членом семейства ферментов метаболизма Cys/Met PLP-зависимых. Другие члены включают цистатионин γ-синтазу, цистатионин β-лиазу и метионин γ-лиазу. [8] Она также является членом более широкого семейства аспартатаминотрансфераз . [1] [8] Как и многие другие PLP-зависимые ферменты, цистатионин γ-лиаза является тетрамером с симметрией D2 . [8]

Пиридоксальфосфат связан в активном центре с Lys 212. [2 ]

Актуальность заболевания

Ингибированный активный центр цистатионазы. [2] Ингибитор и Тир 114 показаны светло-голубым цветом, ПЛП — фиолетовым, а Лиз 121 — желтым.

Цистеин является ограничивающим скорость субстратом в синтетическом пути для глутатиона в глазу. Глутатион является антиоксидантом , который защищает кристаллины в глазу от активных форм кислорода; денатурированные кристаллины могут привести к катаракте . Цистатионаза также является мишенью для активных форм кислорода. Таким образом, по мере окисления цистатионазы ее активность снижается, вызывая снижение цистеина и, в свою очередь, глутатиона в глазу, что приводит к снижению доступности антиоксидантов, вызывая дальнейшее снижение активности цистатионазы. Было также показано, что дефицит активности цистатионазы способствует истощению глутатиона у пациентов с раком и СПИДом . [9]

Мутации и дефицит цистатионазы связаны с цистатионинурией . Мутации T67I и Q240E ослабляют сродство фермента к пиридоксальфосфату, кофактору, жизненно важному для ферментативной функции. [2] Низкие уровни H 2 S также связаны с гипертонией у мышей. [10]

Пропаргилглицин (явно показан кислотный β-водород).

Избыточные уровни H2S , обусловленные повышенной активностью цистатионазы, связаны с эндотоксемией , острым панкреатитом , геморрагическим шоком и сахарным диабетом . [2]

Пропаргилглицин и β-цианоаланин — два необратимых ингибитора цистатионазы, используемые для лечения повышенных уровней H 2 S. Механистически аминогруппа пропаргилглицина атакует альдимин , образуя внешний альдимин. Затем β-положение алкина депротонируется, образуя аллен , который затем атакуется фенолом Tyr 114. Внутренний альдимин может регенерироваться, но вновь созданный виниловый эфир стерически препятствует активному сайту, блокируя атаку цистеина на пиридоксальфосфат. [2]

Регулирование

H 2 S снижает транскрипцию цистатионазы при концентрациях от 10 до 80 мкМ. Однако транскрипция увеличивается при концентрациях около 120 мкМ и полностью подавляется при концентрациях свыше 160 мкМ. [6]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Берг, Дж. М., Тимочко, Дж. Л. и Страйер, Л. (2012). Биохимия (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman Company.
  2. ^ abcdefg Sun Q, Collins R, Huang S, Holmberg-Schiavone L, Anand GS, Tan CH, van-den-Berg S, Deng LW, Moore PK, Karlberg T, Sivaraman J (2009). "Структурная основа механизма ингибирования человеческой цистатиониновой γ-лиазы, фермента, ответственного за выработку H2S". J. Biol. Chem . 284 (5): 3076–85. doi : 10.1074/jbc.M805459200 . PMID  19019829.
  3. ^ abcd Steegborn C, Clausen T, Sondermann P, Jacob U, Worbs M, Marinkovic S, Huber R, Wahl MC (1999). "Кинетика и ингибирование рекомбинантной человеческой цистатиониновой γ-лиазы. К рациональному контролю транссульфурации". J. Biol. Chem . 274 (18): 12675–84. doi : 10.1074/jbc.274.18.12675 . PMID  10212249.
  4. ^ Яманиши Т., Тубой С. (1981). «Механизм реакции расщепления L-цистина, катализируемой γ-цистатионазой печени крысы». J. Biochem . 89 (6): 1913–21. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a133393. PMID  7287665.
  5. ^ Wang R (март 2010 г.). «Токсичный газ, спасатель жизни». Scientific American . 302 (3): 66–71. Bibcode : 2010SciAm.302c..66W. doi : 10.1038/scientificamerican0310-66. PMID  20184185.
  6. ^ ab Wang M, Guo Z, Wang S (2013). «Влияние определенных условий на регуляцию цистатионин γ-лиазы экзогенным сероводородом в клетках млекопитающих». Biochem. Genet . 51 (7–8): 503–13. doi :10.1007/s10528-013-9581-1. PMID  23515848. S2CID  6865017.
  7. ^ abcd Brzovic P, Litzenberger Holbrook E (январь 1990). "Механизм реакции цистатионин-γ-синтазы Escherichia coli: прямое доказательство пиридоксаминового производного винилглоксилата как ключевого промежуточного вещества в зависимых от пиридоксальфосфата реакциях γ-элиминации и γ-замены". Биохимия . 29 (2): 442–451. doi :10.1021/bi00454a020. PMID  2405904.
  8. ^ abcde Messerschmidt A, Worbs M, Steegborn C, Wahl MC, Huber R, Laber B, Clausen T (2003). «Детерминанты ферментативной специфичности в семействе ферментов, зависящих от метаболизма Cys-Met PLP: кристаллическая структура цистатионин-гамма-лиазы из дрожжей и сравнение внутрисемейных структур». Biol. Chem . 384 (3): 373–86. doi :10.1515/BC.2003.043. PMID  12715888. S2CID  24552794.
  9. ^ Sastre J, Martín JA, Gómez-Cabrera MC, Pereda J, Borrás C, Pallardó FV, Viña J (2005). «Возрастное окислительное повреждение приводит к отсутствию гамма-цистатионазы в более чем 50% хрусталиков крыс: значимость при катарактогенезе». Free Radic. Biol. Med . 38 (5): 575–82. doi :10.1016/j.freeradbiomed.2004.11.029. PMID  15683713.
  10. ^ Yang G, Wu L, Jiang B, Yang W, Qi J, Cao K, Meng Q, Mustafa AK, Mu W, Zhang S, Snyder SH, Wang R (2008). «H2S как физиологический вазорелаксант: гипертония у мышей с делецией цистатионин γ-лиазы». Science . 322 (5901): 587–90. Bibcode :2008Sci...322..587Y. doi :10.1126/science.1162667. PMC 2749494 . PMID  18948540. 

Внешние ссылки