stringtranslate.com

1-аминоциклопропан-1-карбоксилатсинтаза

Фермент синтаза аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты (ACC-синтаза, ACS) (EC 4.4.1.14) катализирует синтез 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты (ACC), предшественника этилена , из S-аденозилметионина (AdoMet, SAM), промежуточного продукта в цикле Ян и активированном метильном цикле, а также полезной молекулы для переноса метильной группы:

S -аденозил- L -метионин = 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат + S -метил-5′ - тиоаденозин

Как и другие ферменты, зависящие от PLP, он катализирует реакцию через промежуточный хиноидный цвиттерион и использует кофактор пиридоксальфосфат (PLP, активная форма витамина B6) для стабилизации. [1] [2] [3]

Этот фермент принадлежит к семейству лиаз , а именно углерод-серных лиаз. Систематическое название этого класса ферментов — S -аденозил- L -метионин- S -метил-5′ - тиоаденозин-лиаза (образующая 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат) . Другие общеупотребительные названия включают 1-аминоциклопропанкарбоксилатсинтазу , синтазу 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты , синтетазу 1-аминоциклопропан-1-карбоксилата , синтазу аминоциклопропанкарбоновой кислоты , аминоциклопропанкарбоксилатсинтазу , ACC-синтазу и S -аденозил- L -метионин-метилтиоаденозин-лиазу . Этот фермент участвует в метаболизме пропаноата . Он использует один кофактор — пиридоксальфосфат .

Механизм фермента

Комплекс ACC-синтазы с PLP
Комплекс ACC-синтазы с PLP: каталитический домен
Формирование базы Шиффа ACS-PLP.
Lys to SAM Imine Exchange.
Образование хиноидного промежуточного соединения.
Тирозин и ПЛП стабилизировали образование 3С-кольца.

Реакция, катализируемая синтазой 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты (ACS), является обязательным и лимитирующим скорость этапом в биосинтезе этилена [20], газообразного растительного гормона, который отвечает за начало созревания плодов, рост и дифференциацию побегов и корней, опадение листьев и плодов , раскрытие цветков и старение цветов и листьев . (источник) Это зависимая от пиридоксальфосфата (PLP) гамма-элиминация (?). В гамма-элиминации PLP действует как сток дважды (поглощая электроны из двух депротонирований). [4] [5]

Предлагаемые этапы механизма реакции:

  1. Формирование базы Шиффа ACS-PLP
  2. Иминный обмен
  3. Образование хиноидного промежуточного соединения
  4. Тирозин и PLP стабилизировали образование 3C-кольца
Формирование базы Шиффа ACS-PLP

Альдегид кофермента PLP реагирует с образованием иминной ( основание Шиффа ) связи с остатком лизина (278) каталитического домена ACS.

Иминный обмен

Происходит иминный обмен, и аминный азот субстрата, S-аденозилметионина, заменяет Lys (278) в иминной связи. (Стабилизировано водородной связью).

Образование хиноидного промежуточного соединения

PLP действует как «электронный сток», поглощая делокализованную электронную плотность во время промежуточных продуктов реакции (противодействуя избыточной электронной плотности на депротонированном a-углероде). PLP способствует активности фермента, увеличивая кислотность альфа-углерода путем стабилизации сопряженного основания. Образующийся промежуточный карбанион , стабилизированный PLP, является хиноидным промежуточным продуктом.

Тирозин и PLP стабилизировали образование 3C-кольца

PLP и тирозин стабилизируют отрицательные заряды во время депротонирования. Тирозин атакует связанный с серой углерод, позволяя S(CH 3 )(Ado) уйти, и во время образования кольца тирозин уходит.

Регулирование

АЦК-синтаза достигает оптимальной активности в условиях pH 8,5 и при Km = 20 мкм относительно своего субстрата SAM.

Синтез АЦК и этилена регулируется целым рядом стимулов. Стрессы, такие как ранение, вредные химикаты, ауксин, затопление и индол-3-уксусная кислота (ИУК), способствуют синтезу этилена, создавая положительный цикл обратной связи с синтазой АЦК, повышая ее активность.

Однако он также ингибируется рядом соединений. S-аденозилэтионин может связываться в качестве субстрата для ACC-синтазы (с более высоким сродством, чем SAM) и, следовательно, ингибировать любую реакцию с SAM. ACC-синтазу также конкурентно ингибируют аминоэтоксивинилглицин (AVG) и аминооксиуксусная кислота (AOA), ингибиторы многих ферментативных реакций, опосредованных пиридоксальфосфатом. Они являются естественными токсинами, которые вызывают медленное ингибирование связывания, вмешиваясь в кофермент пиридоксальфосфат. Активность ACC-синтазы также ингибируется промежуточными продуктами активированного метильного цикла и пути рециркуляции метионина: 5' - метилтиоаденозином, α-кето-γ-метилтиомасляной кислотой и S-аденозилгомоцистеином. [7] [8] [9]

Структура

ACC-синтаза представляет собой последовательность из 450-516 аминокислот в зависимости от вида растения, из которого она извлечена. Хотя она сопоставима в видах, в которых она обнаружена, ее COOH-концевой домен более изменчив, что приводит к таким различиям, как олигомеризация . COOH-концевой домен отвечает за олигомеризацию. В большинстве клеток, продуцирующих ACC-синтазу, ACC-синтаза существует в виде димера. Однако в некоторых мы обнаруживаем мономер («который более активен и эффективен [чем его димерный аналог»). [10]

Структура ACS была в значительной степени определена с помощью рентгеновской кристаллографии. [7] Сохранение остатков в каталитическом домене ACS и гомология последовательностей предполагают, что ACS катализирует синтез ACC таким же образом, как и другие ферменты, которым требуется PLP в качестве кофактора. Однако, в отличие от многих других PLP-зависимых ферментов, Lys (278) не единственный остаток, который взаимодействует с субстратом. Близость электроотрицательного кислорода от Tyr (152) к связи C-γ-S предполагает решающую роль в образовании ACC. [7] Рентгеновская кристаллография с аминоэтоксивинилглицином (AVG), конкурентным ингибитором, подтвердила роль тирозина в устранении γ. [11]

По состоянию на конец 2007 года было решено 6 структур этого класса ферментов с кодами доступа PDB 1B8G, 1IAX, 1IAY, 1M4N, 1M7Y и 1YNU.

Остатки лизина и тирозина в участке связывания субстрата

Каталитический домен

Основными функциональными группами в каталитических доменах являются азот из остатка Lys 278 и кислород из остатка тирозина 152.

Биологическая функция и применение

ACC-синтаза является ключевым, ограничивающим скорость этапом в синтезе этилена. Поскольку повышение регуляции ACC-синтазы является тем, что вызывает созревание фруктов и часто их порчу, проводятся дополнительные исследования регуляторных механизмов и биосинтетических путей этилена, чтобы избежать порчи. [8] [12]

Примечания

  1. ^ Zhang Z, Ren JS, Clifton IJ, Schofield CJ (октябрь 2004 г.). «Кристаллическая структура и механистические аспекты оксидазы 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты — этиленобразующего фермента». Chem. Biol . 11 (10): 1383–94. doi : 10.1016/j.chembiol.2004.08.012 . PMID  15489165.
  2. ^ Capitani G, Hohenester E, Feng L, Storici P, Kirsch JF, Jansonius JN (декабрь 1999 г.). «Структура 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатсинтазы, ключевого фермента в биосинтезе растительного гормона этилена». J. Mol. Biol . 294 (3): 745–56. doi :10.1006/jmbi.1999.3255. PMID  10610793.
  3. ^ ab Huai Q, Xia Y, Chen Y, Callahan B, Li N, Ke H (октябрь 2001 г.). «Кристаллические структуры 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат (ACC) синтазы в комплексе с аминоэтоксивинилглицином и пиридоксаль-5'-фосфатом обеспечивают новое понимание каталитических механизмов». J. Biol. Chem . 276 (41): 38210–6. doi : 10.1074/jbc.M103840200 . PMID  11431475.
  4. ^ Li JF, Qu LH, Li N (август 2005 г.). «Tyr152 играет центральную роль в катализе 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатсинтазы». J. Exp. Bot . 56 (418): 2203–10. doi : 10.1093/jxb/eri220 . PMID  15983009.
  5. ^ Capitani G, McCarthy DL, Gut H, Grütter MG, Kirsch JF (декабрь 2002 г.). «Apple 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатсинтаза в комплексе с ингибитором L-аминоэтоксивинилглицином. Доказательства промежуточного соединения кетимина». J. Biol. Chem . 277 (51): 49735–42. doi : 10.1074/jbc.M208427200 . PMID  12228256. S2CID  1019316.
  6. ^ Ван KL, Ли H, Экер JR (2002). «Биосинтез этилена и сигнальные сети». Plant Cell . 14 Suppl (Suppl): S131–51. doi :10.1105/tpc.001768. PMC 151252. PMID  12045274 . 
  7. ^ abc Yip WK, Moore T, Yang SF (март 1992). "Дифференциальное накопление транскриптов для четырех гомологов томатной 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатсинтазы при различных условиях". Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 89 (6): 2475–9. Bibcode :1992PNAS...89.2475Y. doi : 10.1073/pnas.89.6.2475 . PMC 48681 . PMID  1549612. 
  8. ^ ab Acaster MA, Kende H (май 1983). "Свойства и частичная очистка 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатсинтазы". Plant Physiol . 72 (1): 139–45. doi :10.1104/pp.72.1.139. PMC 1066183. PMID 16662947  . 
  9. ^ Льюис DR, Неги S, Сукумар P, Мудей GK (август 2011 г.). «Этилен ингибирует развитие боковых корней, увеличивает транспорт ИУК и экспрессию переносчиков оттока ауксина PIN3 и PIN7». Развитие . 138 (16): 3485–95. doi : 10.1242/dev.065102 . PMID  21771812. S2CID  7211767.
  10. ^ Kathiresan A, Nagarathna KC, Moloney MM, Reid DM, Chinnappa CC (январь 1998 г.). «Дифференциальная регуляция семейства генов 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатсинтазы и ее роль в фенотипической пластичности у Stellaria longipes». Plant Mol. Biol . 36 (2): 265–74. doi :10.1023/A:1005994118535. PMID  9484438. S2CID  9161137.
  11. ^ Yip WK, Moore T, Yang SF (март 1992). "Дифференциальное накопление транскриптов для четырех гомологов томатной 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатсинтазы при различных условиях". Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 89 (6): 2475–9. Bibcode :1992PNAS...89.2475Y. doi : 10.1073/pnas.89.6.2475 . PMC 48681 . PMID  1549612. 
  12. ^ Nakatsuka A, Murachi S, Okunishi H и др. (декабрь 1998 г.). «Дифференциальная экспрессия и внутренняя обратная связь в регуляции генов 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатсинтазы, 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатоксидазы и этиленового рецептора в плодах томата во время развития и созревания». Plant Physiol . 118 (4): 1295–305. doi :10.1104/pp.118.4.1295. PMC 34745. PMID  9847103 . 

Ссылки